[发明专利]水凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明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。本发明的水凝胶材料具备良好的机械性能，且本发明的制备方法工艺简单，质量可控性高，生产成本低。

技术领域

本发明属于水凝胶材料技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。本发明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。

本发明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

本发明的另一目的在于提供一种制备本发明所述的水凝胶材料的方法，本发明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。