图1通过强化相分离策略制备SMP的示意图及基于海藻酸钠和聚乙烯醇共混体系制备得到的强韧SMP。
超大孔水凝胶(SMP)以其高度仿生的结构和高渗透性的特质,近年来在生物医用领域备受瞩目。然而,大孔结构常致使材料整体力学性能下滑,这严重限制了大孔凝胶的进一步应用。因此,在获取大孔结构的同时维持高韧性,对于大孔凝胶材料而言无疑是一项重大挑战。
近期,浙江大学相佳佳研究员、邵世群研究员以及刘欣研究员团队合作,提出一种增强相分离效应制备坚韧SMP的策略。该策略通过选取两种具有不同聚集趋势且相互混溶的聚合物(海藻酸钠和聚乙烯醇),在凝胶化过程中,这两种聚合物各自聚集且相互排斥,进而诱导高密度聚合物相的产生,成功在水凝胶内部塑造出更大的孔隙结构,同时显著增强了整体材料的韧性。与传统的制备方法(如冷冻凝胶化或模板法)相比,此方法无需耗时的冷冻处理或溶剂交换,极大地提高了制备效率。而相较于采用嵌段共聚物的传统相分离策略,本方法大幅提升了材料最终的孔径。所制备出的水凝胶,孔隙率高达85%以上,同时还拥有优异的机械性能,杨氏模量约为300 kPa,压缩破裂应变高达99%。同时,通过调控不同分子量的海藻酸和聚乙烯醇,能够灵活控制孔隙尺寸范围(50 μm至700 μm),增强了该水凝胶在不同应用场景中的适用性。
通过多种结构表征手段表明,聚乙烯醇在共混体系中通过增加粘度以及定向迁移的方式,诱导海藻酸钠分子取向并堆积形成高密度聚合物相,最终在获得超大孔结构的同时确保了材料的高韧性。
图5 SMP形成的可能机制及动态观察。
这项工作通过创新的相分离策略,打破了传统高孔隙率水凝胶在力学性能方面的瓶颈,为同时兼顾高孔隙性和高机械性能的水凝胶提供了崭新思路,也为未来高效制备新型SMP提供了理论依据和实践参考。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202412412
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