第二节　高分子的溶液性质

一、高分子溶液的基本性质

高分子溶液是分子分散体系，是处于热力学平衡状态的真溶液，是能够用热力学函数来描述的稳定体系。但是，由于高聚物本身的结构特点——巨大的长链分子，使得高分子溶液与小分子溶液相比，存在很大的差异。

1.高分子溶液的蒸气压

溶质的摩尔分数为x2的小分子溶液接近理想溶液，它的蒸气压服从拉乌尔定律。

Δp=x2　　（2-5）

而在溶质的摩尔分数为x2的高分子溶液中，溶剂的蒸气压下降值比小分子溶液的大得多，Δp>>x2，也就是说，一个高分子在溶液中所起的作用，比一个小分子在溶液中所起的作用要大得多。

2.高分子溶液的热力学性质

高分子溶液混合过程中热力学函数的变化与理想溶液相比的最大不同在于前者的混合熵远大于后者的混合熵，即超额混合熵Δ≠0。

3.高分子浓溶液

高分子稀溶液是很稳定的体系，在没有化学变化的条件下，其性质不随时间而改变，用于高分子的分子量大小测定与溶液性质的表征，纳米以及微米级载药体的制备等。高分子浓溶液是指浓度大于1%的溶液体系，通常黏度很大，稳定性随浓度的增大而下降。可用于药物的胞衣、黏合、赋形、药膜、凝胶等的制备与生产。

这里需要说明的有两个特殊体系：①添加增塑剂的高分子材料属于高分子浓溶液；②从广义来说，共混高聚物也是一种溶液。

4.高分子溶液的光学特性

高聚物溶液的一个最主要的特性是通常在外力（场）的作用下表现出光学的各向异性，如产生双折射和双色性等。这种光学各向异性与其中微粒的极化性、取向等微观特性有关。通常认为双折射和双色性的来源主要有两方面：一是大分子的及其固有的各向异性产生；二是溶解在介质中颗粒形状的各向异性或介质与其他组分的折射差异而产生。

二、高聚物的溶解

1.高聚物的溶解过程机制

聚合物由于本身的结构、分子量、体系的黏度等影响因素，其溶解过程要比小分子复杂的多。在高聚物的溶解过程中首先经“溶胀”阶段，然后才能溶解，一般很缓慢，高聚物溶解过程表现出的溶胀性使得它能够在一些固体片剂中产生崩解作用。

由于低分子溶剂和高聚物混合时，两者分子大小相差悬殊，溶剂小分子扩散速度较快，高分子向溶剂中的扩散速度很慢。首先是小分子钻入高聚物中，在初期只是少数链段与小分子相互混合，整个链还不能发生扩散运动，这样高聚物发生胀大，随着溶剂的不断渗入，必然使更多的链段可以松动，一旦分子链中所有链段都已经摆脱了其他链段的相互作用，则将它转入溶液，所以溶胀是由于两种不同运动单元引起的，溶胀是溶解的必经阶段，对于交联的高聚物在与溶剂接触时也会发生溶胀，在吸入大量溶剂后，虽使链段运动，但因为交联的化学键的束缚，不能再进一步转入溶液中，只能停留在最高溶胀阶段，称为溶胀平衡。

对于非晶态聚合物，由于分子间堆砌比较松散，分子间相互作用力较弱，溶剂分子比较容易渗入聚合物内部使之发生溶胀或溶解（相对于结晶态聚合物而言），线形非晶态高聚物的溶解度与分子量有关，分子量大的溶解度小，一般来说，分子量相同的同种化学类型聚合物，支化的比线形的更容易溶解。交联高聚物由于三维交联网的存在而不会发生溶解。其溶胀程度部分取决于高聚物的交联度，交联度增大，溶胀度变小。

对于晶态聚合物，由于聚合物分子间排列规整，堆砌紧密，分子间相互作用力较强，溶剂分子较难渗入晶相，因此，结晶高聚物的溶解要比非结晶高聚物的溶解困难。但是，一般聚合物结晶是不完全的，结构中存在非晶态部分，所以，溶胀仍为结晶聚合物溶解的中间阶段，但在晶格未破坏前聚合物只能溶胀而不能溶解，特别是对于非极性晶态聚合物，在室温是很难溶解的，需要升高温度，甚至要接近其熔点，待晶态转变为非晶态后，溶剂才能渗入到高聚物内部而使之溶解，例如高密度聚乙烯的熔点为135℃，在四氢萘溶剂中，加热到120℃才能溶解。而对于极性结晶聚合物，通过加热或选用强极性溶剂，即可溶解，原因在于极性结晶聚合物的非晶相部分与强极性溶剂接触，产生放热效应，破坏晶格，使之溶解。例如蛋白质类高分子——明胶在冷水中溶胀缓慢，加热至40℃可以加快溶胀与溶解；在室温下，聚酰胺（俗称尼龙）类高聚物可溶于苯酚等强极性溶剂中。

