Thành phần chính của Hydrogel là nước (khoảng 90%) – nó được giữ ở trạng thái rắn nhờ các polyme không tan trong nước. Những polyme này thường không co giãn nhiều, chúng rất giòn, với năng lượng đứt gãy chỉ khoảng 10 J/m2. Trái lại, vật liệu hydrogel mới có năng lượng đứt gãy khoảng 9.000 J/m2 nên có thể giãn ra gấp 20 lần chiều dài ban đầu mà không bị đứt.
Hydrogel có thành phần chính là nước
Trước đo, bước đột phá thật sự trong việc tạo ra hydrogel bền với khả năng co giãn tốt hơn đã được thực hiện vào năm 2003, khi các nhà nghiên cứu tại Đại học Tổng hợp Hokkaido (Nhật Bản) đi đến ý tưởng liên kết cộng hóa trị hai loại polyme thành một loại hydrogel mạng kép.
Mạng lưới liên kết trong Hydrogel thông thường
Đặc điểm nổi bật hydrogel mạng kép này là nó có một mạng polyme sơ cấp trong một liên kết ngang cộng hóa trị và một mạng polyme thứ cấp với số liên kết ngang ít hơn. Mạng sơ cấp khá giòn và dễ gãy, các liên kết ngang cộng hóa trị của nó dễ bị đứt khi chịu tác độnh của lực kéo. Nhưng khi điều đó xảy ra, mạng thứ cấp sẽ phân tán năng lượng qua phần còn lại của vật liệu hydrogel mới, khiến cho nó trở nên bền hơn.
Nhược điểm của vật liệu hydrogel nêu trên là tất cả các polyme đều liên kết ngang cộng hóa trị, vì vậy chúng có thể tiếp nhận áp lực, nhưng sau khi các liên kết này bị đứt thì chúng sẽ không được tái tạo lại và vật liệu sẽ đứt sau khi bị kéo giãn vài lần.
Nhóm các nhà nghiên cứu tại Havard đã nảy ra ý tưởng sử dụng alginate làm mạng thứ cấp, alginate là một loại polyme có khả năng tạo ra các liên kết ngang ion khi có mặt các ion canxi. Khi chịu áp lực, alginate sẽ đứt gãy tại các liên kết ngang ion này, nhưng các liên kết ngang đó sẽ được tái tạo lại sau khi áp lực mất đi.
Khi kết hợp alginate với polyacrylamit liên kết ngang cộng hóa trị theo tỷ lệ 1:8, các nhà nghiên cứu đã tạo ra vật liệu bền hơn nhiều so với từng vật liệu riêng rẽ. Hơn nữa, nếu hydrogel bị đâm thủng, lỗ thủng sẽ không xuyên qua vật liệu, ngay cả khi nó được căng ra gấp 17 lần chiều dài ban đầu. Vì vậy, có thể đâm xuyên qua hydrogel này mà không làm cho nó trở nên dễ gãy khi được kéo căng ra.
Theo các nhà nghiên cứu, quy trình tổng hợp hydrogel mới này khá đơn giản, họ chỉ cần khuấy trộn hai loại bột trong nước và chiếu tia cực tím lên dung dịch. Vật liệu mà họ sử dụng không có gì khác thường, các phòng thí nghiệm khác trên thế giới đều có thể làm được chỉ sau vài tuần thử nghiệm.
Nghiên cứu nói trên sẽ khuyến khích các nhà khoa học polyme tìm kiếm những ứng dụng mới cho hydrogel – vật liệu mà hiện vẫn còn khá ít ứng dụng thực tế.
Theo Báo Công nghiệp Hóa chất số 10/2012
Nguồn csv.net.vn
