CN110511521B - 一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法 - Google Patents

一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及石墨烯水凝胶技术领域，且公开了一种聚烯丙基苯甲酰胺‑石墨烯水凝胶及其制法，包括以下原料：苯甲酰氯、丙烯基胺、缩合催化剂、聚合引发剂、石墨烯、无氧超纯水、四甲基乙二胺。该聚烯丙基苯甲酰胺‑石墨烯水凝胶及其制法，通过使用聚烯丙基苯甲酰胺作为水凝胶基体，聚烯丙基苯甲酰胺中含有大量高活性基团

Description

一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法
技术领域
本发明涉及石墨烯水凝胶技术领域，具体为一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法。
背景技术
水凝胶是以水为分散介质的凝胶，具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，作为一种高吸水高保水材料，水凝胶被广泛用于多种领域，如干旱地区的抗旱，化妆品中的面膜、退热贴、镇痛贴、农用薄膜、建筑中的结露防止剂、调湿剂、石油化工中的堵水调剂，原油或成品油的脱水，在矿业中的抑尘剂，食品中的保鲜剂、增稠剂，医疗中的药物载体等，值得注意的是，不同的应用领域应该选用不同的高分子原料，以满足不同的需求。
但是目前市场上的水凝胶产品机械性能较差，韧性不足，机械强度较低，导致其在实际应用时，耐久性不高，并且水凝胶的化学稳定性和热稳定性较差，对温度具有高敏感性，在高温时，基体容易分解导致水凝胶失去性能，降低了水凝胶的实用性和适用性。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法，解决了现有凝胶产品机械性能较差，韧性不足，耐久性不高的问题，同时又解决了水凝胶的化学稳定性和热稳定性较差，对温度具有高敏感性，在高温时基体容易分解导致水凝胶失去性能的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法，包括以下重量份数配比的原料：12-18份苯甲酰氯、10-15份丙烯基胺、0.4-0.7份缩合催化剂、0.5-2份聚合引发剂、4-7份石墨烯、57-73份无氧超纯水、0.1-0.3份四甲基乙二胺。
优选的，所述苯甲酰氯分子式为C6H5COCl，结构式为
Figure GDA0003083166710000021
优选的，所述丙烯基胺结构简式为CH2＝CHCH2-NH2。
优选的，所述缩合催化剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)，分子式为C7H10N2，结构式为
Figure GDA0003083166710000022
优选的，所述石墨烯聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯，其结构式为
Figure GDA0003083166710000023
优选的，所述无氧超纯水是通过应用蒸馏、去离子化、反渗透技术，最后通入N2除去水中溶解氧制备得到。
优选的，所述聚合引发剂为过氧化苯甲酰，结构式为
Figure GDA0003083166710000024
优选的，所述四甲基乙二胺结构简式为(CH3)2N-CH2CH2-N(CH3)2。
优选的，所述一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶，制备方法包括以下步骤：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取12-18份苯甲酰氯、10-15份丙烯基胺、0.4-0.7份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和0.5-2份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000041
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和57-73份无氧超纯水、4-7份石墨烯、0.1-0.3份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
1、该聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法，通过使用聚烯丙基苯甲酰胺作为水凝胶基体，聚烯丙基苯甲酰胺中含有大量高活性基团
Figure GDA0003083166710000042
其结构具有亚氨基容易和水通过氢键形成氢链网络结构，因此聚烯丙基苯甲酰胺具有很强的亲水性，提高了水凝胶的吸水性和保水性，同时聚烯丙基苯甲酰胺化学稳定性较好，较于传统的聚丙烯酰胺水凝胶，聚烯丙基苯甲酰胺基水凝胶其化学性能稳定，热稳定性好，在高温下不易分解的优点，提高了水凝胶的耐久性和适用性。
2、该聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法，通过加入氨基化石墨烯改性水凝胶，石墨烯具有强度高，韧性好，热传导性能优异的优点，提高了石墨烯-水凝胶的强度和韧性等机械性能，增强了水凝胶在实际应用中的耐久性，同时石墨烯加强了水凝胶的热传导性能，提高了水凝胶的耐高温性能，并且，石墨烯为聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯，其具有供电子性-NH2基团，容易使石墨烯均匀附着在聚烯丙基苯甲酰胺表面，而聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯具有的优异的分散性能，提高了聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯在水中的分散性能，制备出的水凝胶产品分散性更好，分散均匀的水凝胶具有良好的拉伸强度和断裂强度，提高了水凝胶机械性能和实际应用中的耐久性。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法，包括以下重量份数配比的原料：12-18份苯甲酰氯、10-15份丙烯基胺、0.4-0.7份缩合催化剂、0.5-2份聚合引发剂、4-7份石墨烯、57-73份无氧超纯水、0.1-0.3份四甲基乙二胺，苯甲酰氯分子式为C6H5COCl，结构式为
Figure GDA0003083166710000051
丙烯基胺结构简式为CH2＝CHCH2-NH2，缩合催化剂为4-二甲氨基吡啶(DMAP)，分子式为C7H10N2，结构式为
Figure GDA0003083166710000052
优选的，所述石墨烯聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯，其结构式为
Figure GDA0003083166710000053
无氧超纯水是通过应用蒸馏、去离子化、反渗透技术，最后通入N2除去水中溶解氧制备得到，聚合引发剂为过氧化苯甲酰，结构式为
Figure GDA0003083166710000054
四甲基乙二胺结构简式为(CH3)2N-CH2CH2-N(CH3)2，一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶，制备方法包括以下步骤：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取12-18份苯甲酰氯、10-15份丙烯基胺、0.4-0.7份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和0.5-2份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000071
