1. 研究目的与意义
水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。具有三维网络结构的湿软水材料[1]，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水[2]。水凝胶兼具固体和液体的双重性质。在水中溶胀而不溶解，既能保有大量水分，又可以保持一定的形状。聚乙烯醇（PVA）一种由聚醋酸乙烯脂水解而成的，且分子链上含有大量极性羟基的水溶性聚合物[3]。由于每个重复的羟基分子单位，亲水性聚乙烯醇（PVA）可以形成化学键或物理交联水凝胶[4]，比表面积，结晶度，亲水性，模量，强度，透明性等都会提高[5]。纤维素纳米颗粒[6](CNP)是常用来制作增强水凝胶的原料。纳米纤维是指纤维直径小于1000纳米的超微细纤维。加入纳米纤维素的水凝胶具备了高机械强度、透明性好、对磁场电场等环境具有敏感性响应等特点，因而在化学能、机械能转变方面，特别是药物释放系统、化学阀、化学机械、人工触觉系统、光阀、人工肌肉和执行元件等具有非常巨大的应用价值[7]。在外界物理和化学因素如温度、PH值、光、电、磁、声、力和化学等因素的刺激下，某些水凝胶就会发生改变，这种水凝胶被称为智能水凝胶[8]。导电水凝胶作为智能水凝胶的一员，从起初的聚电解质导电水凝胶过渡为无机物添加导电水凝胶和导电高分子基导电水凝胶，此类水凝胶不仅具有良好的导电性和稳定性，同时还具有较好的机械强度，这使得其更具实际应用价值。
流变学是研究材料流动和形变的科学[9]。其应用范围十分广泛，如聚合物加工、石油、食品、血液、悬浮液、乳化剂等都与流变学有关。凝胶体系在宏观上看是一种没有流动性的半固态物质，研究凝胶的流变学性能可以从测得的流变学参数上比较得出凝胶强度的强与弱、凝胶的粘度大小并分析出影响这些性能的影响因素。在粉末冶金等工业生产及日常生活中有着广泛的应用。流变学的主要研究对象是非牛顿流体[10]。从物质状态来说，流变学的研究对象包括固体、流体和悬浮体[11]。粘度是表示体系对流动阻力的一种性质，它可以理解为液体流动时表现出的内摩擦。采用流变仪测试水凝胶流动和形变行为。高分子的流动特性反映损耗模量的变化，而形变特性表征高分子储存模量的变化。水凝胶的流变性不仅反映水凝胶体系的粘弹行为和力学性能，同时也能反映水凝胶网络结构的变化[12]。水凝胶的应用在许多领域需要一个基础理论来阐述它的粘弹性性质[13]。弹性模量[14]和粘性模量[15]随着剪切应力(stress)、剪切频率(frequence)、温度(T)的变化而发生的变化，根据这些数据的变化可了解凝胶体系的、粘弹性、强度、抗机械压力性能。原位实验在凝胶过程中执行相对简单，网络结构和交联密度是水凝胶的流变特性关键因素[16]。线性粘弹性行为动态混相凝胶聚合物系统的实验可以持续监测的发展使交联(化学或物理)和超分子复合物在没有破坏凝胶结构的水凝胶，并可以进一步反映了聚合物共混的混溶，超分子水凝胶的结构和交联密度的阶段。本研究的目的是描述的动态流变行为获得的水凝胶，并探索合理的机制多CNP之间的络合，PVA和硼砂更好地理解三维网络结构和凝胶性能之间的关系，这可能会进一步深化基础知识的水凝胶是如何加强CNP在硼砂的存在。结构性和粘弹性变化的CNP性质改变时发生了流变学分析的数据。在工作中，颗粒大小的影响，工作中，颗粒大小的影响，长宽比、晶体结构、表面电荷和最小重叠不同CNP浓度动态流变特性和水凝胶的性能。通过动态振动测量[17]，CNP对复合水凝胶的增强效果验证。由于动态形成B(OH)4和-OH的PVA(或CNP)可逆和可交换，复合水凝胶的自愈能力和热可逆性也被证明。
2. 国内外研究现状分析
