Customization of Supramolecular Hydrogels through One-Step Photopolymerization and Its Mechanism

自愈水凝胶 材料科学 光致聚合物 极限抗拉强度 光引发剂 聚合物 超分子聚合物 化学工程 纳米技术 超分子化学 复合材料 单体 高分子化学 化学 分子 有机化学 工程类
作者
Ruifen Tang,Huifeng Dong,Hongwei Lu,Jun Nie,Xiaoqun Zhu
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (12): 4761-4771 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c00572
摘要

Hydrogels used for different applications meet specific requirements of mechanical properties, leading to complicated material and process design. Here we report a simple one-step method for achieving a series of transparent hydrogels with highly tunable properties through free-radical photopolymerization (FRPP) of a single monomer, inspired by the fundamental mechanism of FRPP kinetics. The properties of poly-N-acryloyl 2-glycine (PNAG) hydrogels could be tailored within a range of 0.14 to 2.58 MPa tensile strength, 15 to 519 kPa Young's modulus, and 33 to 2.8 × 103 g/g water-absorbing capacity by adjusting the polymer chain length and intermolecular interactions. The strongest PNAG hydrogel, with a tensile strength of 2.58 MPa, could be stretched to 14 times its original length and showed high elasticity with low hysteresis under cyclic loading at low deformation. More intriguingly, the photochemical decomposition rate of photoinitiator 1173 under UV-LED (365 nm) and the internal interactions of PNAG hydrogels were found to be temperature-dependent, which may offer a promising supplement to the temperature effect theory in FRPP. This work not only presents a new perspective for the design of hydrogels for a specific application but also paves the way for more extensive cooperation between FRPP and other preparation methods.
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