利用疏水相互作用合成的水凝膠通常具有較強(qiáng)的力學(xué)性能和抗溶脹性能,在軟體機(jī)器人、3D打印和可穿戴傳感器等方面具有極大的應(yīng)用前景。然而,疏水相互作用的存在會(huì)使水凝膠內(nèi)部高分子鏈聚集、相互纏結(jié),形成較大的相分離區(qū)域,限制至其運(yùn)動(dòng)能力。因此,疏水凝膠與基體的黏附往往需要借助其他措施(如溶劑交換、界面化學(xué)反應(yīng))而很難通過疏水凝膠自身實(shí)現(xiàn)有效的黏附。
近日,中山大學(xué)化工學(xué)院郭宏磊副教授等通過一步的自由基聚合制備了一種具有高黏附、高強(qiáng)度的疏水型水凝膠。通過在疏水水凝膠內(nèi)部引入少量的靜電相互作用來減小其內(nèi)部的相分離結(jié)構(gòu)尺寸,賦予凝膠一定的粘彈性。同時(shí),疏水水凝膠本身的高強(qiáng)度和抗溶脹的性質(zhì)得以保留,而凝膠表面的靜電相互作用和疏水締合的協(xié)同作用賦予了凝膠較強(qiáng)的黏附性能。研究表明:在疏水凝膠中引入季銨基團(tuán)與三聚磷酸根的靜電相互作用,不但能夠使水凝膠內(nèi)部相分離區(qū)域尺寸減小,提高凝膠材料的力學(xué)性能,同時(shí)還有利于凝膠內(nèi)部疏水區(qū)域與不同材質(zhì)的基底(玻璃、有機(jī)玻璃、聚丙烯、聚碳酸酯、有機(jī)硅樹脂、聚四氟乙烯等)發(fā)生黏附作用,最大粘附強(qiáng)度達(dá)100kPa。復(fù)合凝膠的這種強(qiáng)粘附和高韌性特性主要來源于凝膠內(nèi)部靜電相互作用和疏水締合的協(xié)同作用。未來可以利用這種復(fù)合結(jié)構(gòu)改善疏水型凝膠材料的粘附和力學(xué)性能,為擴(kuò)大疏水型水凝膠的應(yīng)用提供重要的指導(dǎo)。
Fig. 1. Schematics of synthesis of a hybrid hydrogel and strong adhesion performance. (a) An illustration of the networks prepared by copolymerization of cationic monomers and hydrophobic monomers in DMSO solution and subsequently swelling in multivalent phosphate salt solution. The multivalent anions serve as physical cross-linking points to attract polycations in the network. (b) Picture of glass surfaces adhered to a 100 g weight of stainless steel by a p(EA-co-DAC)/STPP hydrogel. (c) Adhesion strength of the pEA, pDAC/STPP, and p(EA-co-DAC10%)/STPP hybrid hydrogels on a glass substrate, the molar fraction of DAC is 10%. (d) Scheme of the strong adhesion of the p(EA-co-DAC)/STPP hydrogel on a glass substrate: both the hydrophobic sites and electrostatic attractions contribute to the strong adhesion.
Fig. 2. (a) Synthesis of the p(EA-co-DAC10%)/STPP networks, where STPP physically cross-linked with polymer backbones through intermolecular and/or intramolecular interactions. (b) ATR-FTIR spectra of pEA, p(EA-co-DAC10%) and p(EA-co-DAC10%)/STPP hydrogels and STPP salt. (c) Donnan potential profile of p(EA-co-DAC10%)/STPP hydrogel, the reference solution is NaCl solution with a concentration of 10-5 mol/L. (d) 1D scattering intensity profiles of pEA, p(EA-co-DAC10%) and p(EA-co-DAC10%)/STPP hydrogels.
相關(guān)成果以“Modification of Hydrophobic Hydrogels into a Strongly Adhesive and Tough Hydrogel by Electrostatic Interaction” 為題發(fā)表在Macromolecules 上。論文通訊作者為中山大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院郭宏磊副教授和郭輝副教授。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.macromol.1c01115
- 香港城市大學(xué)王鉆開教授團(tuán)隊(duì)《Mater. Horiz.》:基于單寧酸介導(dǎo)動(dòng)態(tài)相互作用構(gòu)建超拉伸性、高黏附性和自修復(fù)水凝膠 2021-10-13
- 大連理工大學(xué)蹇錫高院士團(tuán)隊(duì) AFM:穿山甲鱗片結(jié)構(gòu)啟發(fā)的高強(qiáng)度可修復(fù)超分子水性聚合物網(wǎng)絡(luò) 2025-04-04
- 長(zhǎng)春應(yīng)化所崔冬梅教授團(tuán)隊(duì) Macromolecules: 雙核鈧金屬配合物催化合成兼具高強(qiáng)度和韌性的乙烯-苯乙烯多嵌段共聚物 2025-02-21
- 上科大凌盛杰團(tuán)隊(duì) Adv. Sci:使用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)優(yōu)化生物仿生3D纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)輕量化與高強(qiáng)度的平衡 2025-01-27
- 南工大材料學(xué)院《Compos. Part A》:具有機(jī)械穩(wěn)健性能的超疏水型多層被動(dòng)降溫復(fù)合材料 2023-12-07
- 聊城大學(xué)戰(zhàn)艷虎副教授團(tuán)隊(duì)和四川大學(xué)夏和生教授團(tuán)隊(duì):在疏水型高效電磁屏蔽材料上取得新進(jìn)展 2021-03-22
- 武漢大學(xué)常春雨教授課題組 Nat. Commun.:具有突跳失穩(wěn)特性的氣動(dòng)水凝膠人工肌肉 2025-04-10
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

- 2025涂料原料選料大會(huì)
- 市場(chǎng)破300億!PMEC China 色...
- 搶先注冊(cè)!2025年西部橡塑展...
- “碼”上參觀預(yù)登記,好禮拿...
- 聚合物發(fā)泡行業(yè)技術(shù)培訓(xùn)(第...
- 《塑料改性及加工技術(shù)要領(lǐng)》...
- 中國(guó)生命科學(xué)“36%增速”密...
- 關(guān)于舉辦第六屆中國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)...
- 2025西部橡塑展年度計(jì)劃重磅...
- 獨(dú)家采訪丨美國(guó)禁令再度升級(jí)...
- 政策助力科研創(chuàng)新,PMEC Chi...
- 武漢大學(xué)常春雨教授課題組 N...
- 香港城大朱平安/香港理工王...
- 天工大高輝/余云健團(tuán)隊(duì) Nano...
- 國(guó)科大肖家棟-楊晗課題組誠(chéng)...
- 暨大羅丙紅教授團(tuán)隊(duì)、深圳先...
- 南郵黃維院士、賴文勇教授團(tuán)...
- 賦予機(jī)器人“昆蟲般”的環(huán)境...
- 東華大學(xué)武培怡/侯磊團(tuán)隊(duì) Ma...
- 四川大學(xué)王云兵/傅代華團(tuán)隊(duì) ...
- 天工大陳莉團(tuán)隊(duì)連發(fā) ACS SCE...
- 弗吉尼亞理工大學(xué)同嶸教授團(tuán)...