一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术属于生物医药领域，具体公开一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法。首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入丙烯酰胺和过硫酸铵水溶液，置于微波反应仪中，控制微波功率在800~1200瓦、温度在60~80℃，微波反应10~15min，获得凝胶状半成品；其中，按质量体积比计，氧化石墨烯∶水∶丙烯酰胺∶过硫酸铵水溶液=0.1~0.3g∶20~40mL∶10~15g∶2~4 mL，所述过硫酸铵水溶液的质量百分比浓度为2~4%；将凝胶状半成品放入模具中，在与微波反应同样的温度下，水浴反应2~6h，即得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶。本发明专利技术氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的拉伸断裂强度是传统方法制备的水凝胶的2~5倍；制备方法易操作。

Method for preparing oxidized graphene / polyacrylamide composite hydrogel

The invention belongs to the field of biological medicine, and in particular discloses a preparation method of an oxidized graphene / polyacrylamide composite hydrogel. Firstly, the graphene oxide dispersed in water, then adding acrylamide and ammonium persulfate water solution in the microwave reaction apparatus, microwave power control in 800~1200 watts, temperature at 60~80 Deg. C, microwave reaction 10~15min, obtain gel semi-finished products; the quality according to the volume ratio, graphene oxide: water: acrylamide. =0.1~0.3g: ammonium sulfate aqueous solution of 20~40mL: 10~15g: 2~4 mL, mass concentration in the aqueous solution of ammonium sulfate was 2~4%; the gelatinous semi-finished products into the mold, and the temperature in the microwave reaction under the same reaction, water bath 2~6h, to obtain the graphene oxide / polyacrylamide hydrogel. The tensile fracture strength of the oxidized graphene / polyacrylamide composite hydrogel is 2~5 times as much as that prepared by the traditional method, and the preparation method is easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法
本专利技术属于生物医药领域，具体涉及一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法。
技术介绍
水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶，是具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀，从而形成的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如：干旱地区的抗旱，在化妆品中的面膜，退热贴、镇痛贴，农用薄膜，建筑中的结露防止剂、调湿剂，石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等。自修复高分子水凝胶与生物组织的结构和性能比较相似，生物相容性和生物安全性好，被广泛应用于组织工程、药物输送、创伤敷料等领域，具有非常广阔的应用前景。发展具有高强韧性能和响应功能的高分子水凝胶，是近年来研究的热点和难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，所得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶具有良好的力学性能，制备方法易操作。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，步骤如下：S1、微波激发氧化石墨烯表面产生自由基，进行首次反应：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入丙烯酰胺和过硫酸铵水溶液，置于微波反应仪中，控制微波功率在800~1200瓦、温度在60~80℃，微波反应10~15min，获得凝胶状半成品；其中，按质量体积比计，氧化石墨烯∶水∶丙烯酰胺∶过硫酸铵水溶液=0.1~0.3g∶20~40mL∶10~15g∶2~4mL，所述过硫酸铵水溶液的质量百分比浓度为2~4%；S2、二次反应：将凝胶状半成品放入模具中，在与微波反应同样的温度下，水浴反应2~6h，即得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶。较好地，35~40℃下超声分散，并且超声4s间隔2s，超声总时间为10~15min。较好地，所述氧化石墨烯按以下步骤制备获得：（1）低温反应：将80~110mL浓H2SO4置于冰水浴上，搅拌加入鳞片状石墨3~5g、NaNO31~2.5g、KMnO410~15g，加完后记时，搅拌反应60~90min；（2）中温反应：低温反应结束之后，将（1）所得反应体系升温至30~40℃，反应20~40min；（3）高温反应：中温反应结束之后，向（2）所得反应体系中加入180~200mL水，并升温至70~100℃，加入30~40mL质量浓度为4~5%的双氧水，反应1.5~2h；（4）高温反应结束之后，反应液经离心洗涤，烘干，获得氧化石墨烯。