水凝胶是一种软、湿材料由三维聚合物网络和大量的水组成。传统水凝胶由于形成的聚合物网络的不均匀性和缺乏有效的能量耗散机制,导致水凝胶柔软、脆弱、易碎通常没有足够的机械强度来满足实际工业和生物医学应用的要求。

为了提升水凝胶的机械性能,将机械坚固、高长径比的纳米级填料掺入聚合物基体中制备出了纳米复合水凝胶,由于其较大的比表面积,可以提高所得到的复合材料的力学性能、热稳定性和润胀性能。纤维素纳米纤丝(cellulose nanofibrils,CNF)是一种纳米级微细纤维,具有较高的机械强度和弹性模量,可以在复合材料中形成较强的物理缠结和网络。含有CNF的纳米复合水凝胶具有较大的溶胀倍率和较高的力学性能,CNF作为聚合物水凝胶网络的填料或者补强剂,在网络中形成非共价键可以提高其力学强度,但CNF与水凝胶基体之间的物理相互作用较弱,增强作用通常较小,因为CNF分子内和分子间存在较强的氢键作用,它限制了CNF 的反应活性。因此,引入CNF提高水凝胶机械强度的关键是CNF能与水凝胶内其它聚合物链发生化学交联产生共价键,从而使水凝胶具备更强的机械性能。丙烯酰氯改性的CNF(ACL-CNF)表面带有较为活泼的丙烯基团,能与其它单体的双键进行接枝共聚反应,与水凝胶内的其它高分子链之间形成了共价键,能提高复合水凝胶颗粒的机械性能。

1、复合水凝胶颗粒的机械强度测定

仪器：上海腾拔质构仪（TBUTA-23/Universal TA/Rapid TA+/Rapid TA)

探头：P/36R柱形探头

将复合水凝胶颗粒样品放于柱形探头的正下方，测试条件如下：

测试模式：全质构分析(TPA)

测试速度：0.05mm/s

触发力：5gf

目标模式：形变 85%

可以用于测定复合水凝胶颗粒样品的恢复性、是否破裂。