POLIMERI 32(2011)1 31

S V E U ^ I L I [ T E

Uvod

Hidrogel ine mrea hidro lnih polimernih lanaca i kapljeviti konstituent, voda.1 S kemijskog stajalita, mreasta struktura hidro lnih polimernih lanaca upija vodu i zadrava je unutar pora. Koliina vode koju hidrogel moe pohraniti mijenja se ovisno o njegovu kemijskom sastavu, od 30 % pa do i vie od 99 % ukupne mase. Hidrogel moe biti prirodnoga i sintetikog podrijetla, a posjeduje i dobra elastina svojstva, gotovo identina tkivu ivog organizma.2 Zbog velike koliine vode koju moe prihvatiti, kompatibilan je s ljudskim tkivom, npr. s koom, oima, ak i unutranjim organima. To je svojstvo, zajedno s inertnosti, odno-sno nereagiranjem u dodiru s ljudskim tkivom, vrlo dobro iskoriteno u medicini. Tako se, primjerice, neki hidrogelovi (silicijev hidrogel, poli(akril-amid) hidrogel) upotrebljavaju za izradu kontaktnih lea, dok se drugi rabe za prekrivanje rana na koi ili kad nedostaje vei dio koe. Na takvo se mjesto nanese tanak sloj hidrogela koji upija kapljevine iz rane i pomae zadravati ranu vlanom te pogoduje brzom zacjeljenju. Ipak, najrairenija uporaba hidrogela je u pelenama za djecu i starije osobe te u higijenskim ulocima, gdje dolazi do izraaja njegovo svojstvo upojnosti i zadravanja kapljevine u mreastoj strukturi ne doputajui joj da iscuri iz hidrogela.Poetkom 60-ih godina prolog stoljea ameriki Ured za razvoj poljo-privrede poeo je razvijati proizvod koji bi zadravao vlagu u zemlji i tako pospjeio rast i urod itarica. Tim prvim superupijajuim polimerom poinje doba uurbanog razvoja hidrogelova, koje traje jo i danas. Iako se prvi superupijajui polimer pojavio vrlo rano, sve do 80-ih godina i dalje su najvie bili zastupljeni proizvodi za upijanje vode poput celuloze, pamuka ili morske spuve.3

Svojstva i kemijski sastav hidrogela

Kemijski sastav danas najee upotrebljavanoga hidrogela je natrijev poliakrilat, nastao polimerizacijom akrilne kiseline pomijeane s natrije-vim hidroksidom. Strukturna mu je formula (C

3H

3NaO

2)

n, odnosno prema

IUPAC-ovoj nomenklaturi natrijev prop-2-enoat (slika 1).4,5

Glavno svojstvo hidrogela je njegova sposobnost upijanja golemih koliina vode, ak i do 400 puta svoje poetne mase (slika 2), te visoka elastinost.3,7

Hidrogelovi

Priredili: Tomislav PETROVI i Ana PILIPOVIFoto: Ana PILIPOVI i Miodrag KATALENI

SLIKA 1 Natrijev poliakrilat6

Primjeri kemijskih sastava ostalih hidrogelova su: poli(akril-amid) kopolimer, poli(vinil-alkohol) kopolimer (PVAL), unakrsno povezan poli(etilen-oksid) te unakrsno povezana karboksi-metil celuloza.3,5 Raz-noliki kemijski sastav tih polimera omoguuje razliito ponaanje u razliitim uvjetima. Neki e hidrogelovi pri razliitim temperaturama poeti oslobaati prethodno ugraene spojeve (npr. lijekove) i tako osi-gurati pravilnu dozu lijeka bolesniku, a drugi e biti propusni za plinove (npr. kisik) i tako omoguiti dugotrajan dodir lee i oka.6,5,7

SLIKA 2 Bubrenje hidrogela (Foto: A. Pilipovi)

Osim to upija velike koliine vode hidrogel je i zadrava u svojoj struk-turi ne doputajui trenutano i naglo istjecanje, ve, ovisno o vrsti hidro-gela i njegovoj strukturi, bre ili sporije otputanje vode. Tako da i kad bi se pokualo pritiskivati hidrogel koji je prethodno natopljen vodom, on bi apsorbirao vanjski pritisak deformirajui se poput gela te bi ostao suh izvana ne doputajui izlazak vode na povrinu (slika 3).