有益效果：1、本专利技术氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的拉伸断裂强度是传统方法制备的水凝胶的2~5倍；2、使用丙烯酰胺（AM）作为高分子聚合单体，能够很好的节约成本，简化生产工艺，降低生产难度，通过后续对高分子的修饰和改造，可以适用于医疗，化妆品等行业，能够极大的服务于社会，提供很好的性能，支撑其广泛的应用前景。附图说明图1是实施例1之S1制备的氧化石墨烯的X射线衍射光谱；图2是实施例1之S1制备的氧化石墨烯的红外光谱测试图；图3是实施例1氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的SEM电镜照片；图4是实施例1~3不同氧化石墨烯相对于丙烯酰胺的用量百分比下所得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶与对照例1所得的传统水凝胶的拉伸对比。具体实施方式实施例1一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法：S1、氧化石墨烯的制备S1.1、低温反应：在冰水浴中放入大烧杯，加入80mL浓H2SO4，在磁力搅拌器上搅拌，放入温度计让其温度降至4℃，加入100目鳞片状石墨3g，再加入NaNO31g、然后缓慢加入KMnO410g，加完后记时，搅拌反应60min，溶液呈紫绿色；S1.2、中温反应：低温反应结束之后，将冰水浴换成温水浴，在磁力搅拌器搅拌下将烧杯里的温度控制在30℃，让其反应20min，溶液呈紫绿色；S1.3、高温反应：中温反应结束之后，缓慢加入200mL去离子水，加热保持温度70℃，缓慢加入加入35mL质量浓度为5%的双氧水，反应1.5h，此时反应液变成金黄色；S1.4、高温反应结束之后，反应后的溶液在离心机中多次离心洗涤，烘干，获得氧化石墨烯；S2、微波激发氧化石墨烯表面产生自由基，进行首次反应：S2.1、取0.1g制备好的氧化石墨烯，置于50ml的烧杯中，加入20ml蒸馏水；S2.2、打开超声分散仪，将烧杯放入超声分散仪中超声15min（超声4s间隔2s，温度小于40℃）S2.3、等待到达规定时长后，打开超声分散仪，将已经超声的样品取出，用电子天平量取10g丙烯酰胺，放入烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后等待下一步的反应；S2.4、在制备好待反应的产物中加2ml的质量浓度为3.5%的过硫酸铵水溶液；S2.5、将烧杯放入微波反应仪中，打开开关，控制微波功率在800瓦、温度在70℃，反应10min，获得凝胶状半成品；S3、二次反应：将凝胶状半成品放入模具中，在与微波反应同样的温度下，水浴继续反应4.5小时，让残留在其中的丙烯酰胺进一步聚合成聚丙烯酰胺，即得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶。图1是本实施例之S1制备的氧化石墨烯的X射线衍射光谱，由图中箭头所示可以看出其在8~12之间有唯一的特征峰，该特征峰为氧化石墨烯的特征峰，表明制备的氧化石墨烯纯度较高。图2是本实施例之S1制备的氧化石墨烯的红外光谱测试图，G代表鳞片状石墨，GO代表氧化石墨烯；图中可以看出氧化石墨烯在碳氧键特征峰值1750cm-1处出现碳氧键基团，由此可以看出石墨烯已经被氧化成氧化石墨烯。图3是本实施例制备的氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的SEM电镜照片，三维的氧化石墨烯和聚丙烯酰胺形成三维互穿网络型水凝胶。丙烯酰胺在微波作用下在氧化石墨烯表面引发聚合，其中氧化石墨烯作为水凝胶的三维骨架，能够很好的提高水凝胶的强度，而聚丙烯酰胺高分子聚合物能够提高其韧性和弹性，能够很好的提升其综合性能，扩大应用领域。实施例2与实施例1的不同之处在于：S2.1中，氧化石墨烯的用量调整为0.2g。其它同实施例1。实施例3与实施例1的不同之处在于：S2.1中，氧化石墨烯的用量调整为0.25g。其它同实施例1。对照例1与实施例1的不同之处在于，本例没有添加氧化石墨烯和微波反应，而是采用的传统方法，其步骤为：S1、用电子天平量取10g丙烯酰胺，放入烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀后等待下一步的反应；S2、加2ml的质量浓度为3.5%的过硫酸铵水溶液；S3、将烧杯放入置于水浴中，70℃反应6小时，即得传统水凝胶。图4为实施例1~3不同氧化石墨烯相对于丙烯酰胺的用量百分比下所得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶与对照例1所得的传统水凝胶的拉伸对比。由图4可以看出：传统水凝胶的断裂强度约10MPa，1%（实施例1）、2%（实施例2）、2.5%（实施例3）氧化石墨烯所得水凝胶的断裂强度分别约为20MPa、30MPa、50MPa，本专利技术所得水凝胶的断裂强度为传统水凝胶的2~5倍。本专利技术的技术关键在于：在水凝胶中引入氧化石墨烯以提高水凝胶的强度，专利技术人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1、微波激发氧化石墨烯表面产生自由基，进行首次反应：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入丙烯酰胺和过硫酸铵水溶液，置于微波反应仪中，控制微波功率在800~1200瓦、温度在60~80℃，微波反应10~15min，获得凝胶状半成品；其中，按质量体积比计，氧化石墨烯∶水∶丙烯酰胺∶过硫酸铵水溶液=0.1~0.3g∶20~40mL∶10~15g∶2~4 mL，所述过硫酸铵水溶液的质量百分比浓度为2~4%；S2、二次反应：将凝胶状半成品放入模具中，在与微波反应同样的温度下，水浴反应2~6h，即得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：S1、微波激发氧化石墨烯表面产生自由基，进行首次反应：首先将氧化石墨烯超声分散在水中，然后加入丙烯酰胺和过硫酸铵水溶液，置于微波反应仪中，控制微波功率在800~1200瓦、温度在60~80℃，微波反应10~15min，获得凝胶状半成品；其中，按质量体积比计，氧化石墨烯∶水∶丙烯酰胺∶过硫酸铵水溶液=0.1~0.3g∶20~40mL∶10~15g∶2~4mL，所述过硫酸铵水溶液的质量百分比浓度为2~4%；S2、二次反应：将凝胶状半成品放入模具中，在与微波反应同样的温度下，水浴反应2~6h，即得氧化石墨烯/聚丙烯酰胺复合水凝胶。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：35...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘福臣，王海旺，宫寨雄，程静，曾平萱，杨朋飞，何发亮，冉轩豪，李轩，林慧凤，林玮璜，王菲，周文启，马源，李新妍，杨雯，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北,13