2.聚合物溶解过程的热力学

高分子的溶解过程是溶质分子和溶剂分子相互混合的过程，恒温恒压条件下，该过程能自发进行的必要条件是吉布斯自由能变化（ΔGm）小于零。

ΔGm=ΔHm-TΔSm<0　　（2-6）

式中，ΔSm为混合熵；ΔHm为混合热；T为溶解时的热力学温度。

因为溶解过程是分子排列趋于混乱的过程，即ΔSm>0，因此ΔGm的正负取决于ΔHm的正负和大小。

极性高分子溶于极性溶剂中时，溶解是放热的即ΔHm<0，则ΔGm<0，所以溶解自发进行。非极性高分子溶解过程一般是吸热的，即ΔHm>0，故只有在│ΔHm│<│TΔSm│时才能满足式（2-6）的溶解条件，也就是说升高或减小温度T，才有可能使体系自发进行。由此可见，高分子的溶解与温度有密切关系。

当非极性高分子和溶剂体系的温度T低于其临界溶解温度Tc时，体系将呈现为两相，一相基本接近纯溶剂，另一相为高分子溶液（并含有大量溶剂）。临界溶解温度Tc随分子量的增加而增加，随高聚物的浓度的增加而下降。对极性强的高分子和溶剂体系常常出现下限临界溶解温度（LCST），尤其是以水为溶剂的体系。这类体系的LCST一般在溶剂沸点以下，其ΔHm、ΔSm以及其混合体积变化ΔVm均为负值，这是由于高分子与溶剂之间形成氢键而溶解，当温度升高，由于分子热运动破坏氢键，使溶解度变小而导致相分离，于是，出现LCST，并且分子量大的样品的LCST较低。

根据经典的Hildebrand溶度公式，混合热ΔHm如下。

ΔHm≈V12（δ1-δ2）2φ1φ2　　（2-7）

式中，V12为溶液的总体积，cm3；δ为溶度参数，（J/cm3）1/2；φ为体积分数；下标1和2分别表示溶剂和溶质。式（2-7）只适用于非极性的溶质和溶剂的相互混合。

由式（2-7）可知，混合热ΔHm是由于溶质和溶剂的溶度参数不等而引起的，ΔHm总是正值，如果溶质和溶剂的溶度参数越接近，则ΔHm越小，也越能满足自发进行的条件，一般δ1和δ2的差值不宜超过±1.5。

溶度参数数值等于内聚能密度的平方根，内聚能密度就是单位体积的内聚能。对于小分子而言，内聚能就是汽化能。

δ1=（ΔE1/V1）1/2　　 （2-8A）

δ2=（ΔE2/V2）1/2　　 （2-8B）

式中，ΔE为内聚能，J；V为体积，cm3。

聚合物的溶度参数可用黏度法或用溶胀度法进行测定。黏度法是将聚合物溶解在各种溶度参数与聚合物相近的溶剂中，分别在同一浓度、同一温度下测定这些聚合物溶液的特性黏度，因聚合物在良溶剂中舒展最好时特性黏度最大，故把特性黏度最大时所用的溶剂的δ值看作该聚合物的溶度参数。溶剂的溶度参数可以从溶剂的蒸气压与温度的关系通过Clapeyron方程和热力学第一定律算出溶剂的摩尔汽化能ΔE，然后用式（2-8）中求得δ1。溶胀度法是在一定温度下，将交联度相同的高分子分别放在一系列溶度参数不同的溶剂中使其溶胀，测定平衡溶胀度，聚合物在溶剂中溶胀度不同，只有当溶剂的溶度参数与聚合物的溶度参数相等时，溶胀最好，溶胀度最大。因此，可把溶胀度最大的溶剂所对应的溶度参数作为该聚合物的溶度参数。表2-2和表2-3是一些高聚物和溶剂的溶度参数。