SLIKA 3 Pritiskivanje hidrogela (Foto: M. Kataleni)Postoje hidrogelovi koji su osjetljivi pri visokoj temperaturi te im se prilikom vrlo male promjene temperature (za desetinu Celzijeva stupnja) volumen bitno mijenja. Tako e se, ako je hidrogel izloen povienju temperature, njegov volumen smanjiti, i obrnuto, te na taj nain osloboditi spoj koji je prethodno u njega ugraen. Silicijev hidrogel vrlo je transpa-rentan i omoguuje dovoljnu difuziju plinova te ga to ini idealnim za kontaktne lee. Neki su hidrogelovi vrlo postojani na atmosferilije i dugo zadravaju veliku sposobnost akumulacije vode bez obzira na stupanj razgradnje, bilo zbog samog utjecaja atmosferilija ili razgradnje ispod povrine zemlje. U postupku proizvodnje hidrogelovi se mogu ostaviti u obliku praka ili se odreenim postupcima mogu oblikovati u granulat, zatim tanke ravne ili zakrivljene opne ili pak u oblik implantata za dojke, usne i slino.2,8

32 POLIMERI 32(2011)1

S V E U ^ I L I [ T E

Primjena hidrogelova

Hidrogelovi se upotrebljavaju u medicini, farmaciji, za izradu kontaktnih lea, u proiavanju, izradi papira, eksploziva, senzora, ambalae te poljoprivredi.7,9

Primjena u medicini

Zbog sposobnosti upijanja vode i velike kompatibilnosti s ljudskim tkivom hidrogelovi su danas vrlo zastupljeni u medicini, a trend razvoja hidrogelova jo e proiriti njihovu zastupljenost. Osim vode koju upijaju, u pore mreaste strukture hidrogelova mogu se ugraditi razne molekule, pa ak i tkiva. Tako se unutar pora ugrauju ive stanice koe, lijekovi i vitamini. Takvi hidrogelovi iznimno su pogodni za prekrivanje rana na koi kako bi one to prije zacijeljele i kako bi nakon ozljede ostao to manje vidljiv oiljak. Primjer takvog proizvoda je aster za uljeve Compeed ili herpes simplex, koji upijaju izluevine s mjesta ozljede, ali i svojom elastinou onemoguuju daljnje irenje ozljede prilikom hoda ili, u sluaju herpes simplexa, tite usnu od vanjskih utjecaja i lijee je (slika 4).10 Primjena hidrogelova sve je popularnija i u plastinoj kirurgiji, gdje se oni upotrebljavaju kao implantati za poveavanje grudi, usana, stranjice itd. Prilikom vrlo malog povienja temperature smanjuje se volumen hidrogela (slika 5). Ako je u njegove pore prethodno ugraen neki lijek, dolazi do njegova oslobaanja, tako da se u tijelo bolesnika moe ugraditi hidrogel koji e reagirati na njegovu tjelesnu temperaturu i smanjenjem volumena otputati lijek.11 Osim na temperaturu neki su hidrogelovi osjetljivi i na promjene pH-vrijednosti, na koncentracije odreenih molekula (npr. glukozu) itd.

higijenski uloci za ene ipak su najee podruje primjene hidrogelova. Zbog velike sposobnosti upijanja i zadravanja kapljevine idealni su za tu vrstu primjene.

SLIKA 4 Prevlaka za kou (Foto: M. Kataleni)

SLIKA 5 Temperaturno osjetljiv hidrogel11

Transparentnost silikonskoga hidrogela i njegovo svojstvo difuznosti plinova nali su primjenu u proizvodnji kontaktnih lea (slika 6).8 Tu je difuznost vrlo vana jer omoguuje prijenos kisika do stijenke oka te je na taj nain znatno umanjen rizik od infekcije, odnosno nastanka bak-terija u prostoru izmeu one stijenke i lee. Pelene za djecu i starije te

SLIKA 6 Kontaktna lea (Foto: A. Pilipovi)

