Влияние размеров модифицированного узкого винила

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5089 (2023) Цитировать эту статью

897 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Полимерный гидрогель с включением материалов размером от нано-до субмикрометра образует новое поколение композитных гидрогелей. Большинство применений гидрогелей приходится на водную среду, в которой они сильно набухают. Это происходит из-за низкой плотности полимерных цепей, что делает их значительно худшими с точки зрения физической прочности и перспектив их применения. Чтобы решить проблему слабых механических свойств, были успешно получены гидрогели с высокой прочностью на разрыв и ударной вязкостью за счет усиления сетки акриламида (AAm) модифицированными 3-метакрилоксипропилтриметоксисиланом (MPTS) частицами диоксида кремния (MSiO2) в качестве химического сшивающего агента. Сшиватели MSiO2 готовят из узкодисперсных частиц диоксида кремния (SiO2) диаметром 100, 200 и 300 нм для исследования влияния размеров сшивающих агентов на механическую прочность гидрогелей. Присутствие MSiO2 значительно увеличивает способность гидрогелей к растяжению и прочность по сравнению с обычными гидрогелями. Предел прочности, ударная вязкость и модуль Юнга гидрогеля уменьшаются с 30 до 11 кПа, с 409 до 231 кДж/м3 и с 0,16 до 0,11 кПа соответственно, а размер частиц SiO2 увеличивается со 100 до 300 нм и концентрация AAm и MSiO2 (%) остаются постоянными. Прочность на сжатие и ударная вязкость гидрогеля уменьшаются с 34 до 18 кПа и с 6 до 4 кДж/м3 соответственно, но модуль Юнга увеличивается с 0,11 до 0,19 кПа. Эта работа является отличным доказательством регулирования механической прочности гидрогеля путем регулирования размера частиц сшивающих агентов MSiO2.

Гидрогели представляют собой трехмерные сшитые полимерные сети, содержащие в своей сети воду или биологические жидкости в больших количествах, поэтому они набухают1,2,3,4,5,6. Обычно такие чрезвычайно гидратированные полимерные структуры проявляют как эластичное, так и вязкое поведение при деформации и напоминают структуру биологической ткани. Они привлекают значительное внимание ученых и технологов из-за своих универсальных и уникальных свойств для многогранного применения. Для прагматических применений гидрогелям необходима соответствующая механическая прочность. К сожалению, в большинстве случаев обычные гидрогели обладают низкой механической прочностью по нескольким причинам, таким как размер ячеек и неоднородное распределение поперечных связей по гелевой сетке7,8,9. Из-за этого ученые постоянно расширяют свой опыт, вкладывают больше времени и разрабатывают новые методы создания гидрогелей, которые одновременно растягиваются и механически прочны для использования в различных многомерных приложениях.

Химическая сшивка, принятая для изготовления обычных гидрогелей первого поколения, была чрезмерно слабой и хрупкой. Наиболее эффективный принцип проектирования был основан на построении модели рассеяния потенциальной энергии в гелевой матрице путем маневрирования жертвенными или обратимыми связями, которые предотвращают расширение трещин и повреждение под действием напряжения. Гидрогели второго поколения с высоким модулем Юнга и прочностью на растяжение были разработаны путем модификации структуры гелевой сетки для запуска механизмов диссипативной энергии на молекулярном уровне10. Несколько умных и эффективных методов уже использовались для увеличения механической прочности гидрогелей, сохраняя при этом все остальные желаемые свойства неизменными. Стоит отметить, что топологические гидрогели11, гидрогели со скользящими кольцами12, нанокомпозитные (НК) гидрогели13, гидрогели с двойной сеткой14 и макромолекулярные микросферные гидрогели15 являются наиболее подходящими примерами таких механически прочных гидрогелей. Среди них изготовление NC-гидрогелей привлекло внимание многих исследователей, уделивших особое внимание улучшению механических свойств гидрогелей и расширению сферы их применения.