三、高分子溶液溶剂的选择

在制药工业生产与药学研究过程中，高分子溶液是常见的，并具有重要作用和地位。如液体制剂中，胶体分散体系——明胶、蛋白质等的水溶液，右旋糖酐注射液等。因用途以及高聚物的结构性质等的不同有浓溶液和稀溶液之说，但浓和稀之间没有严格的界限，与溶剂和溶质的性质以及溶质的分子量的大小有关。将高聚物溶解需要有合适的溶剂，由溶解过程热力学可知，对非极性高聚物的溶解要求选用的溶剂的溶度参数值与高聚物的基本相等。那么，对极性的高聚物又如何选择溶剂？

1.溶解高分子的溶剂选择原则

选择溶解高分子材料合适的溶剂是药物制剂中常遇到的事，如制备薄膜包衣液或制备控释膜，如何来选择溶剂、应用何种不同性质的化合物来调节膜上孔隙的大小，药物、溶剂和高分子的相容性如何等，这就需要运用判断高分子溶解度及相容性的一般规律。这些规律对高聚物的溶剂选择具有一定的指导意义。

（1）极性相似相溶原则

这种原则是人们在长期研究小分子物质溶解时总结出来的，即极性大的溶质溶于极性大的溶剂，极性小的溶质溶于极性小的溶剂，溶质和溶剂的极性越相近，二者越易互溶。此原则在一定程度上仍适用于高聚物-溶剂体系。如聚苯乙烯可溶于非极性的苯或乙苯中，也可溶于弱极性的丁酮等溶剂；极性大的聚乙烯醇可溶于水和乙醇。

（2）溶度参数相近原则

根据式（2-7），对于一般的非极性非晶态的以及弱极性的高聚物，选择溶度参数与高聚物相近的溶剂，高聚物能很好地溶解。例如天然橡胶[δ=16.2（J/cm3）1/2]溶于甲苯[δ=18.38（J/cm3）1/2]和CCl4[δ=17.54（J/cm3）1/2]，而不溶于乙醇[δ=26.2（J/cm3）1/2]。一般而言，高聚物与溶剂两者的溶度参数相差值，在1.5以内时常常可以溶解，当大于1.7～2.0时高聚物就不溶。在选择高聚物的溶剂时，除了使用单一溶剂外，还经常使用混合溶剂，有时效果更好。对于混合溶剂的溶度参数δ混可由下式计算。

δ混=φ1δ1+φ2δ2　　（2-9）

式中，φ1和φ2分别为两种纯溶剂的体积分数；δ1和δ2分别为两种纯溶剂的溶度参数。例如，聚苯乙烯的δ=17.58（J/cm3）1/2，可以选择丁酮（δ=18.48）和正己烷（δ=14.8）的混合溶剂，使其溶度参数接近聚苯乙烯的溶度参数，达到良好的溶解性能。

（3）溶剂化作用原则

溶剂化作用是溶剂与溶质相接触时，分子间产生相互作用力，此作用力大于溶质分子内聚力，从而使溶质分子分离，并溶于溶剂中。高分子按功能团可分为弱亲电子性高分子、给电子性高分子、强亲电子性高分子及氢键高分子（表2-4），同样溶剂按其极性不同也可分为弱亲电子性溶剂、给电子性溶剂、强亲电子性溶剂或强氢键溶剂三类（表2-5）。在溶剂与高分子的溶度参数相近时，凡属亲电子性溶剂能和给电子性高分子进行“溶剂化”而易于溶解；同理，给电子溶剂能和亲电子性高分子“溶剂化”而利于溶解；溶剂与高分子基团之间形成氢键，也有利于溶解。

例如，聚氯乙烯可溶于环己酮中，这是由于聚氯乙烯是弱的给质子体、环己酮是受质子体的缘故，两者相互作用见图2-5。

尽管有上述原则，但是在实际应用时要具体结合高聚物结晶性、极性以及分子量的大小等因素进行分析确定，同时还要根据使用目的、安全性、工艺要求、成本等多方面进行综合选择。对于非晶态极性聚合物不仅要求溶剂的溶度参数与聚合物相近，而且还要求溶剂的极性要与聚合物接近才能使之溶解，如聚乙烯醇是极性的，它可溶于水和乙醇中，而不溶于苯中。例如成膜和薄膜包衣的溶剂，应选择挥发性溶剂，否则难以成为连续膜，而作增塑剂用的溶剂，则要求挥发性小，以便长期保留在聚合物中。

