水溶性Janus型POSS的制备及对PAA/PAM水凝胶性能的影响

利用丙烯酰氧丙基多面体低聚倍半硅氧烷(Acrylo-POSS)和3-巯基-1-丙烷磺酸盐(MPS)之间的巯基点击反应,一步合成水溶性Janus型多面体低聚倍半硅氧烷(AS-POSS)。通过改变投料比可以调控AS-POSS的水溶性和双键与磺酸钠基团的物质的量比。将AS-POSS与丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)共聚制备了一系列不同AS-POSS含量的AS-POSS/PAA/PAM水凝胶,其中AS-POSS质量占单体总质量1%的AS-POSS/PAA/PAM水凝胶的平衡溶胀比为512.0,断裂伸长率为1074%,压缩强度为583 kPa,屈服应变为330%,均大于对照组以N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂的PAA/PAM水凝胶。结果表明,AS-POSS的引入显著提高了水凝胶的溶胀度,明显增强了水凝胶的韧性、抗压缩性能和动态力学性能。AS-POSS/PAA/PAM水凝胶具有良好的导电性,离子电导率最高可达0.401 S/m。

高可拉伸性、自愈合、自黏附性POSS/聚丙烯酸钠导电复合水凝胶的制备与性能

导电水凝胶在柔性可穿戴设备、电子皮肤和生物电极等方面具有很大的应用潜力。然而,复杂多变的应用场景对导电水凝胶在可拉伸性、自愈合性、自黏附性和生物相容性等方面提出了更高的要求。利用水溶性多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)与聚丙烯酸钠(PAA-Na)之间的非共价键交联设计了一种具有高可拉伸性、自愈合、自黏附性和良好生物相容性的导电复合水凝胶(OCAPS/PAA-Na)。OCAPS/PAA-Na水凝胶的断裂伸长率为2537.0%~4056.1%;POSS的加入提高了水凝胶的力学性能,拉伸强度由10.5 kPa提高到23.8 kPa,拉伸模量由7.1 kPa提高到27.8 kPa,断裂能由3.7 kJ·m^(-2)提高到6.8 kJ·m^(-2)。OCAPS/PAA-Na水凝胶具有优异的自愈合性能,自愈合效率达97.8%。该水凝胶对有机材料和无机材料均具有良好的黏附性,黏附强度最高分别达到19.6 kPa和18.2 kPa。细胞毒性试验和溶血试验表明,水凝胶具有优异的生物相容性。制备过程中原位生成的NaCl晶体,提高了水凝胶的电导率(由0.165 S·m^(-1)增加到0.290 S·m^(-1))。OCAPS/PAA-Na水凝胶可作为应变式电阻传感器材料精确地检测一些细微的人体动作,传感灵敏系数值达5.17,在柔性智能可穿戴设备和电子皮肤领域具有良好的应用前景。