本论文着力于用简单的方法制备强度与韧性较好的水凝胶,通过系统测定水凝胶的力学性能、溶胀行为和结构,将水凝胶结构、性能与应用关联起来。第一章为文献综述,第二至四章为研究内容,第五章为结论与展望。(1).用一种简单的方法,即通过丙烯酰胺和苯硼酸基单体的自由基共聚,制备了一种新型的力学性能良好的水凝胶(丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝胶)。共制备了22个水凝胶样品,考察了水凝胶组成(3-丙烯酰胺基苯硼酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺含量)对水凝胶力学性能的影响,测定了组成和环境因素(pH值和葡萄糖浓度)对溶胀行为的影响,并探讨了水凝胶的结构。不含共价交联剂时,水凝胶具有可高度拉伸性(断裂伸长率大于2000%)、良好的回弹性(回弹性高于75%)与抗疲劳特性(10次循环拉伸后拉伸功保持在78%以上)。添加适量的共价交联剂或改变主单体丙烯酰胺的含量,可调节与优化水凝胶的力学性能。同时,水凝胶可在水中高度溶胀,溶胀行为独特,对pH和葡萄糖浓度有响应性。研究还表明其它苯硼酸类单体和丙烯酰胺也可以用相同的方法制备力学性能良好的水凝胶,即方法具有普适性。初步的结构表征与计算表明该系列水凝胶依靠各基团之间的氢键相互作用交联。(2).使用纤维素纳米纤维改性丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝胶,利用纤维素纳米纤维的高强度与高模量,借鉴纤维增强复合材料的增强原理,制备了14个样品,考察了纤维素纳米纤维种类、含量以及交联剂含量对水凝胶力学性能的影响。结果表明,所得水凝胶在保持制备方法简单、可高度拉伸性和独特溶胀行为的同时,水凝胶的模量、强度、韧性以及压缩性能得到了大幅提高。添加0.5 wt%含量的纤维素纳米纤维后,水凝胶的模量、强度和拉伸功依次增加428%、112%和108%,断裂能达到了2211 J/m2,同时力学性能随时间具有自恢复性。推测刚性的纤维素纳米纤维与聚合物之间存在氢键等相互作用,起到应力转移的作用,使水凝胶的刚性增强,具备抵抗裂缝生长的性能。(3).在制备纤维素纳米纤维改性丙烯酰胺-丙烯酰胺苯硼酸基水凝胶的过程中,分别加入阴离子聚合物聚丙烯酸钠、氧化石墨烯和大分子交联剂聚乙二醇丙烯酸酯,制备了 14个水凝胶样品。测试了所得水凝胶的力学性能和热性能。发现各添加剂的加入均有一定的改善效果。发现添加相对于纳米纤维素9 wt%的聚丙烯酸钠后,断裂伸长率、断裂强度和拉伸功依次提高45%、12%和55%;氧化石墨烯与N,N-亚甲基双丙烯酰胺共同使用可以起到增强作用;加入大分子交联剂可以保持水凝胶的高拉伸性。本论文最主要的意义在于运用简单的方法制备了一类力学性能优良的水凝胶,水凝胶在药物输送与释放、智能材料(如微阀)等方面有一定的应用前景。