Transparent, High‐Strength, and Shape Memory Hydrogels from Thermo‐Responsive Amino Acid–Derived Vinyl Polymer Networks

自愈水凝胶 材料科学 形状记忆合金 韧性 聚合物 乙二醇 共单体 高分子化学 共聚物 氢键 延伸率 化学工程 极限抗拉强度 复合材料 分子 化学 有机化学 工程类
作者
Tomoyuki Koga,Kotoha Tomimori,Nobuyuki Higashi
出处
期刊:Macromolecular Rapid Communications [Wiley]
卷期号:41 (7) 被引量:38
标识
DOI:10.1002/marc.201900650
摘要

Abstract Herein, the formation of unique shape‐memory hydrogels that are composed of thermo‐responsive amino‐acid‐derived vinyl polymer networks is reported; these are readily prepared by radical copolymerization of N ‐acryloyl glycinamide with commercially available cross‐linkers, namely, methylenebis(acrylamide) and poly(ethylene glycol) diacrylate. These hydrogels are transparent (>90% transmittance at 600 nm) and are comprised of 97–70 wt% water. Furthermore, these contain both chemical and physical cross‐linkages that are based on the multiple hydrogen bonds attained via amino acid units; this composition is aimed at generating opposing stimuli‐responsive characters, namely, chemically stable and thermo‐sensitive properties. A cooperative interplay of these two networks enables the hydrogels to exhibit a decent mechanical toughness (breaking strength ≈0.3 MPa and breaking elongation >600%) and a shape fix/memory capability. The temporary shape is easily fixed by cooling at 4 °C after deformation at high temperature, and it instantly recovers its original shape through reheating. Furthermore, a multi‐shape memory effect is achieved by incorporating the pH‐responsive N ‐acryloyl alanine unit into the hydrogel system as a comonomer; in this system, three distinct shapes can be fixed through temperature and pH manipulations. This facilely attainable shape memory hydrogel has significant potential in various fields, such as soft actuators, sensors, and biomedical materials.
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