北京化工大學(xué)朱曉群副教授前期利用光聚合技術(shù)圍繞功能水凝膠或離子凝膠開展了一些工作：利用光聚合和溶膠凝膠法設(shè)計(jì)了一種硅基水凝膠，該凝膠具有很好的回彈性和抗疲勞性（Chem. Comm, 2016, 52(54), 8365 - 8368）；基于光聚合技術(shù)制備了一種可快速溫度響應(yīng)水凝膠，并研究了其機(jī)理，在此基礎(chǔ)上引入其他物質(zhì)調(diào)控響應(yīng)速度和響應(yīng)溫度（J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 18235）；在圖案化磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)與調(diào)控下，利用光固化技術(shù)制備了圖案化離子凝膠柔性器件，該器件具有靈敏的機(jī)械信號(hào)響應(yīng)性能（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 30332?30342）；將苯乙烯基吡啶引入聚乙烯醇鏈，使得聚乙烯醇通過光二聚交聯(lián)而無需光引發(fā)劑，結(jié)合光固化3D打印技術(shù)和冷凍凍融法，制備形狀可定制、高精度和優(yōu)良力學(xué)性能的PVA基水凝膠（Macromol. Rapid Commun. 2023, 2300214）。
自由基原位光聚合常被用來構(gòu)建水凝膠中的第二/第三重網(wǎng)絡(luò)，或“固定”水凝膠中一些特殊/取向結(jié)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)某些特殊性能。然而，作為一種“三維聚合物網(wǎng)絡(luò)水溶液”，水凝膠的結(jié)構(gòu)與性能也將直接受到聚合物分子鏈數(shù)量、分子鏈長(zhǎng)、聚合物分子鏈間相互作用及聚合物分子鏈與水分子之間相互作用的影響。
圖1. 一步法自由基光聚合調(diào)節(jié)水凝膠結(jié)構(gòu)與性能的機(jī)制及結(jié)果
圖2. 不同調(diào)節(jié)因子下PNAG水凝膠的拉伸性能
圖3. 不同溫度下PNAG水凝膠的光聚合動(dòng)力學(xué)及光引發(fā)劑1173的紫外光降解研究
圖4. PNAG水凝膠及其前驅(qū)液中分子間作用力的相關(guān)性
通過上述研究，作者認(rèn)為，在一步法自由基光聚合中，光照強(qiáng)度(I0)和引發(fā)劑濃度(PI)主要通過調(diào)節(jié)微觀聚合物分子鏈長(zhǎng)，對(duì)宏觀水凝膠的拉伸強(qiáng)度和吸水能力進(jìn)行調(diào)控，而單體濃度(M)和聚合溫度(T)不僅對(duì)分子鏈長(zhǎng)具有調(diào)節(jié)作用，更可以調(diào)控水凝膠內(nèi)部聚合物分子鏈間及聚合物分子鏈與水分子間相互作用力。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.3c00572
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