Hydrogel

Datei:Superabsorber Hydrogel KSG 2917 pK.jpg

Ein Hydrogel ist ein Gel aus einem Polymer, das Wasser binden kann. Die Moleküle, die das Gel aufbauen, sind chemisch, z. B. durch kovalente, supramolekulare oder ionische Bindungen, oder physikalisch, z. B. durch Verschlaufen der Polymerketten, zu einem Netzwerk verknüpft. Kovalent vernetzte Polymere sind zum Beispiel thioliserte Polymere (Thiomere), die durch die Ausbildung von Disulfidbrücken Polymerketten vernetzen.<ref>Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref> Durch eingebaute hydrophile Polymerkomponenten quellen sie in Wasser unter beträchtlicher Volumenzunahme, ohne aber ihren stofflichen Zusammenhalt zu verlieren.<ref name="Römpp">Eintrag zu Hydrogele. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref><ref>Enas M. Ahmed: Hydrogel: Preparation, characterization, and applications: A review. In: Journal of Advanced Research. Volume 6, Issue 2, 2015, S. 105–121, doi:10.1016/j.jare.2013.07.006.</ref> Hydrogele, die ein hohes Quellvermögen haben, werden Superabsorber genannt.

Anwendungen

Hydrogele gewinnen durch ihre Biokompatibilität und gewebeähnlichen mechanischen Eigenschaften im biomedizinischen Bereich an Bedeutung.<ref>Ein Gewebe fester als Stahl auf spektrum.de, abgerufen am 17. März 2017.</ref> Bekannte Beispiele sind weiche Kontaktlinsen, Intraokularlinsen sowie plastische Implantate.

In der Wundbehandlung, insbesondere zum Feuchthalten oder zur Rehydration trockener Wunden, kommen Hydrogele als Kompressen oder in Form von Tubengelen zum Einsatz. Letztere werden auch im Rahmen des Débridements verwendet, um die Wundreinigung zu fördern. Durch Abgabe von Wasser unterstützen die Hydrogele hierbei körpereigene Prozesse beim Aufweichen und Ausschwemmen von Nekrosen und Belägen.<ref>Kerstin Protz: Moderne Wundversorgung 8. Auflage, Elsevier Verlag, München 2016, ISBN 978-3-437-27885-3, Seite 36</ref>

Als sogenannte Superabsorber sind Hydrogele essentieller Bestandteil moderner Wegwerfwindeln, da sie die einmal aufgenommene Feuchtigkeit binden und auch bei Druck nicht mehr abgeben.

In der Technik besitzen sogenannte smarte Hydrogele ein enormes Entwicklungspotenzial, da sie über integrierte Aktor-Sensor-Eigenschaften verfügen.

In der Agrarwirtschaft stecken große Anwendungspotentiale, besonders in heißen Erdregionen, aber auch in Hinsicht größerer Trockenperioden in Folge der Klimaerwärmung.<ref name="Puoci2008">Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref>

Besonders intensiv wird der Einsatz von sogenannten Superabsorber-Hydrogelen untersucht, die die Wasserhaltefähigkeit von Böden verbessern und Pflanzen in Trockenperioden unterstützen können.<ref>Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref>

Konventionell verwendete Hydrogele basieren meist auf Polyacrylaten, die durch ihre hohe Wasseraufnahmefähigkeit wirksam sind, deren langfristiges Verhalten im Boden jedoch weiter untersucht wird.<ref name="Puoci2008" />

Innovative Ansätze verfolgen die Entwicklung biobasierter Hydrogele, insbesondere auf Basis von Lignin. Diese nachwachsende Ressource fällt in großen Mengen als Nebenprodukt der Papier- und Bioraffinerieindustrie an und wird enzymatisch oder chemisch zu vernetzten Hydrogelsystemen verarbeitet. Ligninbasierte Hydrogele sind abbaubar, können die Bodenwasserhaltekapazität steigern und gelten als vielversprechende Alternative für eine nachhaltige Landwirtschaft.<ref>Vorlage:Cite book/URL Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung Vorlage:Cite book/Meldung2</ref>

Theorien

Häufig wird das Quellverhalten von Hydrogelen mithilfe von (modifizierten) Flory-Rehner-Modellen beschrieben<ref>Paul J. Flory, John Rehner: Statistical Mechanics of Cross‐Linked Polymer Networks II. Swelling. In: The Journal of Chemical Physics. Band 11, Nr. 11, November 1943, S. 521–526, doi:10.1063/1.1723792. </ref>, welche auf dem Flory-Huggins-Modell beruhen.

Einzelnachweise