通过分子设计改善聚合物凝胶的力学性能

研究团队开发了一种新方法，通过改变每个分子“珠子”的聚合物“线”的长度来增强聚合物凝胶。

聚合物凝胶由用液体分子溶胀的三维交联聚合物网络组成。然而，大多数常规聚合物凝胶是脆性的，因为在它们的交联聚合物网络结构中容易发生应力集中。需要改进聚合物凝胶的机械性能以促进它们的应用，例如分子筛和超吸收性材料。

来自名古屋大学和东京大学的国际研究人员团队现已找到一种方法，使用基于分子“珠子”和聚合物“线”的设计来提高聚合物凝胶的抗断裂性。分子珠是改性的环糊精环，其缠绕在聚乙二醇(PEG)线上。环糊精环含有允许螺纹结构交联以形成可用作聚合物凝胶的三维聚合物网络的基团。该研究结果最近发表在ChemComm上。

“我们研究了每个环糊精环的PEG分子量对所得凝胶的应变和破裂强度的影响，”研究合着者Yukikazu Takeoka说。

研究人员发现，他们的聚合物凝胶具有抗断裂性，因为当施加力时，环糊精珠可以沿PEG线滑动，从而防止应力集中。这种效应的大小随着每个环糊精环的PEG分子量而增加，导致凝胶具有更大的应变和断裂强度。也就是说，环糊精珠沿着聚合物线滑动的能力随着珠之间的线的长度而增加。

“通过增加每种交联环糊精环的聚合物单元的分子量来提高聚合物凝胶抗断裂性的能力是克服常规聚合物凝胶脆性问题的一种方便的解决方案，”主要作者Kana Ohmori解释说。

这种使用在聚合物链上螺纹连接的移动交联分子珠来改善应变和断裂强度的方法应该允许制造具有所需机械性能的聚合物凝胶。