【科研摘要】
传统的水凝胶在干燥环境中总是会失去其灵活性和功能，因为内部水不可避免地会蒸发。最近，深圳大学朱才镇/徐坚教授，中国科学院化学研究所赵宁研究员团队提出了一种通过皮肤启发，灵活而通用的策略，通过双层疏水涂层开发具有优异保水性的胶囊化水凝胶。坚固的双层涂层同时将疏水性聚合物涂层和疏水性油层结合在一起，可以提供防止水蒸发的屏障。为克服亲水性水凝胶表面与疏水性双涂层之间的弱界面强度，（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）被用作化学粘合剂。此外，由于涂层仅锚定在表面上并且其厚度比天然水凝胶的厚度低得多，因此本体水凝胶的整体机械性能不会受到显着影响。
而且，证明了该提出的策略特别具有封装各种类型和不同形状的水凝胶的能力，从而导致增强的稳定性和延长的空气寿命。因此，所提出的技术为水凝胶的多种表面功能化提供了新的见识，并拓宽了水凝胶的应用范围。相关论文以题为Skin‐Inspired Double‐Hydrophobic‐Coating Encapsulated Hydrogels with Enhanced Water Retention Capacity发表在《Advanced Functional Materials》上。
【主图导读】
图1 皮肤启发的双层疏水涂层封装水凝胶的示意图。一层油和一层APTES＆STA聚合物涂层粘结到水凝胶表面可以有效防止水从水凝胶中蒸发。
图2 a）未涂覆的水凝胶PAAm的SEM图像，b，c）聚合物涂覆的水凝胶PAAm-A60S60。嵌件是表面的相应WCA。d）双重疏水涂层封装的水凝胶PAAm-A60S60O500的WCA。e）未涂覆和涂覆的水凝胶的XPS结果。f）表面的元素图谱：未涂覆的水凝胶PAAm和g）聚合物涂覆的水凝胶PAAm-A60S60。h）聚合物涂层水凝胶PAAm-A60S60的横截面元素图。
图3 a）疏水性聚合物涂层（PAAm-AxSyy）重量随时间的变化，b）疏水性双层包覆的（PAAm-AxSyO500）水凝胶，其修饰时间不同。具有不同改性时间的疏水聚合物包被的水凝胶的横截面SEM图像：c）PAAm-A10S10，d）PAAm-A30S30，e）PAAm-A60S60，和f）PAAm-A90S90。g）具有不同改性时间的聚合物涂层的厚度。h）用不同的油比较双疏水涂层包封的水凝胶PAAm-A60S60O的风干性能。风干实验在25°C和30％湿度下进行。
图5 a）未涂覆的（PAAm）和双层涂覆的水凝胶（PAAm-A60S60O500）的拉伸曲线和b）压缩曲线（0.8应变）。c）未涂覆的水凝胶PAAm和d）双层涂覆的水凝胶（PAAm-A60S60O500）的连续10次压缩循环曲线（0.5应变）。
图6 a）拟议策略多功能性的示意图：具有不同类型和形状的各种水凝胶均涂有双疏水涂层。b）非涂层，仅油涂层和双层涂层的PVA水凝胶的重量随时间变化。c）在5天的脱水实验中，未包衣（顶部），仅油包衣（中间）和双层包衣（底部）PVA水凝胶的快照。非涂层，仅油涂层和双层涂层BC水凝胶的保水能力比较。d）底部的照片是在5天的脱水实验过程中双层包覆的BC水凝胶。e）在5天的脱水实验过程中，不同形状的双层PAAm水凝胶的快照。
【总结】
为了减少传统水凝胶的水分蒸发，引入了由疏水性聚合物涂层和疏水性油层组成的双疏水性涂层。在25°C和30 RH％的空气干燥5天后，双层水凝胶的重量保持率高于70 wt％。而且，所提出的疏水性涂层借助APTES牢固地结合在亲水性水凝胶表面上，因此，即使经过10次压缩循环（应变为0.5），改性水凝胶仍保持了较高的保水能力。同时，由于涂层具有低的厚度并且仅在水凝胶的表面上形成，因此改性后本体水凝胶的整体机械性能没有受到显着影响。最后，该策略已被用于修饰不同类型和形状的各种水凝胶，结果证明该策略普遍适用于增强水凝胶的稳定性和延长其寿命。因此，提出的方法为水凝胶表面功能化提供了新的见识，并可能有助于拓宽水凝胶的应用范围。
参考文献：
doi.org/10.1002/adfm.202102433
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