[發明專利]水凝膠材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110079214.2
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112876594B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 唐秀之;龐茂璋;曾冠杰
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C08F120/56
• 分類號: C08F120/56;C08F220/56;C08F220/38;C08F120/54;C08F2/44;C08K3/04
• 代理公司: 上海十蕙一蘭知識產權代理有限公司 31331
• 代理人: 劉秋蘭

本發明公開了一種水凝膠材料及其制備方法，所述水凝膠材料包括如下配方原料：水凝膠單體、溶劑、引發劑和助引發劑，其特征在于還包括多孔氧化石墨烯。本發明通過原位聚合法制備了多孔氧化石墨烯增強增韌水凝膠，通過多孔氧化石墨烯表面豐富的官能團和容許高分子鏈通過的孔洞來提高材料的機械性能，在受力拉伸過程中。本發明的水凝膠材料具備良好的機械性能，且本發明的制備方法工藝簡單，質量可控性高，生產成本低。

技術領域

本發明屬于水凝膠材料技術領域，具體為一種多孔氧化石墨烯增強增韌的水凝膠材料及其制備方法。

背景技術

水凝膠是一種典型的聚合物基復合材料，是指一類內部含有大量水的三維聚合物網絡材料。高分子水凝膠一般具備良好的生物相容性和生物安全性，被廣泛應用于組織工程支架、藥物輸送載體、創傷敷料以及軟物質驅動器等領域。此外，高分子水凝膠材料因其獨特的物理化學性質，其應用已滲入到農、林、牧、園藝、沙漠防治、醫療衛生、生物醫藥、建筑、石油化工、日用化工、食品、電子和環保等領域，具有非常廣闊的應用前景。

對于普通高分子水凝膠材料而言，網絡結構中大量水的存在，往往導致聚合物鏈段處在高度溶脹的狀態。在受力過程中，這些鏈段表現出較大的脆性和低效的能耗機制，導致高分子水凝膠材料表現出較差的力學性能，限制了其應用范圍。因此，為了滿足水凝膠在實際應用中對力學性能的需求迫切需要發展一些有效的策略來設計新型的網絡結構實現水凝膠的強韌化，并積極發展具備多種功能的高強韌水凝膠。

綜合以上分析，研發一種強度和韌性更為可控，機械性能更為良好的水凝膠體系尤為重要。

發明內容

本發明針對現有技術中的水凝膠材料較大的脆性、低效的能耗，力學性能差的技術問題，目的在于提供一種新的水凝膠材料。本發明的水凝膠材料由多孔氧化石墨烯進行增強增韌，具有優異的機械性能。

本發明所述水凝膠材料包括如下配方原料：水凝膠單體、溶劑、引發劑和助引發劑，其特征在于還包括多孔氧化石墨烯。

所述水凝膠單體、引發劑、多孔氧化石墨烯和溶劑的質量比為：1:0.00006～0.5:0.0006-0.05:2～10，優選1:0.0004～0.04:0.001～0.006:2～10；所述助引發劑和溶劑的體積比為1:5000～15000。

所述溶劑選自水、鹽溶液、水溶性醇類的一種或幾種；所述引發劑選自光引發劑、自由基引發劑中的一種；所述助引發劑選自活性胺助引發劑中的一種。

所述水凝膠單體選自丙烯酰胺、異丙基丙烯酰胺、丙烯酸、殼聚糖和磺酸甜菜堿中的一種或幾種。

所述多孔氧化石墨烯由氧化石墨烯和過氧化氫溶液油浴加熱至100℃反應2h制備而成。

所述溶劑選自水、甘油、鈉鹽溶液和鉀鹽溶液的一種或幾種；所述引發劑選自過硫酸銨、過硫酸鉀、過硫酸鈉中的一種或幾種，優選過硫酸銨；所述助引發劑選自N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺。

所述水凝膠單體、引發劑、多孔氧化石墨烯、溶劑質量比為

本發明的另一目的在于提供一種制備本發明所述的水凝膠材料的方法，本發明所述水凝膠材料采用原位聚合法在惰性氣體氛圍下進行制備，包括以下步驟：

S1，將多孔氧化石墨烯溶于溶劑并超聲分散至均勻；

S2，向步驟S1得到的溶液中加入水凝膠單體并攪拌均勻，待水凝膠單體完全溶解，加入引發劑和助引發劑，攪拌混合均勻；

S3，待步驟S2的溶液被誘導聚合后，將樣品放置于-20℃～80℃反應24～72h，洗滌制備得到多孔氧化石墨烯增強增韌的水凝膠材料。

所述原位聚合法選自熱聚合或紫外光照聚合，優選80℃下的熱聚合。

所述惰性氣體為氮氣。