基于双功能酚类的顺序聚合构建高性能可打印水凝胶

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水凝胶是内部具有三维交联网状结构的一种高分子材料,其具有高含水量、柔软以及良好的生物相容性等特点,广泛应用于食品、生物医药、化妆品、农业生产等领域。但是,传统的水凝胶由于其机械性能较差,在实际应用中受到了极大地限制。通过对水凝胶网络结构进行设计,可以获得韧性多重网络水凝胶。该类水凝胶材料可以通过其内部的“牺牲键”结构有效实现能量的耗散,以此来获得水凝胶力学性能的显著提升。韧性多重网络水凝胶按照组分种类可以分为天然高分子水凝胶和合成水凝胶。其中,天然高分子水凝胶具有原材料来源丰富、生物相容性好等诸多优点,但往往很难同时满足功能化设计和良好力学性能的需求。相对于天然高分子水凝胶,高强度、高韧性合成水凝胶不仅可展现出更高的力学强度和韧性、优异的稳定性,而且还具有更好的可设计性和对功能化应用的可控制性。在本文中,我们提出一种新的多重网络全合成韧性水凝胶的制备方法:通过设计一种双功能酚基单体可控制备目标聚合物,从而灵活调节水凝胶的力学性能。通过双功能酚类小分子化合物的顺序聚合得到含酚基的聚合物,该聚合物与传统的乙烯基单体丙烯酰胺混合一锅法快速制备高强度、高韧性、全合成水凝胶。在可见光照射下,数秒内即可完成整个凝胶化过程。而且制备得到的水凝胶断裂应变高达800%,韧性可以达到2.2 MJ/m~3,断裂应力可达0.75 MPa。快速的凝胶化和前驱液稳定性使得高强度、高韧性全合成水凝胶不仅可以添加染料进行图案化,还可以通过挤出式3D打印出高分辨率的2D/3D结构,用于压力传感的稳定性测试,检测人体的运动等。这种省时、简单的韧性多重网络水凝胶的制备策略可以广泛应用于制备可3D打印的高性能、全合成水凝胶。
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