水凝胶作为一种新型高分子材料,是由一种或多种网络通过一种或多种交联方式形成的具有稳定三维网络结构的高分子聚合物。由于其拥有的独特且优异的性能及在各个领域里极大的应用潜力,从而受到了研究者们广泛的关注。但水凝胶的缺点在于其机械性能与橡胶、塑料等材料差距很大,不能满足实际应用时的力学性能需求,它易于破裂和破坏,因此如何制备高强度水凝胶是目前的重要问题。在本文中,通过向凝胶体系中加入多重非共价键协同作用来增强聚丙烯酸水凝胶的力学性能,并对其增强机理进行研究解释。1.聚丙烯酸的聚合物链通过二乙烯三胺（DETA）和铝离子(Al³⁺)作为物理交联点连接,形成具有高机械性能的离子键协同作用水凝胶。本课题以丙烯酸聚合而成的聚丙烯酸链为网络,通过引入DETA和Al³⁺来构成交联网络。DETA上的氨基离子化后的铵根离子和聚丙烯酸的羧基形成离子键,Al³⁺能与聚丙烯酸中的羧基形成三齿状的离子键。前者形成的离子键键能较强,在水凝胶中作为永久交联点,保持水凝胶的形态;后者形成的离子键键能较弱,在水凝胶受力时通过断裂、高内摩擦及断裂后的快速重组,增强了水凝胶的韧性、抗冲击性和抗疲劳性。强/弱离子键的协同作用赋予了水凝胶优异的机械性能,其断裂应力能够超过2.5 MPa,断裂应变超过1500%,韧性超过13 MJ/m³,发生较大的形变后水凝胶仅需20 min便可恢复原始性能。本实验以两种非共价键的协同作用为基础合成了完全物理交联的高强度水凝胶,良好的韧性、抗疲劳性能和恢复性能使该水凝胶在实际应用过程中能够抵抗外力破坏,且多次重复利用,为高强度的水凝胶的合成提供了新思路,同时提高了水凝胶的应用潜力。2.丙烯酸、丙烯酰胺、海藻酸钠及氯化铝通过自由基聚合来合成一种具有高力学强度的双重网络水凝胶。丙烯酸和丙烯酰胺形成的共聚物链构成了第一重网络,其交联点是由链段上的羧基和酰胺基形成的氢键。海藻酸钠作为天然多糖,链段上含有大量羧基,在水溶液中与三价的铝离子形成三齿交联结构,构成了第二重网络。经过透析处理后,链段移动至网络平衡状态后便获得了完全物理交联的双重网络水凝胶。两重网络彼此穿插,受力时氢键和离子键这两种非共价键作用同过协同作用使断裂应力最高超过3.5 MPa,断裂应变最高接近1000%,韧性最高超过15 MJ/m³,模量最大超过900 kPa。这种完全物理交联的双重网络水凝胶具有比肩传统化学交联双重网络交联水凝胶的机械性能,满足了实际应用中对水凝胶的力学性能要求,使其在组织工程等领域能够媲美天然材料。同时合成操作简单、条件温和,为快速简易合成超高机械性能水凝胶提供了一种思路。