2.高分子溶液的配制

在药物制剂中，经常遇到制备高分子溶液的问题。由于高分子的溶解过程缓慢，其溶液的制备过程较长，这时可以采取适当的方法加速其溶解。一般市售的药用高分子材料大多呈粒状、粉末状，如果将其直接置于良溶剂中，易于聚结成团，与溶剂接触的团块表面的聚合物首先溶解，使其表面黏度增加，不利于溶剂继续扩散进入颗粒内部。因此，在溶解之初，应采取适宜的方法，使颗粒高度分散，防止或减少高聚物的颗粒黏成团，然后，再加入良溶剂进行溶胀和溶解，这样可以较快地制备高分子溶液。例如，聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠在热水中易溶，配制其水溶液时，则应先用冷水润湿、分散，然后加热使之溶解。而羟丙甲纤维素在冷水中比在热水中更易溶解，则应先用80～90℃的热水急速搅拌分散，由于其在热水中不溶，颗粒表面不黏，则有利于充分分散，然后用冷水（5℃左右）使其溶胀，溶解。

制备一般的高分子浓溶液关键在溶剂，溶剂的综合性能是优良的。溶剂必须是聚合物的良溶剂，以便配成任意浓度的溶液。溶剂有适中的沸点，如果沸点过低，溶剂消耗太大，而且在成型时，由于溶剂挥发过快致使制品质量或成型不良；如果溶剂沸点过高，则不容易将其从制品中除去，使产品质量受损或加工设备复杂化。溶剂要不易燃、不易爆、无毒性，且来源丰富、价格低廉、回收简易、在回收过程中不分解变质。例如，极易溶于水盐酸地尔硫胞衣液的处方如下。

聚丙烯酸铵酯Ⅰ　　　　　　　　16g

柠檬酸三乙酯　　　　　　　　　 3.2g

滑石粉　　　　　　　　　　　　 10g

乙醇水溶液　　　　　　　　　 200mL

高分子浓溶液的配制过程，通常不涉及化学反应，因此工序过程并不复杂。溶液配制的基本流程为溶胀-溶解、陈化、过滤。其中溶胀-溶解工序，先进行润湿浸泡使高聚物溶胀，然后搅拌溶解均化，在此工序是否加热依高聚物的性质决定；陈化工序，有时可以省去；过滤是保证后加工产品质量的措施之一，过滤操作既可以借助传统微孔材料也可以用现代的膜材料来完成。从喉疾灵片薄膜包衣液的制备中可见一斑，将Ⅳ号聚丙烯酸树脂按处方投料量准确称取，置于适当容器内，加入95%乙醇适量，润湿后浸泡过夜，待完全溶解后，过滤，滤液备用。

四、高聚物溶液的流变特性

合成高聚物溶液以及大多数菌丝体悬浮发酵液等、天然药物（中药）提取液尤其浓缩液等天然高分子溶液都是非牛顿型流体。其剪切应力τ与剪切速率的比值，在一定温度下不是常数，即黏度随剪切速率、剪切应力或时间而变化。

高聚物溶液的流变特性主要是通过实验测量流动曲线而获得的，测量借助于几何形状简单，便于计算剪切速率和剪切应力的各种黏度计或流变仪，常用的方法是旋转式和毛细管式的黏度测定。作为牛顿型流体其τ/是常数，测一个点即可；非牛顿型流体其表观黏度μa=τ/是变化的，必须测定一系列的τ-数据。旋转式黏度计是采用各种几何形状，包括同心圆筒、角度不同的锥体、一个锥体和一个平板等组合起来的设备。

以旋转圆筒黏度计为例，内筒静止不动，外筒以一定的速度旋转；或外筒静止不动，内筒以一定的速度旋转，内外圆筒的环形缝隙中充填被测液体，由于外筒的旋转产生的扭矩，使液体受到剪切作用并传递到内筒上，内筒随之旋转产生一个小角度，内筒转矩的大小可通过指针的偏转角度直接读出。这样，就可通过外筒的旋转角速度ω来计算剪切速率，由内筒产生的扭矩M来计算剪切应力τ。但是，变量和τ，在内外筒缝隙中都不是常数，都与在缝隙中的位置有关。

