水凝膠是一種軟、濕材料由三維聚合物網絡和大量的水組成。傳統水凝膠由于形成的聚合物網絡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和生物醫學應用的要求。

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和網絡。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絡的填料或者補強劑,在網絡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分子內和分子間存在較強的氫鍵作用,它限制了CNF 的反應活性。因此,引入CNF提高水凝膠機械強度的關鍵是CNF能與水凝膠內其它聚合物鏈發生化學交聯產生共價鍵,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,與水凝膠內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：上海騰拔質構儀（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：全質構分析(TPA)

測試速度：0.05mm/s

觸發力：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。