Page 26 - 《精细化工》2023年第11期
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·2338· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷
图 1 物理交联 PANI/CS/EC 水凝胶原理示意图（a） [17] ；化学交联 HPMC-g-AN/AM-ZnCl 2 水凝胶原理示意图（b） [21]
Fig. 1 Schematic diagram of physically cross-linked PANI/CS/EC hydrogel (a) [17] ; Schematic diagram of chemically cross-
linked HPMC-g-AN/AM-ZnCl 2 hydrogel (b) [21]
以上研究表明，化学交联是通过共价键的方式 （APS）引发作用下制备了一种快速聚合的自愈性
形成水凝胶，水凝胶中的三维网状结构具有良好的 水凝胶（PATG-B-Fe），该水凝胶中 BCW-TA、PAA
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力学性能和稳定性，但多数交联剂对生物具有一定 和 Fe 之间存在多氢键和配位键，在力学和自愈合
的毒性，采用绿色无毒害的交联剂将是未来的发展 方面表现出优异的性能，应力可达到 203 kPa，断裂
趋势。相对化学交联而言，物理交联是通过非共价 伸长率为 1950%，自愈效率为 91%。当断裂表面重
键的形式形成水凝胶，具有一定的可逆性，制备的 新接触时，随着聚合物链的纠缠，改变了断裂的动
水凝胶更加容易降解。此外，物理交联避免了化学 态配位键和氢键，水凝胶表现出自愈合功能（图 2a）。
交联中交联剂有毒性的问题，在生物医疗材料中有 为了追求更高的自愈效率，SONG 等 [28] 将多支化纳
更广泛的应用。 米纤维素晶（CNC-PANI）加入 PVA 中制备了一种
导电性好、灵敏度高的自愈性水凝胶（CNC-PANI/
2 纤维素基导电水凝胶分类
PVA），如图 2b 所示。其中，CNC-PANI 充当动态
纤维素及其衍生物与不同导电物质通过物理交 桥梁，为水凝胶提供层次结构和动态氢键作用，再
联和化学交联制备的 C-ECH 具有不同的功能，功能 结合动态硼酸酯键，水凝胶在空气和水下均能保持
化 C-ECH 因其优异的导电性能、机械性能等已经成 良好的自愈能力，在 120 s 内自愈效率可达 99.56%，
为国内外研究热点。按功能分类，C-ECH 主要可分 该水凝胶在设计具有自愈性的仿生传感器方面具有
为自愈功能 C-ECH、高机械性能 C-ECH、强黏附性 很好的发展前景。此外，为了缩短水凝胶自愈合的
能 C-ECH 和耐冻性能 C-ECH。 时间，YUE 等 [29] 利用一种有效且简单的自由基聚合
2.1 自愈功能 C-ECH 方法，将采用聚乙烯亚胺（PEI）改性纤维素纳米晶
自愈功能的 C-ECH 是一种当受到外部机械力 体（ CNCs）得到的改性纤维素纳米晶体（PEI-
引起损伤变形后能实现自我修复的三维网状结构 CNCs）、还原氧化石墨烯（rGO）和不同丙烯酸酯
[22-23] 。其机制是通过机械学原理创建一条侧悬高 单体制备了一种具有自愈功能的水凝胶（CNC/rGO），
分子链，由水凝胶主体结构垂悬下来，给受损水凝 如图 2c 所示。
胶部分一个可以攀附上来并重新黏合的机会。纤维 在 25 ℃条件下水凝胶切割后 12 s 内可以恢复
素基导电水凝胶的自愈性为自适性多功能智能新 到其原始机械性能和导电性能，并在 5 次切割和自
材料奠定了基础，如柔性仿生皮肤、柔性电子设备 愈后其断裂伸长率仅由 950%下降至 943%，这种导
等 [24-26] 。 电室温自愈合水凝胶的设计利用了超分子化学和
WANG 等 [27] 采用细菌纳米纤维素（BCW）、单 聚合物纳米科学的独特优势，为人造皮肤、软机器
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宁酸（TA）、聚丙烯酸（PAA）和 Fe 在过硫酸铵 人、仿生假体和能量存储的应用提供了帮助。