设内外筒的半径分别为r1和r2，筒内浸液高度为h，外筒以一定的角速度旋转，若忽略内筒底面下流体所造成的阻力，则离轴中心r处的剪切应力τr为

τr=M/（2πr2h）　　（2-10）

因为扭矩　　　　 　　　　M=τAr

=τ2πrhr　　（2-11）

稳态下，缝隙中任意一点的扭矩相等，因此

M=τ12πr1hr1　　（2-12）

=τ12πh　　（2-13）

=τ02πh　　（2-14）

式中，τ1为内筒壁处的剪切应力；τ0为外筒壁处的剪切应力。

于是　　　　　　　　　　　　τ1/τ0=/　　（2-15）

剪切应力与半径的平方成反比，剪切应力在外筒壁处最小。

利用旋转角速度ω计算剪切速率时，有

ω=-f（τ）τdτ　　（2-16）

式中，f（τ）因流体的类型而异。

牛顿型流体的=f（τ）=τ/μ，有

μ=（-）　　（2-17）

离轴心r处的剪切速率r为

γr==　　（2-18）

所以　　　　　　　　　　　=　　（2-19）

剪切速率与半径的平方成反比，剪切速率在外筒壁处最小。

对于非依时性的非牛顿型流体中的幂律流体和宾汉塑性流体，同样可以用旋转圆筒黏度计测定流体的流动特性数据。

① 幂律流体

f（τ）==τ/μa

　　　　　　　　　=　　（2-20）

离轴心r处的剪切速率为　　　　=

　　　　　　　　　　　　　　　=2n-1ωr-2/n（-）-1　　（2-21）

② 宾汉塑性流体

τ-τy=μp ， τ>τy

f（τ）==（τ-τy）/μp

利用旋转角速度ω计算剪切速率的关系式得

ω=（-）-ln　　（2-22）

式（2-22）中的扭矩M>2πhτy，只有这时缝隙中的全部物料才能发生运动，M和ω均可读出，由此可得到宾汉黏度μp，然后就可计算出黏度值μa=τ/=（τy+μp）/=μp+τy/。

五、聚电解质溶液特性

所谓聚电解质是一类带有可电离基团的高聚物，如生命体中的脱氧核糖核酸、蛋白质以及生物多糖、合成的药用高分子聚丙烯酸等，由这类高聚物与溶剂构成的溶液称为聚电解质溶液。在制药与用药过程中，聚电解质几乎都是以水溶液的形式存在的。

在水中，聚电解质离解为聚离子和小离子，小离子的电荷电性与聚离子相反。聚离子是一个多价的电荷集中的大离子，在其周围束缚着大量的反离子，由此导致其溶液的热力学性质和电荷迁移性质与小分子电解质不同。又因高分子链上带电荷基团之间的静电排斥力和与反离子之间的相互作用直接影响聚离子的形态，造成它的溶液性质与非离子型高聚物的不同。

聚电解质进入溶液将引起液体的增比浓度ηsp=（η-η0）/η0、比浓黏度ηsp/C和特性黏度[η]=（ηsp/c）c→0等的变化，其中η是聚电解质溶液的黏度、η0是纯溶剂的黏度。增比黏度是相对于溶剂来说溶液黏度增加的分数，对于高分子溶液，增比黏度往往随溶液浓度的增加而增大；比浓黏度表示的是当溶液的浓度为C时，单位浓度对增比黏度的贡献；特性黏度又称为特性黏数，其值与浓度无关，其量纲是浓度的倒数。

聚电解质溶液的ηsp/C随溶液浓度C的减少而迅速上升，这是由于聚离子与反离子之间的距离增大，反离子对聚离子的屏蔽作用减弱，聚离子的净电荷增加导致聚离子扩展所造成的。这种反离子的与聚离子的相互作用而影响聚电解质溶液性质的效应被称为聚电解质效应。当增加水溶性无机盐时，与聚离子电荷电性相反的离子浓度增大，反离子向外扩散受到限制导致聚离子的净电荷减少，则ηsp/C下降；当水溶性无机盐的浓度足够大时，聚电解质的效应受到抑制，其黏性行为与中性高分子相似，ηsp/C与溶液浓度C呈线性关系。也就是说，以足够浓的盐溶液作为聚电解质的溶剂时，并在确定的温度下，可依据Mark-Houwink方程[η]=KMα来测定计算聚电解质的黏均分子量。在一定的分子量范围内，k和α是与分子量无关的常数。表2-6是几种聚电解质的K和α值。

