制备具有快速、可重复、高修复效率的共价交联聚合物水凝胶具有重要的理论与实际应用价值。通常为实现自修复共价交联聚合物水凝胶的自修复，需要在共价交联网络中引入动态共价可逆交联键。为此，学者们报道了一系列利用Diels-Alder反应、光化学环加成反应等构筑动态共价交联键的研究成果，实现了共价交联聚合物网络的可重复自修复。但是，这一自修复策略需要加热、光照等能量输入，并往往需要较长的修复时间。虽然，利用超分子相互作用，比如：氢键、配位键、p-p 堆叠等作用，构筑的自修复聚合物水凝胶具有可逆、快速、可调控自修复，以及多刺激响应性等特点，但也面临着修复速率与力学性能难以同步提升的难题。

  为此，宁波大学翁更生教授团队提出了利用Ag⁺/Fe³⁺-催化丙烯酸及丙烯酸/共聚单体水溶液快速凝胶，实现共价交联聚合物水凝胶快速修复的全新策略。

图1. （a）Ag⁺催化快速形成PAA水凝胶。（b）Ag⁺/Fe³⁺-催化快速形成AgFe-PAA水凝胶。（c）利用流变技术考察Ag⁺/Fe³⁺-催化凝胶化的交联动力学。（d）利用AgFe-PAA水凝胶作为“引发剂”在试管中产生界面引发凝胶化（IIG）反应。（e）利用常规拍摄与红外热成像追踪IIG反应。(f)沿试管纵向三个不同位置的温度分布曲线。

  基于上述原理，可利用此IIG反应快速修复受损的共价交联水凝胶。如图2所示，作者考察了AgFe-PAA、AgFe-P(AA-co-AM)与AgFe-P(AA-co-DMA)三种水凝胶的IIG修复性能。此三种水凝胶均利用Ag⁺/Fe³⁺-催化聚合并凝胶化而得到。为实现IIG修复，作者利用AA或AA/comonomer水溶液（20 wt%）作为修复液，将修复液滴加到相应的水凝胶（聚合物含量20 wt%）缺口处，室温下经过大约60 min的IIG反应，即可实现受损水凝胶的修复。此修复具有高修复效率。其中，AgFe-PAA与AgFe-P(AA-co-AM)水凝胶的修复效率分别为98 %与96 %，AgFe-P(AA-co-DMA)水凝胶几乎完全修复。这种IIG修复可重复多次，且在五次修复过程中修复效率仅稍微降低。在“修复液”中加入Fe³⁺后，修复效率会更高，且多次修复的下降速率更低，而修复时间也缩短到18 min。

  当提高水凝胶，比如AgFe-PAA水凝胶的聚合物含量到70 wt%，无Fe³⁺的修复时间进一步缩短到5 min，而有Fe³⁺的修复时间则更短，为3.5 min。当进一步提高聚合物含量到92 wt%，无Fe³⁺的修复时间可缩短至大约1.5 min，而有Fe³⁺的修复时间大约为1 min。由于固含量太高，水凝胶脆性提高，修复效率有所下降。 

图2. （a）IIG修复的操作示意图。（b）-（d）共价交联AgFe-PAA、AgFe-P(AA-co-AM)与AgFe-P(AA-co-DMA)水凝胶的IIG修复照片示意图。（e）-（g）利用应力应变曲线展示上述三种水凝胶的IIG修复性能。（h）-（j）AgFe-PAA水凝胶的在含Fe³⁺与不含Fe³⁺的“修复液”的作用下的多次修复行为及每次的修复效率。

图3. （a）利用IIG反应在水凝胶表面生成疏水聚合物层的示意图与实际照片。为观察皮层，疏水层中加入了发蓝色荧光的物质。（b）AgFe-PAA水凝胶引发MMA/BA聚合得到照片中左边无色PMMA/PBA部分。照片与（c）应力应变曲线显示AgFe-PAA水凝胶与PMMA/PBA部分具有较好的界面强度。（d）AgFe-PAA水凝胶样条生成保水增强疏水层的示意图。（e）有无PMMA/PBA皮层的应力应变。（f）有无PMMA/PBA皮层的AgFe-PAA水凝胶的保水性测试数据。

  文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.macromol.2c02065