在凝胶流变性能研究方面，首先在粘度方面，在2005年北京大学化学与分子工程学院对阴、阳离子聚丙烯酰胺混合体系对镁皂石凝胶流变性质的影响在php浓度和php-da的总浓度相同的条件下，后者由于在水介质中有阴、阳离子聚丙烯酰胺互相交联作用，粘度比前者有所增加[18]。2014年，华东理工大学的聚合物水凝胶的制备及粘接性能研究[19]中通过1hnmr表征得到pva-va的水解度，发现可以通过调节催化剂的用量控制pva的水解度。180剥离测试结果表明：随着pva水解度的增加，聚合物水凝胶的剥离强度降低。这是因为过度水解产生的羟基使交联度增加，造成体系的流动性变差，不能在材料表面渗透。分子量增加，剥离强度增加；而pva分子量增大，产物的粘接力却减小。流变结果表明当水凝胶处于临界凝胶点时，弹性模量[20]和粘性模量[21]在很宽的频率范围内平行并与频率成幂函数关系。此时交联度适中，体系达到内聚力与流动性之间的平衡，剥离强度最大，具有最佳的粘接性能。溶胀结果表明得到的水凝胶表现出高溶胀率，溶胀行为受ph值的影响显著。
在强度方面，在2011年，华中科技大学，纳米凝胶水分散体，超分子复合水凝胶的制备及流变学性能测定中复合水凝胶的流变学性能研究[22]。含有不同浓度的纳米凝胶分散体的复合水凝胶的流变性能与仅含有凝胶因子的纯水凝胶[23]相比较，复合凝胶的弹性模量和粘性模量都大大增强，这说明加入了纳米凝胶分散体能够增强凝胶的强度、机械性能和形变回复能力。但加入的纳米凝胶分散体过高，会导致复合水凝胶的弹性模量和粘性模量下降，但需指出的是复合凝胶体系仍比纯水凝胶的模量高。
在切力方面，的在2000年，北京化工大学材料科学与工程学院的纳米级caco3填充pvc糊的流变及凝胶化性能上研究结果表明[24]，纳米级caco3可以赋予pvc明显的切力变稀性能和触变性，还可明显加速pvc糊的凝胶化过程。在2011年信阳师范学院化学化工学院的有机蒙脱土对端羧基聚丁二烯凝胶流变行为的影响[25]中指出对此类纳米复合凝胶流变行为的测试，实现蒙脱土片层在端羧基聚丁二烯基体中分散过程的原位观测，并总结出影响该复合凝胶流变行为的三大因素：温度效应、剪切诱导取向效应和聚合物与蒙脱土之间的相互作用，最后提出一个机理来理解有机蒙脱土对端羧基聚丁二烯凝胶流变行为的影响，以及液体橡胶/有机蒙脱土纳米复合凝胶的独特流变行为与微观结构之间的关系。
3. 研究的基本内容与计划
（1）动态振动测量：水凝胶(pb，pb-cnci，pb-cnfi和pb-cncii)和悬浮液(cnci，cnfi和cncii为1.0wt%)被转移到密封的小瓶，防止水的蒸发。然后他们被允许平衡三天的完整结构形成前测试；
（2）动态应变扫描：动态粘弹性测量之前，动态应变扫描从1%到100%在ω=1.0hz第一次执行时，记录和存储模量定义的线性粘弹性区域(lvr)储能模量应变振幅无关。1.0%的应变被选中在随后的振动测试，以确保动态振荡lvr中的每个样本的变形；
（3）连续一步应变：调查恢复性能的水凝胶响应应用剪切力(表示的应变)；
4. 研究创新点
一种新的cnp，pva水凝胶已成功通过一个简单的方法在水介质制作的。分别将三种类型的(即cnci，cncii和cnfi)水系统，混合水凝胶的粘弹性、强度和刚度都显着地提高。高度结晶cnp作为多功能交联剂和物理和化学桥水凝胶的三维网络[26]，清楚地展示自然cnp和合成聚合物矩阵之间的协同作用。cnp的性质(即粒子大小、纵横比、晶体结构和表面电荷)复合水凝胶的动态流变性能的影响。交联密度，获得了水凝胶的粘弹性，刚度的顺序pb-cnfipb-cncipb-cncii。
1、cnp是一种真正的可再生、环境友好、性能优越的新型材料；
2、复合材料的模量和强度都会随着纳米纤丝含量的增加而增强，当纳米纤丝含量增加到一定值时达到最大值。
