Efeito de tamanhos de vinil modificado estreito

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5089 (2023) Citar este artigo

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O hidrogel polimérico com a incorporação de materiais de tamanho nano a submicrométrico forma uma nova geração estimulante de hidrogéis compostos. A maioria das aplicações de hidrogéis ocorre em ambientes aquosos nos quais eles incham em um grau muito alto. Isso decorre da baixa densidade das cadeias poliméricas, tornando-as altamente inferiores em termos de resistência física e suas aplicações prospectivas. A fim de abordar as propriedades mecânicas fracas, os hidrogéis foram preparados com sucesso com alta resistência à tração e tenacidade, reforçando a rede de acrilamida (AAm) com partículas de sílica modificada de 3-metacriloxipropiltrimetoxisilano (MPTS) (MSiO2) como reticulador químico. Os reticuladores MSiO2 são preparados a partir de partículas de sílica dispersas estreitas (SiO2) de diâmetros de 100 nm, 200 nm e 300 nm para investigar o efeito dos tamanhos dos reticuladores nas resistências mecânicas dos hidrogéis. A presença de MSiO2 aumenta notavelmente a capacidade de alongamento e resistência dos hidrogéis em comparação com os hidrogéis convencionais. A resistência à tração, a tenacidade e o módulo de Young do hidrogel diminuem de 30 para 11 kPa, 409 para 231 kJ/m3 e 0,16 para 0,11 kPa, respectivamente, enquanto o tamanho de partícula de SiO2 aumenta de 100 para 300 nm e a concentração de AAm e MSiO2 (%) são mantidos constantes. A resistência à compressão e a tenacidade do hidrogel diminuem de 34 para 18 kPa e 6 para 4 kJ/m3, respectivamente, mas o módulo de Young aumenta de 0,11 para 0,19 kPa. Este trabalho é uma excelente prova da regulação da resistência mecânica do hidrogel, ajustando o tamanho das partículas dos cross-linkers MSiO2.

Os hidrogéis são redes poliméricas reticuladas tridimensionais contendo água ou fluidos biológicos em grande quantidade em sua rede, tornando-se intumescidos1,2,3,4,5,6. Geralmente, essas estruturas poliméricas extremamente hidratadas exibem comportamento elástico e viscoso quando deformadas e se assemelham à estrutura do tecido biológico. Eles têm atraído considerável atenção de cientistas e tecnólogos por causa de suas propriedades versáteis e únicas para aplicações multifacetadas. Para aplicações pragmáticas, são necessárias resistências mecânicas apropriadas para hidrogéis. Infelizmente, na maioria dos casos, os hidrogéis convencionais possuem resistência mecânica inferior devido a várias razões, como tamanho da malha e distribuição não homogênea de reticulação em toda a rede de gel7,8,9. Por causa disso, os cientistas estão constantemente expandindo seus conhecimentos, investindo mais tempo e desenvolvendo novas técnicas para criar hidrogéis que são elásticos e mecanicamente robustos para uso em uma variedade de aplicações multidimensionais.

A reticulação química, adotada para fabricar hidrogéis convencionais de primeira geração, era excessivamente fraca e quebradiça. O princípio de design mais eficaz foi baseado na construção de um modelo de dissipação de energia potencial na matriz de gel, manobrando ligações sacrificiais ou reversíveis que evitam a extensão da trinca e danos sob tensão. Hidrogéis de segunda geração com alto módulo de Young e resistência à tração foram desenvolvidos modificando a estrutura da rede de gel para induzir mecanismos de dissipação de energia no nível molecular10. Várias técnicas inteligentes e eficazes já foram empregadas para aumentar a resistência mecânica dos hidrogéis mantendo todas as outras propriedades desejáveis ​​inalteradas. Vale a pena mencionar que hidrogéis topológicos11, hidrogéis de anel deslizante12, hidrogéis nanocompósitos (NC)13, hidrogéis de rede dupla14 e hidrogéis de microesferas macromoleculares15 são os exemplos mais apropriados de tais hidrogéis mecanicamente fortes. Entre estes, a fabricação de hidrogéis NC tem fascinado vários interesses de pesquisa com atenção especial para melhorar as propriedades mecânicas dos hidrogéis e ampliar o escopo de suas aplicações.