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Macromol. Rapid Commun.:易加工、可杂化、耐盐性高强度超分子水凝胶

水凝胶具有优越的生物组织相似性, 使用过程中不影响生命体的代谢过程等优点。在生物医学等领域发挥着越来越大的作用。但传统水凝胶往往较弱/脆,不能承受大的形变/负载,使得其实际应用范围大大受限。目前所报道的高强度水凝胶多以共价交联或共价-非共价共交联的方式,通过在特定模具中原位聚合或交联一次成型。难以根据实际应用需求,利用其它加工方法制备成仍具有良好机械强度、符合实际需求的形态。与传统的共价键相比,具有弱而可逆的非共价交联网络体系的超分子水凝胶具有诸多的优越性。但是,其弱而可逆的交联网络特性却往往伴随着机械性能和化学稳定性的缺失。目前,纯物理交联的易加工成型、杂化复合、耐盐(适合在体液、血液、细胞培养缓冲溶液等环境中应用)、溶胀平衡态仍保持高强度的超分子水凝胶的研究鲜有报道。

Macromol. Rapid Commun.:易加工、可杂化、耐盐性高强度超分子水凝胶

针对这些问题,苏州大学材料与化学化工学部郭明雨教授课题组通过简单的“一锅两步法”,以水为间接扩链剂,成功合成了一系列主链含疏水性多重脲基短链的线形聚氨酯脲共聚物。这些共聚物具有良好的溶解性和热塑性。可通过溶液涂膜或热压膜工艺制备宏观尺寸的水凝胶膜。研究结果表明:所制超分子水凝胶膜的平衡含水率在55%-75 wt%,拉伸断裂强度为2-14 MPa,断裂伸长率为600-1400%,拉伸模量在0.5-6 MPa,断裂能在10-60 MJ m-3,储能模量Gʹ在35 kPa-180 kPa;人工海水(NaCl: 2.4 wt%,Na2SO4: 0.4 wt%, 和KCl: 0.07 wt%)中溶胀平衡后,其平衡含水率和拉伸性能几乎保持不变;纳米羟基磷灰石(5-16 wt%)杂化水凝胶的断裂伸长率并未受到明显影响,其断裂应力仍可高达约5 MPa;无论是溶胀平衡的水凝胶膜或是脱水后的干膜,均可再回收利用,且各性能不受影响。此外,还可以通过静电纺丝、湿法纺丝、微流控纺丝等多种加工方法制备溶胀平衡态仍具有良好拉伸性能的直径在纳米、微米、毫米级水凝胶纤维。

本研究以多重脲短链间的强氢键相互作用和疏水聚集作用形成的纳米微区作为强物理交联点,为制备易加工成型、超强、耐盐、易杂化复合、可回收利用的高性能超分子水凝胶的研究提供了一种新思路。

相关结果发表在Macromolecular RapidCommunication (DOI:10.1002/marc.201700275)上,文章链接为http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/marc.201700275/full, 或直接点击左下角阅读原文按钮进行阅读。


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