Mechanically Robust Polyacrylamide Composite Hydrogel Achieved by Integrating Lamellar Montmorillonite and Chitosan Microcrystalline Structure into Covalently Cross-linked Network

聚丙烯酰胺 材料科学 蒙脱石 韧性 自愈水凝胶 极限抗拉强度 纳米复合材料 壳聚糖 微晶 层状结构 复合材料 聚合物 复合数 化学工程 高分子化学 化学 结晶学 工程类
作者
Shi‐Neng Li,Baoqiang Li,Zhi-Ran Yu,Shou-Wei Dai,Shi-Chang Shen,Min Mao,Lei Gong,Yi Feng,Dechang Jia,Yu Zhou,Long‐Cheng Tang
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:2 (5): 1874-1885 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsapm.0c00106
摘要

Hydrogels have been attracting much attention on account of their soft and wet nature but inherently poor and unbalanced mechanical performance severely limits their applications. Herein, we reported a strategy to fabricate polyacrylamide/chitosan/montmorillonite nanocomposite hydrogels by simultaneously introducing lamellar montmorillonite and chitosan microcrystalline structure via a facile and universal two-step method composed of in situ free radical polymerization and alkali treatment . The incorporation of two-dimensional nanoclay and chitosan microcrystalline structure into polyacrylamide network synergistically facilitated the formation of robust and uniform polymer architecture through physical interactions and thus significantly improved the mechanical behavior. As a result, the satisfactory mechanical properties of the optimal nanocomposite hydrogels were achieved at a relative high water content (80 wt %), including a superior tensile strength of 1.91 MPa, high tensile strain of 1005%, and exceptionally great toughness of 14.16 MJ·m–3, respectively. Furthermore, they also possessed excellent compressive properties assessed from cyclic tests. On the basis of the structural evolution observation and analysis, a possible strengthening mechanism for enhanced mechanical properties was discussed and proposed. This high-performance nanocomposite hydrogel shows great potential as a promising candidate for structural or load-bearing materials.
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