水凝膠是一種軟、濕材料由三維聚合物網(wǎng)絡(luò)和大量的水組成。傳統(tǒng)水凝膠由于形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)的不均勻性和缺乏有效的能量耗散機制,導致水凝膠柔軟、脆弱、易碎通常沒有足夠的機械強度來滿足實際工業(yè)和生物醫(yī)學應(yīng)用的要求。

為了提升水凝膠的機械性能,將機械堅固、高長徑比的納米級填料摻入聚合物基體中制備出了納米復合水凝膠,由于其較大的比表面積,可以提高所得到的復合材料的力學性能、熱穩(wěn)定性和潤脹性能。纖維素納米纖絲(cellulose nanofibrils,CNF)是一種納米級微細纖維,具有較高的機械強度和彈性模量,可以在復合材料中形成較強的物理纏結(jié)和網(wǎng)絡(luò)。含有CNF的納米復合水凝膠具有較大的溶脹倍率和較高的力學性能,CNF作為聚合物水凝膠網(wǎng)絡(luò)的填料或者補強劑,在網(wǎng)絡(luò)中形成非共價鍵可以提高其力學強度,但CNF與水凝膠基體之間的物理相互作用較弱,增強作用通常較小,因為CNF分子內(nèi)和分子間存在較強的氫鍵作用,它限制了CNF 的反應(yīng)活性。因此,引入CNF提高水凝膠機械強度的關(guān)鍵是CNF能與水凝膠內(nèi)其它聚合物鏈發(fā)生化學交聯(lián)產(chǎn)生共價鍵,從而使水凝膠具備更強的機械性能。丙烯酰氯改性的CNF(ACL-CNF)表面帶有較為活潑的丙烯基團,能與其它單體的雙鍵進行接枝共聚反應(yīng),與水凝膠內(nèi)的其它高分子鏈之間形成了共價鍵,能提高復合水凝膠顆粒的機械性能。

1、復合水凝膠顆粒的機械強度測定

儀器：上海騰拔質(zhì)構(gòu)儀（TBUTA-23/Universal TA/Rapid TA+/Rapid TA)

探頭：P/36R柱形探頭

將復合水凝膠顆粒樣品放于柱形探頭的正下方，測試條件如下：

測試模式：全質(zhì)構(gòu)分析(TPA)

測試速度：0.05mm/s

觸發(fā)力：5gf

目標模式：形變 85%

可以用于測定復合水凝膠顆粒樣品的恢復性、是否破裂。