Page 54 - 《精细化工》2023年第2期

·276· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

由图 3 可知，PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶具有典 由于水凝胶内部存在 PAM/PBA-IL 共聚物与
型的多孔结构形态，孔径在 15~50 μm 之间。进一步 CNF 链上邻二羟基间形成的动态硼酸酯键以及凝胶
对图进行放大，可以观察到 PAM/PBA-IL3/CNF 水 内部的多重氢键，当水凝胶受到外力而发生机械损
凝胶内部没有出现聚集现象，说明 CNF 均匀分布在 坏时，这两种动态键可以同时进行有效的可逆重建，
水凝胶内部网络中。 从而使水凝胶内部的网络和机械强度得到自修复。
2.4 水凝胶自修复性 通过动态流变学进一步分析 PAM/PBA-IL3/CNF
自修复是指材料结构发生破损时，可通过自身 水凝胶的自修复性能，结果见图 6。
结构的重建来实现修复的能力。将一块 45 mm×
15 mm×3 mm 的水凝胶长条切成两半，其中一半用
罗丹明B 染色。将两个半块水凝胶沿着切面接触5 min，
观察水凝胶的自修复性能，结果见图 4。如图 4a 所
示，一半为透明水凝胶，一半为染红的水凝胶。将
两个半块水凝胶沿着切面接触 5 min，可以观察到水
凝胶的颜色随着时间的延长而加深且相互渗透（图
4b）。并且，自修复 5 min 后的水凝胶长条足以承受
垂直于切割表面的拉力（图 4c），说明水凝胶具有
良好的自修复效果。

a—G'和 G"与时间的关系（频率 1.0 Hz；应变 10%）；b—G'和
G"在小振荡力（应变 1%，频率 1.0 Hz）和大振荡力（应变 400%，
频率 1.0 Hz）条件下的变化

图 6 室温下，PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶自愈过程的流
a—水凝胶长条切成两半，其中一半用罗丹明 B 染色；b—两个半 变性能
块水凝胶沿着切面接触 5 min；c—对自修复后的水凝胶进行拉伸 Fig. 6 Rheological properties of self-healing process of
图 4 PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶的自修复过程 PAM/PBA-IL3/CNF at room temperature
Fig. 4 Self-healing process of PAM/PBA-IL3/CNF hydrogel
如图 6a 所示，自修复水凝胶 PAM/PBA-IL3/CNF
进一步对水凝胶的自修复机理进行分析，如图 的 G'和 G''最初低于初始 PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶
5 所示。 的 G'和 G''。随着时间的延长，自修复水凝胶的 G'

和 G''值不断增加，最终达到与原始水凝胶几乎相同
的值（3567 和 1020 Pa）。结果表明，PAM/PBA-
IL3/CNF 水凝胶内部的网络可通过动态硼酸酯键和
氢键进行修复。
如图 6b 所示，水凝胶在小振幅（应变为 1%）
下，G'和 G''分别为 5285 和 2195 Pa，且 G'始终大于
G''，表明水凝胶呈现准固体特性 [20] 。当向水凝胶施
加大振幅（应变为 400%）时，G'和 G"立即分别降
低至 197 和 518 Pa，G'小于 G"，说明在此条件下，

水凝胶内部网络遭到损坏，水凝胶呈现准液态。此
图 5 PAM/PBA-IL3/CNF 水凝胶的自修复机理
Fig. 5 Self-healing mechanism of PAM/PBA-IL3/CNF 外，当应变恢复到 1%，G'和 G"可立即恢复到初始
hydrogel 值，并且在后几次的循环中仍可以观察到此现象，