One-Pot Preparation of Autonomously Self-Healable Elastomeric Hydrogel from Boric Acid and Random Copolymer Bearing Hydroxyl Groups

共聚物 硼酸 材料科学 弹性体 共单体 自愈水凝胶 单体 聚合物 水溶液 高分子化学 极限抗拉强度 化学工程 复合材料 有机化学 化学 工程类
作者
Yiming Chen,Wangqiu Qian,Ran Chen,Hongji Zhang,Xiaojie Li,Dongjian Shi,Weifu Dong,Mingqing Chen,Yue Zhao
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (10): 1129-1133 被引量:61
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.7b00611
摘要

Self-healable hydrogels based on the dynamically reversible boronate ester or borate ester bonds are usually prepared by reacting boronic acid or boric acid with diol compounds or polymer-like poly(vinyl alcohol) bearing a hydroxyl group in each monomer unit. Herein, we report a finding that not only facilitates the preparation but also extends the range of self-healable hydrogels of this kind. By simply copolymerizing commercially available N,N-dimethylacrylamide and 2-hydroxyethyl acrylate (8:2 weight ratio) in the presence of boric acid in a one-pot fashion, the resulting random copolymer can gel in aqueous solution at pH = 9, giving rise to a solid hydrogel (tensile strength >0.5 MPa at water content of 30%) that, on the one hand, can autonomously self-heal (near 100% fracture stress recovery within 48 h in air at room temperature) and, on the other hand, shows the characteristics of elastomer (little stress relaxation under loading and small residual deformation after unloading upon repeated 300% elongation cycles). The results reveal that it can be sufficient to have a random copolymer with comonomer units bearing hydroxyl groups for reacting with boric acid to generate dynamically reversible borate ester bonds. This finding thus points out a general, facile, and cost-effective method to obtain and explore new borate ester bond-based self-healable hydrogels.

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