偶极和氢键协同作用增强的温度响应性形状记忆水凝胶

【作者】 张银宇； 李咏懋； 戴西洋； 刘文广；

【机构】 天津大学材料学院；

【摘要】 我们先前的工作已经报道过有关偶极或者氢键显著增强水凝胶的拉伸和压缩等力学性能,但是由于高化学交联度和缺少易断裂键形成的能量分散机制,其抗撕裂性没能解决。本研究中,我们以简易的一锅法光引发单体丙烯腈、丙烯酰胺、2-丙烯酸酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯(分子量575)聚合,合成了一种综合力学性能优异的水凝胶,其中AMPS的阴离子形成的静电斥力可以增加水凝胶网络的渗透压,提高其亲水性;丙烯腈的疏水的强偶极作用可以保护丙烯酰胺的亲水弱氢键,抑制水化引起的氢键失效,从而形成了具有8.3MPa拉伸强度、716%断裂伸长率,4.8 MPa压缩强度和高达5500 J/m2的撕裂能的高强度水凝胶。此外,由于物理交联和化学交联的协同作用,凝胶的能量分散环可以在较短时间内恢复。有趣的是,由丙烯腈的偶极和丙烯酰胺的氢键协同作用构建的水凝胶具有接近体温的形状记忆效应。这种以双物理交联增强水凝胶的方法为合成高强度功能水凝胶提供了崭新的思路。更多还原