[发明专利]一种利用氧化石墨烯制备通孔聚合物多孔水凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种利用氧化石墨烯制备通孔聚合物多孔水凝胶的方法。

背景技术

水凝胶是一种具有亲水性但不溶于水的高分子聚合物，它们在水中可迅速溶胀而仍保持其形状和三维网络结构。因其独特的吸水、保水及仿生特性，水凝胶被广泛应用于药物控制释放、物质分离、组织工程等领域。但是传统水凝胶吸水速率低限制了其应用，而多孔水凝胶具有较高的比表面积，大大提高了其使用效率，因而受到越来越多的关注。

聚合物多孔水凝胶的制备方法主要包括相分离法、发泡法和模板法等。其中高内相乳液模板法由于制备的多孔水凝胶孔径可调控以及操作简单等优点得到了广泛应用。传统的高内相乳液一般都是用表面活性剂做稳定剂的，稳定剂用量很大，占连续相的5%~50%，而这些表面活性剂通常价格较贵且具有毒性，因此需要在聚合后除去，这不仅使操作繁琐也大大增加了制备聚合物多孔水凝胶的成本。近年来，人们发现固体颗粒在两相界面具有几乎不可逆的吸附行为，使得其也可用于稳定高内相乳液，这种以固体颗粒为稳定剂的高内相乳液通常被称为Pickering高内相乳液。Pickering高内相乳液模板法在制备聚合物多孔水凝胶方面具有用量少、低毒、低成本、高稳定性等优势，此外，一些固体颗粒，特别是无机纳米颗粒的引入还可以提高聚合物多孔水凝胶的机械强度，并且赋予材料特殊的物理性质，如电导、热导和磁性等。

然而，正是由于固体颗粒在液滴界面的高吸附能，导致乳液稳定性较高，难以在聚合过程中发生聚并，并且固体颗粒在液滴界面形成一层较厚的阻隔层，因此聚合过程中的体积收缩及后处理过程中的机械作用都难以突破这一阻碍，所以往往只能聚合得到具有闭孔结构的多孔材料，这一结构极大地限制了多孔水凝胶在众多领域的应用。故本发明提出了一种用亲油改性剂改性的氧化石墨烯（GO）作为Pickering乳液稳定剂，通过高内相乳液模板聚合得到具有通孔结构的聚合物多孔水凝胶的方法。所制备的多孔水凝胶孔结构可控，孔径和孔间通道尺寸大，通透性好，具有较好的溶胀性能和吸附性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用氧化石墨烯制备通孔聚合物多孔水凝胶的方法，通过该方法制备的材料，孔结构可控，孔径和孔间通道尺寸大，通透性好，具有较好的溶胀性能和吸附性能。

本发明通过以下技术方案加以实现：先将氧化石墨烯（GO）均匀分散在溶剂中形成溶胶，加入亲油改性剂对GO进行改性，将得到的改性后的GO分散于水中，再向其中加入单体、交联剂、引发剂和致孔剂，均质或超声处理后形成稳定的水包油型高内相乳液，升温反应，制得具有通孔结构的聚合物多孔水凝胶。

本发明提供的利用氧化石墨烯制备通孔聚合物多孔水凝胶的方法，具体步骤如下：

（1）首先，将GO均匀分散在溶剂中，配制成质量分数0.05%~1%的溶胶，GO的尺寸为50~2000 nm；向GO溶胶中加入亲油改性剂，亲油改性剂质量占GO质量的0.5%~300%，在室温下搅拌反应0.5~24 h，然后离心洗涤，并用真空烘箱在40~65 °C下干燥得到改性的GO；

其中，亲油改性剂包括离子型表面活性剂、氨基改性剂、异氰酸酯改性剂中的一种，或其中的几种；离子型表面活性剂为碳原子数8~16的胺盐、季铵盐中的一种，或其中的几种；氨基改性剂为碳原子数6~18的脂肪胺、芳香胺、脂肪二胺、芳香二胺、氨基硅烷中的一种，或其中的几种；异氰酸酯改性剂为碳原子数6~18的脂肪族、芳香族异氰酸酯中的一种，或其中的几种；

（2）将上述改性的GO均匀分散在水中，水的质量为GO质量的50-500倍；向上述水溶胶中加入单体，单体质量为GO质量的20~600倍；再加入交联剂，交联剂质量为GO质量的1~75倍；然后加入引发剂，引发剂质量为GO质量的1~20倍；之后加入水，控制GO质量占水相总质量的0.08%~1%；

其中，单体的分子结构中含有一个碳碳双键且为水溶性单体，包括丙烯酸类、丙烯磺酸类、丙烯酰胺类、N-乙烯基吡咯烷酮类中的一种，或其中的几种；交联剂的分子结构中含有两个碳碳双键，包括双丙烯酰胺类或双丙烯酸酯类中的一种；引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐或偶氮二氰基戊酸盐中的一种；