[發明專利]一種兩性離子/石墨烯復合水凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 201410215034.2
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103951800A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 劉云暉
• 申請（專利權）人: 泉州三欣新材料科技有限公司
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F4/40
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于石墨烯水凝膠的制備領域，特別涉及一種兩性離子/石墨烯復合水凝膠的制備方法。

背景技術

水凝膠是一種溶脹于水但不溶解于水的、具有三維網絡結構的聚合物，網絡由大分子主鏈和親水性基團構成，在水中能夠吸收大量的水分顯著溶脹，并在顯著溶脹之后能夠繼續保持其原有結構而不被溶解。作為一種“剛柔并濟”的軟濕材料，水凝膠在最近幾十年中一直是研究熱點，由于其不同于其他剛性材料的特殊性能使得其在工業、農業、生物和材料領域都顯示出了很好的應用前景。特別在生物醫學應用領域，由于水凝膠物理性質方面與人體組織極其相似，柔軟、潤濕的表面以及與組織的親和力大大減少了材料對周圍組織的刺激，使得水凝膠具有良好的生物相容性，常常被用作為人工組織填充材料、人工軟骨、藥物載體、藥物控制釋放、細胞培養基質、生物酶的固定以及分析和醫學診斷等方面。

近年來，仿細胞外層膜化學結構兩性離子聚合物因其獨特的抗生物黏附性能獲得科學家廣泛的關注；同時，兩性離子基水凝膠作為一種新型的水凝膠材料，其制備方法及在醫藥工程和生物技術領域的應用也受到了科學家們的探索和發展。相關研究表明，兩性離子化合物如磷酸甜菜堿、磺酸甜菜堿和羧酸甜菜堿修飾的表面都能夠通過靜電誘導的水合作用束縛水分子而形成強親水界面，表面緊密吸附的水分子賦予材料優異的抗生物黏附特性和生物相容性。然而，絕大多數的水凝膠，包括兩性離子基水凝膠，其凝膠機械強度低韌性差、易破碎、不易加工等缺點，一定程度上限制了其作為功能性材料在各領域中的實際應用。

石墨烯是2004年才被發現的一種新型二維平面納米材料，其特殊的單原子層結構決定了它具有豐富而新奇的物理性質。過去幾年中，石墨烯已經成為了科學研究的前沿和熱點，它在生物醫藥領域的研究也備受矚目。由于石墨烯具有單原子層結構，比表面積大、結構穩定、機械性能好、并且沒有明顯的毒性，可作為水凝膠較理想的增強填料。如將石墨烯納米材料與兩性離子水凝膠結合起來，不僅可以得到兩性離子優異的親水性和抗生物粘附性，還可憑借石墨烯獨特的納米結構，提高其力學性能，使其兼具高機械性質和生物相容性，從而能夠更好的滿足實際應用。

目前，石墨烯水凝膠材料大都通過納米粒子(?包括石墨烯或氧化石墨烯)?與聚合物之間的氫鍵等物理作用來提高強度。如果能夠在石墨烯基納米粒子與聚合物鏈之間引入共價化合鍵，所得石墨烯基復合水凝膠的性能無疑將得到很大的改善。但目前關于這類凝膠的報道還很少，主要是因為都面臨著過程復雜、步驟較多、難以工藝化等問題。翟光群等人在發明專利（一種在玻璃表面接枝聚合物的方法，授權公開號?CN?102295418?B；一種在單晶硅表面接枝聚合物的方法，授權公開號CN?102417568?B；一種在納米SiO2?表面接枝聚合物的方法，授權公開號CN?102731734?B）中，公開了以有機伯胺與高氧化態過渡金屬鹽組成氧化還原自由基引發體系，在材料表面引發乙烯基單體的自由基聚合，從而得到表面接枝有不同聚合物分子鏈的玻璃表面的技術。該技術具有操作簡單、簡單高效，操作簡易，對反應條件要求不高，對環境壓力小等優點。有機伯胺可與高氧化態過渡金屬鹽類組成氧化還原自由基引發體系，引發烯類單體聚合，一般認為，伯胺與氧化劑（高氧化態過渡金屬鹽類，如CuSO₄）先形成電荷轉移復合物（CTC），然后通過內層電子轉移（ISET）形成陽離子自由基，后者通過質子轉移形成氮自由基，引發單體聚合。

類似地，相比現有石墨烯復合水凝膠聚合技術，本發明人以氨基化石墨烯為引發和交聯中心，采用銅-胺氧化還原引發體系制備高強度水凝膠，此方法有明顯優越性。

同時，目前還沒有關于兩性離子/石墨烯復合水凝膠的報道。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種兩性離子/石墨烯復合水凝膠及其制備方法，所得的兩性離子/石墨烯復合水凝膠，以石墨烯作為引發和交聯中心，形成獨特的有機／無機網絡結構，使良好生物相容性的兩性離子水凝膠獲得的較高機械強度。

本發明的目的通過以下方式來完成：

???本發明所述的一種兩性離子/石墨烯復合水凝膠的制備方法，采用如下技術方案：

（1）以石墨為原料，通過Hummers方法將其氧化得到氧化石墨烯；將80.0g乙二胺加入到1000ml濃度為12?mg/ml的氧化石墨烯溶液中，超聲分散10min，在80℃下回流反應32小時，除去上層清液，水洗至中性，在60℃下烘干，得到氨基化石墨烯；將氨基化石墨烯放入純水中超聲分散，形成均勻分散、質量濃度為20.0mg/mL的氨基化石墨烯分散液。