Effet des tailles de vinyle modifié étroit

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5089 (2023) Citer cet article

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L'hydrogel polymère avec l'incorporation de matériaux de taille nanométrique à submicrométrique forme une nouvelle génération exaltante d'hydrogels composites. La plupart des applications des hydrogels se situent dans des environnements aqueux dans lesquels ils gonflent très fortement. Cela provient de la faible densité des chaînes polymères, ce qui les rend très inférieures en termes de résistance physique et de leurs applications potentielles. Afin de répondre aux faibles propriétés mécaniques, les hydrogels ont été préparés avec succès avec une résistance à la traction et une ténacité élevées en renforçant le réseau d'acrylamide (AAm) avec des particules de silice modifiées au 3-méthacryloxypropyltriméthoxysilane (MPTS) (MSiO2) comme agent de réticulation chimique. Les agents de réticulation MSiO2 sont préparés à partir de particules de silice étroitement dispersées (SiO2) de 100 nm, 200 nm et 300 nm de diamètre pour étudier l’effet des tailles des agents de réticulation sur les résistances mécaniques des hydrogels. La présence de MSiO2 augmente remarquablement la capacité d’étirement et la ténacité des hydrogels par rapport aux hydrogels conventionnels. La résistance à la traction, la ténacité et le module d'Young de l'hydrogel diminuent respectivement de 30 à 11 kPa, 409 à 231 kJ/m3 et 0,16 à 0,11 kPa, tandis que la taille des particules de SiO2 augmente de 100 à 300 nm et la concentration d'AAm. et MSiO2 (%) restent constants. La résistance à la compression et la ténacité de l'hydrogel diminuent respectivement de 34 à 18 kPa et de 6 à 4 kJ/m3, mais le module d'Young augmente de 0,11 à 0,19 kPa. Ce travail est une excellente preuve de la régulation de la résistance mécanique de l’hydrogel en ajustant la taille des particules des réticulants MSiO2.

Les hydrogels sont des réseaux polymères réticulés tridimensionnels contenant de l'eau ou des fluides biologiques en grande quantité dans leur réseau, devenant ainsi gonflés1,2,3,4,5,6. Généralement, de telles structures polymères extrêmement hydratées présentent un comportement à la fois élastique et visqueux lorsqu'elles sont déformées et ressemblent à la structure d'un tissu biologique. Ils ont attiré une attention considérable de la part des scientifiques et des technologues en raison de leurs propriétés polyvalentes et uniques pour des applications multiformes. Pour les applications pragmatiques, des résistances mécaniques appropriées sont requises pour les hydrogels. Malheureusement, dans la plupart des cas, les hydrogels conventionnels possèdent une résistance mécanique inférieure, pour plusieurs raisons, telles que la taille des mailles et la répartition inhomogène de la réticulation dans tout le réseau de gel7,8,9. Pour cette raison, les scientifiques élargissent constamment leur expertise, investissent plus de temps et développent de nouvelles techniques pour créer des hydrogels à la fois étirables et mécaniquement robustes pour une utilisation dans diverses applications multidimensionnelles.

La réticulation chimique, adoptée pour fabriquer des hydrogels conventionnels de première génération, était indûment faible et cassante. Le principe de conception le plus efficace reposait sur la construction d'un modèle de dissipation d'énergie potentielle dans la matrice de gel en manipulant des liaisons sacrificielles ou réversibles qui évitent l'extension des fissures et les dommages sous contrainte. Des hydrogels de deuxième génération présentant un module d'Young et des résistances à la traction élevés ont été développés en modifiant la structure du réseau de gel pour induire des mécanismes de dissipation d'énergie au niveau moléculaire10. Plusieurs techniques intelligentes et efficaces ont déjà été utilisées pour augmenter la résistance mécanique des hydrogels en conservant inchangées toutes les autres propriétés souhaitables. Il convient de mentionner que les hydrogels topologiques11, les hydrogels à anneaux coulissants12, les hydrogels nanocomposites (NC)13, les hydrogels à double réseau14 et les hydrogels à microsphères macromoléculaires15 sont les exemples les plus appropriés de ces hydrogels mécaniquement résistants. Parmi ceux-ci, la fabrication d’hydrogels NC a fasciné de nombreux intérêts de recherche, en accordant une attention particulière à l’amélioration des propriétés mécaniques des hydrogels et à l’amplification de la portée de leurs applications.