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和57-73份无氧超纯水、4-7份石墨烯、0.1-0.3份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶。
实施例1：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取12份苯甲酰氯、10份丙烯基胺、0.4份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺组分1；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和0.5份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000081
组分1。
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和73份无氧超纯水、4份石墨烯、0.1份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品1，产品1的拉伸强度为210kPa，断裂伸长率为890％，凝胶的相转变温度为36.2℃。
实施例2：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取13份苯甲酰氯、11份丙烯基胺、0.5份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺组分2；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和1.4份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000091
组分2。
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和69份无氧超纯水、5份石墨烯、0.1份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品2，产品2的拉伸强度为215kPa，断裂伸长率为860％，凝胶的相转变温度为37.1℃。
实施例3：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取15份苯甲酰氯、13份丙烯基胺、0.6份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺组分3；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和1.2份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000111
组分3。
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和64份无氧超纯水、6份石墨烯、0.2份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品3，产品3的拉伸强度为208kPa，断裂伸长率为875％，凝胶的相转变温度为36.7℃。
实施例4：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取17份苯甲酰氯、14份丙烯基胺、0.6份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺组分4；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和1.1份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000121
组分4。
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和61份无氧超纯水、6份石墨烯、0.3份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品4，产品4的拉伸强度为197kPa，断裂伸长率为820％，凝胶的相转变温度为36.2℃。
实施例5：
(1)制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，再依次称取18份苯甲酰氯、15份丙烯基胺、0.7份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯＝5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺组分5；
(2)制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤(1)制得的烯丙基苯甲酰胺和2份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure GDA0003083166710000141
组分5。
(3)制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤(2)制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和73份无氧超纯水、7份石墨烯、0.3份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品5，产品5的拉伸强度为207kPa，断裂伸长率为840％，凝胶的相转变温度为36.2℃。
通过对实施例1-5的性能测试，包括吸水性能测试，热稳定性能和化学稳定性测试，断裂强度测试和拉伸强度测试。
经测试，得到的聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品1-5，通过加入氨基化石墨烯改性水凝胶，石墨烯具有强度高，韧性好，热传导性能优异的优点，提高了石墨烯-水凝胶的强度和韧性等机械性能，增强了水凝胶在实际应用中的耐久性，同时石墨烯加强了水凝胶的热传导性能，提高了水凝胶的耐高温性能，并且，石墨烯为聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯，其具有供电子性-NH2基团，容易使石墨烯均匀附着在聚烯丙基苯甲酰胺表面，而聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯具有的优异的分散性能，提高了聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯在水中的分散性能，制备出的水凝胶产品分散性更好，分散均匀的水凝胶具有良好的拉伸强度和断裂强度，提高了水凝胶机械性能和实际应用中的耐久性。
经测试，得到的聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶产品1-5，通过使用聚烯丙基苯甲酰胺作为水凝胶基体，聚烯丙基苯甲酰胺中含有大量高活性基团
Figure GDA0003083166710000151
其结构具有亚氨基容易和水通过氢键形成氢链网络结构，因此聚烯丙基苯甲酰胺具有很强的亲水性，提高了水凝胶的吸水性和保水性，同时聚烯丙基苯甲酰胺化学稳定性较好，较于传统的聚丙烯酰胺水凝胶，聚烯丙基苯甲酰胺基水凝胶其化学性能稳定，热稳定性好，在高温下不易分解的优点，提高了水凝胶的耐久性和适用性。

