水凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水凝胶材料及其制备方法，所述水凝胶材料包括如下配方原料：水凝胶单体、溶剂、引发剂和助引发剂，其特征在于还包括多孔氧化石墨烯。本发明专利技术通过原位聚合法制备了多孔氧化石墨烯增强增韧水凝胶，通过多孔氧化石墨烯表面丰富的官能团和容许高分子链通过的孔洞来提高材料的机械性能，在受力拉伸过程中。本发明专利技术的水凝胶材料具备良好的机械性能，且本发明专利技术的制备方法工艺简单，质量可控性高，生产成本低。

【技术实现步骤摘要】
水凝胶材料及其制备方法
本专利技术属于水凝胶材料
，具体为一种多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
水凝胶是一种典型的聚合物基复合材料，是指一类内部含有大量水的三维聚合物网络材料。高分子水凝胶一般具备良好的生物相容性和生物安全性，被广泛应用于组织工程支架、药物输送载体、创伤敷料以及软物质驱动器等领域。此外，高分子水凝胶材料因其独特的物理化学性质，其应用已渗入到农、林、牧、园艺、沙漠防治、医疗卫生、生物医药、建筑、石油化工、日用化工、食品、电子和环保等领域，具有非常广阔的应用前景。对于普通高分子水凝胶材料而言，网络结构中大量水的存在，往往导致聚合物链段处在高度溶胀的状态。在受力过程中，这些链段表现出较大的脆性和低效的能耗机制，导致高分子水凝胶材料表现出较差的力学性能，限制了其应用范围。因此，为了满足水凝胶在实际应用中对力学性能的需求迫切需要发展一些有效的策略来设计新型的网络结构实现水凝胶的强韧化，并积极发展具备多种功能的高强韧水凝胶。综合以上分析，研发一种强度和韧性更为可控，机械性能更为良好的水凝胶体系尤为重要。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的水凝胶材料较大的脆性、低效的能耗，力学性能差的技术问题，目的在于提供一种新的水凝胶材料。本专利技术的水凝胶材料由多孔氧化石墨烯进行增强增韧，具有优异的机械性能。本专利技术所述水凝胶材料包括如下配方原料：水凝胶单体、溶剂、引发剂和助引发剂，其特征在于还包括多孔氧化石墨烯。所述水凝胶单体、引发剂、多孔氧化石墨烯和溶剂的质量比为：1:0.00006～0.5:0.0006-0.05:2～10，优选1:0.0004～0.04:0.001～0.006:2～10；所述助引发剂和溶剂的体积比为1:5000～15000。所述溶剂选自水、盐溶液、水溶性醇类的一种或几种；所述引发剂选自光引发剂、自由基引发剂中的一种；所述助引发剂选自活性胺助引发剂中的一种。所述水凝胶单体选自丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、壳聚糖和磺酸甜菜碱中的一种或几种。所述多孔氧化石墨烯由氧化石墨烯和过氧化氢溶液油浴加热至100℃反应2h制备而成。所述溶剂选自水、甘油、钠盐溶液和钾盐溶液的一种或几种；所述引发剂选自过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种或几种，优选过硫酸铵；所述助引发剂选自N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺。所述水凝胶单体、引发剂、多孔氧化石墨烯、溶剂质量比为本专利技术的另一目的在于提供一种制备本专利技术所述的水凝胶材料的方法，本专利技术所述水凝胶材料采用原位聚合法在惰性气体氛围下进行制备，包括以下步骤：S1，将多孔氧化石墨烯溶于溶剂并超声分散至均匀；S2，向步骤S1得到的溶液中加入水凝胶单体并搅拌均匀，待水凝胶单体完全溶解，加入引发剂和助引发剂，搅拌混合均匀；S3，待步骤S2的溶液被诱导聚合后，将样品放置于-20℃～80℃反应24～72h，洗涤制备得到多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶材料。所述原位聚合法选自热聚合或紫外光照聚合，优选80℃下的热聚合。所述惰性气体为氮气。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术的多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶材料是通过对氧化石墨烯进一步氧化处理，制备出多孔氧化石墨烯。多孔氧化石墨烯具有优异的力学性能和极高的比表面积，可以赋予聚合物基体优异的力学性能。且多孔氧化石墨烯由于表面富含羟基、羧基、环氧基等官能团，可以很好的与高分子链形成共价与非共价交联，非常适合作为聚合物水凝胶的交联剂。多孔氧化石墨烯表面具有很多孔洞，非常容易使聚合物链穿过形成滑链环类交联，使水凝胶同时具备纳米颗粒和活动交联两种交联方式。现有技术中的水凝胶受到拉力时，受力方向的分子链向两端伸长，但是非受力方向的分子链会有很多仍然处于放松状态，导致水凝胶的强度及韧性不足；而在本专利技术多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶体系中，当水凝胶受到拉力之后，受力方向的分子链在拉伸过程中可以在孔洞中自由的运动来减缓受力，并且可以带动相交联的非受力方向的分子链一并滑动分摊受力，在受力过程中能调动更多的分子链使水凝胶的强度和韧性得到极大的提高。本专利技术的多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶材料，制备工艺简单，质量可控性高，生产成本低。附图说明图1为实施例1和对比例1的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGAMH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺水凝胶材料，PHAMH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。图2为实施例2和对比例2的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。图3为实施例3和对比例3的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGNIPAH对应氧化石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料，PHNIPAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。图4为实施例4和对比例4的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。图5为实施例5和对比例5的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。图6为实施例1和对比例1的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGAMH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺水凝胶材料，PHAMH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。图7为实施例2和对比例2的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。图8为实施例3和对比例3的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGNIPAH对应氧化石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料，PHNIPAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。图9为实施例4和对比例4的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。...

【技术保护点】
1.一种水凝胶材料，所述水凝胶材料包括如下配方原料：水凝胶单体、溶剂、引发剂和助引发剂，其特征在于还包括多孔氧化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶材料，所述水凝胶材料包括如下配方原料：水凝胶单体、溶剂、引发剂和助引发剂，其特征在于还包括多孔氧化石墨烯。


2.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：所述水凝胶单体、引发剂、多孔氧化石墨烯和溶剂的质量比为：1:0.00006～0.5:0.0006-0.05:2～10，优选1:0.0004～0.04:0.001～0.006:2～10；所述助引发剂和溶剂的体积比为1:5000～15000。


3.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：所述溶剂选自水、盐溶液、水溶性醇类的一种或几种；所述引发剂选自光引发剂、自由基引发剂中的一种；所述助引发剂选自活性胺助引发剂中的一种。


4.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：所述水凝胶单体选自丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、壳聚糖和磺酸甜菜碱中的一种或几种。


5.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：所述多孔氧化石墨烯由氧化石墨烯和过氧化氢溶液油浴加热至100℃反应2h制...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐秀之，庞茂璋，曾冠杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43