① 原表中为酯化度，编者注。

聚电解质溶液的[η]依赖于聚离子的电荷密度，如，聚甲基丙烯酸（PMAA）和聚丙烯酸（PAA）的中和程度加大，即电荷密度增加将使高分子链扩展，从而有[η]随之增高的现象出现。在中和程度加大的同时，束缚反离子的数目也随之增加，使聚离子的净电荷的增加受到限制。当中和度达到并超过一定值时（对PMAA和PAA来说为0.6），[η]几乎恒定不变。在中和度更低的范围内，亲油性基团的存在，使得其[η]的增加速度非常小。PMAA的—CH3侧基之间形成的憎水效应（包括—CH3之间的色散力和水对—CH3的排斥作用）使PMAA分子链更为卷曲，必须有较大的静电斥力才能使之扩展。

六、凝胶的结构与性能

凝胶（Gel）是指溶胀的三维网状结构高分子，即高聚物分子间相互连接，形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质，这样一类分散体系称为凝胶。特别是环境敏感水凝胶作为智能高聚物为设计和制备自调式给药系统和生物工程方面的多种新应用提供了可行性，这是因为它们具有与生物组织相似的功能。水凝胶几乎都是由水溶性或亲水性高聚物形成的，高吸水性高聚物通过弱的化学键与水结合，不但能吸收数百倍乃至上千倍的水，而且保水性能强，一般压力下难以将水排除，即使在7MPa下仍能保持75%～85%的水分。

1.凝胶的分类

根据高分子交联键性质的不同，凝胶可分为两类：一类是化学凝胶；一类是物理凝胶。

化学凝胶是指大分子通过共价键连接形成网状结构的凝胶，一般通过单体聚合或化学交联制得。这类化学键交联的凝胶不能熔融，也不能溶解，结构非常稳定，因此也称为不可逆凝胶，例如，淀粉用环氧氯丙烷交联而成的微凝胶，此结构的微凝胶在稀释1000倍后仍保持网状结构，参见图2-6淀粉微凝胶的透射电镜图。

物理凝胶是指大分子间通过非共价键（通常为氢键或范德华力）相互连接，形成网状结构。这类凝胶由于聚合物分子间的物理交联使其具有可逆性，即只要温度等外界条件改变，物理链就会被破坏，凝胶可重新形成链状分子溶解在溶剂中成为溶液，因此物理凝胶又称为可逆凝胶，如明胶溶液冷却所形成的凝胶、聚乙烯醇水溶液冷却至一定温度所形成的凝胶。

根据凝胶中含液量的多少又可分为冻胶和干凝胶两类，冻胶指液体含量很多的凝胶，含液量常在90%以上，如明胶凝胶含液量最高可达99%，冻胶多数由柔性大分子构成，具有一定的柔顺性，网络中充满的溶剂不能自由流动，所以表现出弹性的半固体状态，通常指的凝胶均即冻胶。液体含量少的凝胶称为干凝胶，其中大部分是固体成分，如市售的明胶粉末（含水量约15%）。干凝胶在吸收适宜液体膨胀后即可转变为冻胶。

2.凝胶形成的因素

凝胶是由高分子溶液在一定的条件下形成的，从高分子溶液转变为凝胶的宏观特征是高分子溶液失去流动性。影响凝胶的因素主要有浓度、温度和电介质，每种高分子溶液都有一形成凝胶的最小浓度，小于这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速凝胶作用。对温度来说，温度低有利于凝胶化，分子形状越不对称，凝胶化的浓度越小；但也有加热导致凝胶，低温变成溶液的例子，如泊洛沙姆的凝胶。电解质对凝胶的影响比较复杂，有促进作用，也有阻止作用，其中阴离子起主要作用，当盐的浓度较大时，S和Cl-一般加速凝胶作用，而I-和SCN-则阻滞凝胶作用。

3.凝胶的性质

凝胶的结构决定了其具有触变性、溶胀性、脱水收缩性和透过性，这些性质使凝胶在药物制剂及药物在生物体内传递过程中呈现智能化。

物理凝胶受外力作用（如振摇、搅拌或其他机械力），网状结构被破坏而变成流体，外部作用停止后，又恢复成半固体，这种凝胶与溶胶相互转化的过程，称为触变性。其原因是这些凝胶的网状结构不稳定，振摇时容易破坏，静置后又重新形成。凝胶具有一定的屈服值，具有弹性和黏性，对于某一具体凝胶，致流值、弹性或黏性等性质往往不是同时都显著地表现出来。

溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，是弹性凝胶的重要特性。凝胶的溶胀分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）；第二阶段是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加，可达干燥物质质量的几倍甚至几十倍。

溶胀性的大小可用溶胀度来衡量，溶胀度为一定温度下，单位质量或体积的凝胶所能吸收液体的极限量。

水凝胶由水溶性或亲水性高聚物形成的，高吸水性高聚物通过弱的化学键与水结合，不但能吸收数百倍乃至上千倍的水，保水性能强，一般压力下难以将水排除，即使在7MPa下仍能保持75%～85%的水分。水凝胶在一定含水量时，自由体积变化出现极大值，说明此时凝胶由玻璃态转变为橡胶态；若凝胶体系在水含量极低时，自由体积就发生变化，说明在溶胀过程中与聚合物的亲水基团以氢键相连的结合水和团簇态水共存。水-多糖体系在一定含水量下，出现四种相变，即玻璃化转变（Tg）、水的冷结晶（Tcc）、冻结水的熔化（Tm）、水由中间相向各向异性液相的转变（Tz）。水凝胶的玻璃化转变行为可按含水量分为四个区域：第一区域，体系只含不冻结结合水（因与高分子链上极性基团形成氢键而结合的水分子），由于水的增塑作用，体系的Tg明显降低；第二区域，体系中有可冻结结合水存在，仍能观察到Tg下降，此中间水在冷却中形成无定形的水，对吸附有结合水的多糖分子的主链运动具有增塑作用；第三区域，体系降温过程中形成有规结构的冰，使Tg降至最小值后随含水量增大而增大。在第二和第三区域，体系的玻璃化转变是多糖运动、不冻结结合水和无定形冰共同作用的结构。在游离水存在的第四区域，体系的Tg趋于恒定。对明胶的研究发现，明胶的自由体积均在纳米范围内，即凝胶网络内存在“纳米”空隙，从动力学上，“纳米”空隙会阻碍包埋其中水的结晶，这部分水也会成不冻结合水。因此，不冻结合水并非完全源于水分子与高分子极性氢键的形成。

影响溶胀度的主要因素有液体的性质、温度、电解质及pH，液体的性质不同，溶胀度有很大差异；温度升高可加速溶胀速度（一般符合一级过程），减小有限溶胀阶段的最大膨胀度（此过程为放热过程），但有时温度升高可使有限溶胀转化为无限溶胀；电解质对溶胀度的影响主要是阴离子部分，其影响作用与影响胶凝作用的顺序相反；pH对溶胀度的影响比较复杂，要视具体聚合物而论，如蛋白质类高分子凝胶，介质的pH在等电点附近时溶胀度最小。

溶胀的凝胶在低蒸气压下保存，液体缓慢地自动从凝胶中分离出来的现象，称为脱水收缩。脱水收缩是凝胶内结构形成以后，链段间的相互作用继续进行的结构，链段继续运动相互靠近，使网状结构更为紧密，把一部分液体从网孔中挤出，凝胶中溶剂损失显著改变了凝胶的性质，它的表面将形成干燥、紧密的外膜，继续干燥，则形成干凝胶，如明胶片、阿拉伯胶粒等。

处于高溶胀状态的凝胶有较大的平均孔径，有利于分子透过，含水的孔道有利于可溶于水的物质透过。从孔隙特性来说，均质凝胶具有相对微小的孔隙，无溶剂时，体积变小，但能保持最初的几何形状；永久性多孔凝胶，具有较大的孔隙，无溶剂时，网状结构不塌陷，仍具有较大的孔隙。

凝胶与液体性质相似，可以作为扩散介质。在低浓度水凝胶中，水分子或离子是可以自由通过的，其扩散速度与在溶液中几乎相同；凝胶浓度增大和交联度增大时，物质的扩散速度都将变小，因交联度增大使凝胶骨架空隙变小，小分子物质透过凝胶骨架时要通过这些迂回曲折的孔道，孔隙越小，扩散系数降低越显著；对于大分子，这种扩散速度的降低则更加明显。物质在凝胶中的透过性还与其所含溶剂的性质和含量有关。总之，处于高溶胀状态的凝胶有较大的平均孔径，有利于分子透过，含水的孔道有利于可溶于水的物质透过。此外，当凝胶网络上大分子带电时，对离子的扩散与透过则具有选择性。