Page 102 - 《精细化工》2020年第9期

·1816· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 37 卷

有效交联密度和网络均匀性提高。因此，机械性能
由于 PVA-CS-5 水凝胶的机械性能与软骨还有
显著提高。
差距，而 CS 是一种含有氨基的多糖，其溶解性与
[8]
溶液的 pH 以及离子强度有关 。YANG 等 [22] 通过浸 2.3 水凝胶的抗疲劳性能
耐疲劳性是人体软骨的另一个重要特性 [1-2] 。通
泡 NaCl 水溶液使 PAM/CS 复合水凝胶的抗拉强度
由 0.15 MPa 提高至 2.12 MPa。这可能是因为盐析效 过滞后和循环压缩实验研究了复合水凝胶的抗疲劳
应只能形成链缠结微区，其能量耗散效率有限 [22] 。 性能 [27] ，结果见图 9。
考虑到离子键是有效的能量耗散基团，其对水凝胶
的增强和 增 韧效果十 分 显 著 [17,19,31] 。因此， 对
PVA-CS-5 浸泡 Na 3 Cit 制备的水凝胶拉伸性能进行
测试，结果见图 8。

图 9 PVA-CS-5-S 水凝胶滞后实验（a）以及对应的耗散
能（b）
Fig. 9 Hysteresis tests (a) and the corresponding dissipated
energies (b) of PVA-CS-5-S composite hydrogel

图 8 PVA、PVA-CS-5 和 PVA-CS-5-S 水凝胶的拉伸（a）
由图 9 可知，PVA-CS-5-S 水凝胶在拉伸应变分
与压缩应力-应变（b）曲线
Fig. 8 Tensile (a) as well as compressive stress-strain (b) 别为 100%、150%、200%以及 250%时都存在明显
curves of PVA, PVA-CS-5 and PVA-CS-5-S 的滞后现象，说明其具有能量耗散机制 [27] 。此外，
hydrogels 滞后环随应变的增大而逐渐增大（图 9a），计算可
知耗散能分别占总能量的 76.1%、85.0%、87.3%和
由图 8 可见，PVA-CS-5 水凝胶只能承载 0.5 kg
89.4%（图 9b）。说明 PVA-CS-5-S 水凝胶具有高效
的砝码，而 PVA-CS-5-S 水凝胶可以承载 5.0 kg 的
的能量耗散机制 [27] 。这是因为，PVA-CS-5 水凝胶主
砝码，说明浸泡 Na 3 Cit 后水凝胶机械性能得到明显
要是依靠 PVA 结晶微区交联，而结晶微区不是高效
提升。拉力机测试可知，单网络 PVA 水凝胶的抗拉
[8]
的能量耗散机制 。而浸泡 Na 3 Cit 溶液后，由于 CS
和抗压强度仅为 0.2 和 1.4 MPa，PVA-CS-5 水凝胶
3–
+
侧链 NH 3 与 Cit 形成了离子键，且水凝胶内自由水
前驱体的抗拉和抗压强度提高至 0.9 和 4.2 MPa，而
含量降低使内摩擦力增大，为水凝胶提供了高效的
浸泡后 PVA-CS-5-S 水凝胶的抗拉和抗压强度分别
能量耗散机制 [27] 。
为 9.3 和 16.6 MPa，是浸泡前的 10.3 倍和 4.0 倍，
[2]
能够与软骨媲美 。这是因为，FT 所得水凝胶主要 进一步采用循环压缩实验研究了水凝胶的抗疲
劳性能，结果见图 10。
是结晶微区起交联作用，而浸泡 Na 3 Cit 后离子键的
可逆断裂重组能够进一步耗散外界能量 [17,19,31] 。此 由图 10 可知，水凝胶第 2 次至第 10 次的压缩
曲线几乎重叠，略低于首次压缩。计算可知，连续
外，水凝胶的含水率下降，聚合物质量分数以及结
合水质量分数上升，聚合物链内摩擦力增大 [12,29] ， 10 次压缩后水凝胶的抗压强度和韧性分别为初始值