Extremely Strong and Tough Biodegradable Poly(urethane) Elastomers with Unprecedented Crack Tolerance via Hierarchical Hydrogen‐Bonding Interactions

材料科学 弹性体 韧性 生物相容性 聚己内酯 复合材料 断裂韧性 聚合物 极限抗拉强度 冶金
作者
Rui Guo,Qiang Zhang,Youshen Wu,Hongbing Chen,Yanghe Liu,Jingjing Wang,Xianglong Duan,Quan Chen,Zhishen Ge,Yanfeng Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (21): e2212130-e2212130 被引量:326
标识
DOI:10.1002/adma.202212130
摘要

The elastomers with the combination of high strength and high toughness have always been intensively pursued due to their diverse applications. Biomedical applications frequently require elastomers with biodegradability and biocompatibility properties. It remains a great challenge to prepare the biodegradable elastomers with extremely robust mechanical properties for in vivo use. In this report, we present a polyurethane elastomer with unprecedented mechanical properties for the in vivo application as hernia patches, which was obtained by the solvent-free reaction of polycaprolactone (PCL) and isophorone diisocyanate (IPDI) with N,N-bis(2-hydroxyethyl)oxamide (BHO) as the chain extender. Abundant and hierarchical hydrogen-bonding interactions inside the elastomers hinder the crystallization of PCL segments and facilitate the formation of uniformly distributed hard phase microdomains, which miraculously realize the extremely high strength and toughness with the fracture strength of 92.2 MPa and true stress of 1.9 GPa, while maintaining the elongation-at-break of ≈1900% and ultrahigh toughness of 480.2 MJ m-3 with the unprecedented fracture energy of 322.2 kJ m-2 . Hernia patches made from the elastomer via 3D printing technology exhibit outstanding mechanical properties, biocompatibility, and biodegradability. The robust and biodegradable elastomers demonstrate considerable potentials for in vivo applications.
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