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哈工大李保强教授课题组在超支化聚硅氧烷交联增强水凝胶方面取得新进展
2018-12-04 来源:中国流变网    点击次数:49次    

  水凝胶由于其高含水量、化学与生物分子透过性、生物相容性以及与人体软组织具有相似结构等特性受到研究者的关注。传统水凝胶存在力学强度弱,易发生永久性断裂等缺点,这很大程度上限制了其在组织工程、智能传感器、药物释控等领域中的应用。因此,如何有效地提高水凝胶力学性能是目前水凝胶领域研究的热点和难点。

  为了实现网络结构的优化从而提高水凝胶的力学性能,哈尔滨工业大学材料学院李保强教授课题组厉世能博士设计并合成了双官能团(乙烯基和环氧基)超支化聚硅氧烷(HSi)。以HSi为新型交联剂,通过热引发自由基聚合制备了聚丙烯酰胺/壳聚糖水凝胶。交联剂不但交联聚丙烯酰胺水凝胶网络,同时将壳聚糖分子链有效地结合到双组分水凝胶网络,提高了水凝胶网络结构的应力传递与能量损耗能力。文章重点研究了新型交联剂的分子结构、交联剂用量以及含水量等参数对复合水凝胶力学性能的影响。通过优化和调节交联剂参数(包括乙烯基/环氧基官能团比例与交联剂用量) 可以实现聚合物网络结构的致密化和均一化。力学性能测试表明:聚丙烯酰胺/壳聚糖水凝胶呈现出较高的拉伸强度和韧性、高延展性以及高压缩应变下良好的抗疲劳性等优异性能(拉伸强度达302 kPa,断裂能达3.85 MJ·m-3,断裂伸长率达 2263%,多次循环压缩后压缩强度依然保持初始值的90%)。多种的结合键的形成有效地增强聚合物链之间的相互作用(共价键,分子间共价键以及氢键),而且进一步优化了聚合网络结构,实现了外力作用下时更多的能量耗散。该研究为新型交联剂分子结构的设计与开发,从而实现水凝胶的强韧化提供了新的思路。

  该成果发表在Materials & Design (Li S-N, Li B*, Gong L-X, Yu Z-R, Feng Y, Jia D, Zhou Y, Tang L*, et al. Enhanced mechanical properties of polyacrylamide/chitosan hydrogels by tuning the molecular structure of hyperbranched polysiloxane. Materials & Design. 2019;162:162-70)上,论文是开放获取方式发表。

  论文链接:https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.11.045

 
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