高强度水凝胶的研究现状_王兰兰(2)

王兰兰等 · 高强度水凝胶的研究现状· 37 ·

精细，呈解离状，良好地分散于凝胶体系中。随OREC添加质量的增加，NGPE的离子电导率及5%质量损失率对应的初始热分解温度均呈现先增大后减小的趋势；当OREC的添加质量分数为5%时，达到最大值。

相梅等人[10]以辐射过氧化表面活性剂胶束为引发中心和交联中心，制得具有优异机械性能的聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶，并通过原位化学共沉淀法向其中引入Fe3O4粒子，得到了磁性复合水凝胶。通过扫描电子显微镜（SEM）检测发现，磁通过XRD检测证实所引入的纳米粒子为尖晶石型Fe3O4。磁性能测试表明，PAAm/Fe3O4复合水凝胶具有超顺磁性特征。该复合凝胶具有较优异的机械性能，其断裂伸长率可以达到1200%，拉伸强度最大可达0.10MPa。另外，该复合凝胶表现出良好的形变回复特性。

上[11]。这样，滑动环凝胶能承受的拉力就比普通凝胶大得多。研究者将此称为“滑轮效应”。

滑动环凝胶的成功合成将滑动交联模型设想变为了现实，这不仅对发展高机械强度的水凝胶具有重要意义，也是扩展化学交联高分子材料的一个范例。这种水凝胶既没有化学交联的共价键, 也没有物理交联的范德华力和氢键等，可以看作是介于物理交联和化学交联之间的一种新的交联方式。利用这一特点，Imran等

[12]

利用少量乙烯

基改性的聚轮烷作为交联剂，制备高强度的水凝包括含溶剂的凝胶材料（如软性隐形眼镜、聚合物电池）以及不含溶剂的聚合物材料（如涂料、纺织品、薄膜），特别是可以制成具有极好防刮擦性能的弹性材料，用于汽车、手机、手提电脑、鱼竿等的涂层材料，具有极大的应用前景[13]。

aO2N

2HN

O

O

2

NO2

性粒子在凝胶中分布均匀，其粒径约为30nm；胶。同时，滑轮效应可以用于多种聚合物材料，

2 滑动环水凝胶

作为聚合物结构的一个重要方面，聚合物链的拓扑结构对其性能也有重要影响。制备具有特定拓扑结构的聚合物，如线型均聚物、环型均聚物、线型嵌段聚合物（包括二嵌段、三嵌段、多嵌段等）、星型聚合物、接枝聚合物、超支化聚合物等，以及研究这些特殊结构聚合物的性质，一直是高分子化学领域的研究热点。

2001年，Okumura和Ito合成出了一种新型凝胶[11]——滑动环凝胶（slide-ring gel），也称为拓扑凝胶（topological gel）。它解决了结构不规整的问题，在微观结构上比普通水凝胶的规整性高，因此相应地在宏观上就表现出具有极高的延展性、回复性、溶胀性以及低黏度等优点。其拉伸性能尤其出色，普通凝胶在外力作用下只能拉伸到原长的1倍多，而滑动环凝胶可以拉伸到原长的24倍。滑动环凝胶的结构分为一维线形结构和三维网络结构。

但与普通凝胶不同的是，它的交联点可以沿着链段滑动（图2）。当受到外力拉伸时，交联点像“滑轮”一样滑动，将一条长链均匀地分成几个链段，从而将力均匀地分布到各个链段上。同时，由于凝胶是一个三维网络，“滑轮”不仅将力均匀分布到同一条链上，而且会将力均匀分布到整个网络

b

OO

OCl

O

图2 滑动环凝胶的形成

Fig. 2 Formation of sliding ring gel

3 疏水缔合水凝胶

从材料学的观点来看，传统化学交联的水凝胶由于力学性能差而限制了其应用领域的拓展。因此，许多研究者都在致力于研发具有良好力学性能的水凝胶，但由于以往复杂的合成工艺、反应单体选择面窄等因素限制了高强度水凝胶在工业和生物医学等领域的进一步应用。近年来，高强度疏水缔合水凝胶（HA–gels）已被成功合成[14]，局面有所改观。

HA–gels是丙烯酰胺（AM）和少量疏水单体钠（SDS）水溶液中采用胶束共聚的方法制备的，是一种具有良好的透明性和高强度的新型物理水凝胶，具有明显的热弹性现象以及类似橡胶材料的热弹性转变效应[15]。其内的疏水基团与SDS通过疏水缔合作用构成了缔合胶束，这些胶束起到了有效受联点的作用，其网络结构模型见图3。

（4）醚丙烯酸酯）在十二烷基硫酸虽然滑动环凝胶交联点的形成也是随机的，（辛基酚聚氧乙烯