Primjena u poljoprivredi

Ideja o razvoju proizvoda koji bi uvao vlagu u zemlji dovela je do otkria hidrogela jo u 60-im godinama prolog stoljea.12 Masovna proizvodnja tog proizvoda jo je skupa pa se rabi za manje povrine, npr. plastenike, vrtove, u teglama s cvijeem, odnosno, to je iznimno skupo, za prekri-vanje veih povrina pustinja kako bi se stvorili uvjeti za rast kvalitetne trave za golfske terene (slika 7). Takva primjena hidrogela omoguuje obilno pohranjivanje vode u korijenskom sloju zemlje. Hidrogel po-laganim otputanjem vode omoguuje preivljavanje biljaka u duljem sunom razdoblju. Naravno, kao i sve drugo, ni hidrogelovi nisu postojani na razgradnju u zemlji pa zbog toga njihova mo upijanja vode tijekom vremena slabi. Taj je efekt izraeniji tek nakon 4 - 5 godina.12

SLIKA 7 Golfski teren u pustinji13

Ostale primjene

Od ostalih primjena tu je vodnogelni eksploziv (e. Water-gel explosives) te sve ea dekorativna funkcija. Vodnogelni eksploziv je eksplozivan mulj koji se sastoji od vodenih otopina jakih oksidacijskih spojeva i goriva. Posebnost tog eksploziva jest njegova manja toksinost i mnogo via stabilnost te samim time mnogo sigurnije rukovanje. Uz to, moe se transportirati i njime rukovati u neeksplozivnoj fazi, moe biti dovoljno kapljevit da se jednostavno ulije na mjestu eksplozije u posudu, a zatim mu se doda kemikalija (npr. aluminij) koja ga ini eksplozivnim. Time se znatno poveava sigurnost prijevoza, ali i njegova zloporaba.14 Hidro-gelove je mogue obojiti pa tako sve ee postaju i dekorativni elementi te zamjenjuju vodu u vazama s cvijeem (slika 8).12

POLIMERI 32(2011)1 33

S V E U ^ I L I [ T E

Zakljuak

Hidrogelovi se pojavljuju u mnogim podrujima suvremenog ivota. No njihova je primjena tek na poetku razvoja i eksploatacije. Razvoj tehnike doveo je hidrogelove od poetne ideje o primjeni u poljoprivredi do primjene u medicini, gdje se poinju rabiti sve ee i u sve kom-pleksnijim uvjetima. Njihova kompatibilnost s ljudskim tkivom i mnoga

druga povoljna svojstva omoguuju sve raireniju primjenu u medicini. Masovna proizvodnja i daljnji razvoj mogli bi hidrogelovima sniziti cijenu i omoguiti raireniju primjenu u poljoprivredi, ime bi zamijenili skupu infrastrukturu natapanja na mjestima gdje pada kia, ali nedovoljno za trajnu poljoprivredu. Hidrogelovi su vrlo perspektivna grana polimera te im je budunost osigurana.

KORITENA LITERATURA

1. www.thefreedictionary.com/hydrogel, 21. 1. 2011.

2. en.wikipedia.org/wiki/Hydrogel#Hydrogels, 21. 1. 2011.

3. en.wikipedia.org/wiki/Superabsorbent_polymer, 21.1.2011.

4. en.wikipedia.org/wiki/Sodium_polyacrylate, 8. 2. 2011.

5. Narain, R.: Engineered carbohydrate-based materials for biomedical applications: Polymers, Surfaces, Drendrimers, Nanoparticles and Hydrogels, John Wiley and Sons, Edmonton, 2011.

6. en.wikipedia.org/wiki/File:Sodium-polyacrylate.svg, 21. 1. 2011.

7. Jones, D.: Injectable llers: Principles and Practice, Wiley Blackwell, Oxford, 2010.

8. www.siliconehydrogels.org/, 21. 1. 2011.

9. De Mol, N. J., Fischer, M. J. E.: Surface Plasmon Resonance: Methods and Protocols, Springer, London, 2010.

10. coner.hr/ordinacije/?izdvojeno=66, 22. 1. 2011.

11. www.e13.physik.tu-muenchen.de/structpol/index.en.php, 21. 1. 2011.

12. www.biconet.com/soil/hydrogel.html, 22. 1. 2011.