Claims (1)

1.一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶，包括以下重量份数配比的原料，其特征在于：12-18份苯甲酰氯、10-15份丙烯基胺、0.4-0.7份缩合催化剂、0.5-2份聚合引发剂、4-7份石墨烯、57-73份无氧超纯水、0.1-0.3份四甲基乙二胺；所述缩合催化剂为4-二甲氨基吡啶；
所述石墨烯为石墨烯聚乙二醇修饰的氨基化石墨烯；
所述无氧超纯水是通过应用蒸馏、去离子化、反渗透技术，最后通入N2除去水中溶解氧制备得到；
所述聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶的制备方法包括以下步骤：
（1）制备烯丙基苯甲酰胺：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，然后向三颈瓶中加入400mL无水N,N-二甲基甲酰胺（DMF），再依次称取12-18份苯甲酰氯、10-15份丙烯基胺、0.4-0.7份缩合催化剂4-二甲氨基吡啶加入三颈瓶中，将三颈瓶置于恒温油浴锅中，加热至130-135℃，在磁力搅拌器下匀速搅拌12-15h，反应通过TLC薄层色谱分析法观测反应结果，反应完全后，将三颈瓶中的溶液转移至2000mL分液漏斗中，加入500mL蒸馏水和800mL乙酸乙酯萃取，取乙酸乙酯有机层，并再加入500mL蒸馏水萃取两次，得到乙酸乙酯有机层并通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去乙酸乙酯，然后将浓缩混合物通过硅胶层析柱进行薄层色谱分离，洗脱剂为石油醚:乙酸乙酯=5:1，将分离得到的产品富集，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏和油泵抽滤进行减压浓缩除去洗脱剂，得到产物烯丙基苯甲酰胺；
（2）制备聚烯丙基苯甲酰胺：向1000mL烧杯中加入400mL乙二醇，再依次加入上述步骤（1）制得的烯丙基苯甲酰胺和0.5-2份聚合引发剂并搅拌均匀，将烧杯中溶液转移进高压水热反应釜中，并将反应釜置于反应釜加热器中，加热至110-115℃，反应8-10h，反应完全后冷却至室温，并将反应釜中物料通过布氏漏斗抽滤，得到灰白色絮状物，然后使用3000-3500mL蒸馏水洗涤灰白色絮状物，最后将洗涤干净的絮状物置于烘箱中加热至70-75℃干燥6-8h，得到灰白色固体聚烯丙基苯甲酰胺
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
（3）制备聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶：向1000mL三颈瓶中通入N2或Ar惰性气体除去空气，再依次加入上述步骤（2）制得的聚烯丙基苯甲酰胺，和57-73份无氧超纯水、4-7份石墨烯、0.1-0.3份四甲基乙二胺，三颈瓶置于超声波处理仪中，超声频率为25-30KHz，超声功率为1800W，进行超声分散处理3-4h，反应完全后，将凝胶半成品通过2000-2500mL蒸馏水洗涤表面，待干燥后注入模具中密封成型，得到聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶。
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