水凝胶是一种高含水量的三维网状高分子材料,它的机械性能对于其在生物组织工程等领域用作结构材料具有重要的影响。双网络(DN)水凝胶是一种机械性能优异、生物相容性好的新型水凝胶材料,具有高强度、高韧性等特点,近年来受到广泛关注。本论文针对由聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)(PAMPS)和聚丙烯酰胺(PAM)构成的DN水凝胶的两个聚合物网络进行化学改性,包括引入可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合的方法提高聚合物网络链长的均匀性;通过将阳离子单体引入水凝胶的第二网络,在网络间产生多重离子相互作用;以及将聚两性电解质水凝胶用作DN水凝胶的第一网络等,借此调控DN水凝胶的结构与性能,并制备了一系列机械性能优于传统PAMPS/PAM DN水凝胶的改性DN水凝胶材料。在理论方面,以同步辐射小角X射线散射(SAXS)为主要研究手段,表征改性后的单网络(SN)和DN水凝胶内部微观结构的变化,进一步分析聚合物网络化学改性调控DN水凝胶结构与性能的机理。在PAMPS/PAM DN水凝胶的聚合过程中将RAFT试剂引入PAMPS网络,得到第一网络改性的DN水凝胶。通过研究RAFT试剂的用量以及功能链段等对DN水凝胶溶胀性能、机械性能的影响,发现经由RAFT聚合改性第一网络的DN水凝胶机械韧性大幅提高,断裂能达到3.3 MJ·m-3,而使用大分子RAFT试剂引入聚乙二醇(PEG)和PAM链段后,改性DN水凝胶的韧性进一步提高。SAXS实验结果表明,改性后的第一网络SN水凝胶交联团聚体尺寸明显增大,有利于更多PAM链与之缠结与互穿,两个网络间的相互作用增强,从而更有效地耗散集中应力。通过改变PAMPS/PAM DN水凝胶第二网络合成过程中光引发剂和化学交联剂的用量,研究PAM线性聚合物或PAM松散交联网络的平均相对分子质量对于PAMPS/PAM水凝胶结构与性能的影响。在不加入化学交联剂的条件下,半互穿网络水凝胶的机械性能随引发剂用量的减少而显著改善。在此基础上,将RAFT试剂引入水凝胶的第二网络,通过改变其用量,在保证PAM线性链的相对分子质量相近条件下,经由RAFT聚合改性后的半互穿网络水凝胶表现出更加优异的机械性能,说明链长均匀的PAM线性链有利于水凝胶机械性能的提高。基于网络间相互作用对于DN水凝胶机械性能的重要影响,将离子键超分子作用引入DN水凝胶。以阳离子单体与AM的共聚物代替PAM改性PNaAMPS/PAM DN水凝胶的第二网络,制备第二网络改性的DN水凝胶。水凝胶的性能随阳离子单体用量而改变。在离子平衡状态附近,改性DN水凝胶表现出最低的溶胀率及最显著的相分离,同时其拉伸强度相比于PNaAMPS/PAM DN水凝胶显著提高,达到1.3 MPa左右。SAXS实验结果表明,在离子平衡状态附近,改性DN水凝胶内部形成了大尺寸的致密交联团聚体。而阳离子单体的化学结构差异也会对水凝胶的性能产生影响。进一步将多重离子相互作用由网络间引入网络内部,以阴离子单体4-乙烯基苯磺酸钠(NaSS)和阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)无规共聚的聚两性电解质作为DN水凝胶的第一网络,合成P(NaSS-co-DAC)/PAM改性DN水凝胶。随着第一网络中离子比例偏离平衡状态,水凝胶逐渐由SN水凝胶特性转变为DN水凝胶特性,其拉伸模量随着离子复合物强度的减弱而逐渐下降,而水凝胶的拉伸强度则先下降,之后伴随着凝胶结构的转变而大幅提高,再随着离子复合物强度的减弱而下降。SAXS实验结果表明,在离子复合物与可活动链段尺寸大致相等的条件下,可以获得具有优异机械强度与韧性的DN水凝胶。