13. www.golfworksinc.com/PRO-COM.html

14. en.wikipedia.org/wiki/Water_Gel_Explosives, 23. 1. 2011.

15. www.infojardin.com/foro/showthread.php?t=83828, 21. 1. 2011.

SLIKA 8 Dekorativna funkcija15 (Foto: A. Pilipovi)

Walter Hellerich, Gnther Harsch,

Erwin Baur

Werkstoff-Fhrer Kunststoffe

se ele u najkraim crtama upoznati s njima jer daje opsean pregled grae polimera, razliitih vrsta polimera, njihova svojstva, ispitivanja i primjenu.

Novo izdanje sadrava i prikaz novih normi na podruju ispitivanja polimernih materijala. Tablice su proirene aktualnim podacima dobi-venima iz baza podataka CAMPUS i Material Data Center.

Takoer su prikazani podaci za biopolimere. Oni su, to zbog ekolokih razloga, a to zbog problema raspoloivosti sirovina na osnovi naf-te, danas esto u sreditu interesa i rasprava. Iako su u poetku bili interesantni ponajprije na podruju ambalae, danas se sve vie susreu i na podruju konstruiranja, pa im je posveeno jedno poglavlje.

Dopunjena su i poglavlja o reometriji i pvT-dija-gramima, koji su nuni za proraune potrebne pri preradbi polimera.

Isto je tako tijekom godina dolo do promjena na podruju gospodarenja otpadom i recikliranja. Stoga su i ta podruja obnovljena i dopunjena.

Sadrajno, knjiga je podijeljena u tri velika podruja: - graa i ponaanje polimera- polimeri kao materijali- ispitivanje polimera.

Svako od podruja ima niz poglavlja. U prvom dijelu to je osam poglavlja u kojima su detaljno obraeni osnovni pojmovi vezani uz kemijski sastav i grau polimera, dodaci, speci nosti ponaanja, osnovni postupci preradbe i novo poglavlje naslovljeno Polimeri i okoli koje obrauje podruja recikliranja i energijske oporabe.

Carl Hanser Verlag, Mnchen 2010.

ISBN: 978-3-446-42436-4, cijena 69

Ovo je ve deseto izdanje popularne knjige, to ve samo po sebi dovoljno govori koliko se svojom koncepcijom ve odavno dokaza-la u praksi. Nepromijenjena je ostala samo osnovna koncepcija preglednoga, kratkoga i jasnog prikaza osnovnih polimera. Sve ostalo je preraeno i dopunjeno jer je tijekom vremena dolo do mnogih promjena.

Knjiga je u pravom smislu vodi za sve koji se bave polimerima i polimernim materijalima ili

Drugo podruje, takoer u osam poglavlja, obrauje sve vrste polimernih materijala, a poinje poglavljem o svojstvima i normama, posebno navedenima za ispitivanje durome-ra, plastomera, elastomera i elastoplastomera. S obzirom na promjene u normama tijekom posljednjih godina, ovo poglavlje ima veliku praktinu vrijednost. Posebnim poglavljima obuhvaeni su i polimerni kompoziti, te pje-nasti polimeri. U poglavlju Posebni polimeri obraeni su kapljeviti kristali i vodljivi polimeri kao relativno nove skupine materijala.

Tree podruje bavi se ispitivanjem polimera. Na jednome mjestu mogue je nai sustavno prikazane postupke odreivanje pojedinih svojstava s opisom metoda i s odgovarajuim normama. Obraena su podruja odreivanja mehanikih, toplinskih, elektrinih, optikih svojstava, ponaanja pri gorenju, upojnost vode i propusnost te kemijska postojanost. Posebno poglavlje posveeno je mjerenju viskoznosti otopina i taljevina te karakteristikama teenja vanima pri preradbi. Isto tako u zasebnim poglavljima obraena su ispitivanja gotovih proizvoda s brojnim primjerima procjena na osnovi podataka dobivenih instrumentalnim metodama, prije svega mikroskopskima.

Na kraju je dodatak s navedenim jedini-cama, opsenom literaturom, kao i popi-som proizvoaa i dobavljaa polimera te proizvoaa instrumenata i ureaja za ispiti-vanje prema izboru autora knjige.

U svakom sluaju, to je knjiga koju je vrijedno imati.

urica PANIEK