CN112876594B - 水凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

水凝胶材料及其制备方法
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。
本发明的积极进步效果在于：本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶材料是通过对氧化石墨烯进一步氧化处理，制备出多孔氧化石墨烯。多孔氧化石墨烯具有优异的力学性能和极高的比表面积，可以赋予聚合物基体优异的力学性能。且多孔氧化石墨烯由于表面富含羟基、羧基、环氧基等官能团，可以很好的与高分子链形成共价与非共价交联，非常适合作为聚合物水凝胶的交联剂。多孔氧化石墨烯表面具有很多孔洞，非常容易使聚合物链穿过形成滑链环类交联，使水凝胶同时具备纳米颗粒和活动交联两种交联方式。现有技术中的水凝胶受到拉力时，受力方向的分子链向两端伸长，但是非受力方向的分子链会有很多仍然处于放松状态，导致水凝胶的强度及韧性不足；而在本发明多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶体系中，当水凝胶受到拉力之后，受力方向的分子链在拉伸过程中可以在孔洞中自由的运动来减缓受力，并且可以带动相交联的非受力方向的分子链一并滑动分摊受力，在受力过程中能调动更多的分子链使水凝胶的强度和韧性得到极大的提高。
本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧的水凝胶材料，制备工艺简单，质量可控性高，生产成本低。
附图说明
图1为实施例1和对比例1的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGAMH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺水凝胶材料，PHAMH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。
图2为实施例2和对比例2的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
图3为实施例3和对比例3的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGNIPAH对应氧化石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料，PHNIPAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。
图4为实施例4和对比例4的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
图5为实施例5和对比例5的拉伸应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
图6为实施例1和对比例1的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGAMH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺水凝胶材料，PHAMH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。
图7为实施例2和对比例2的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
图8为实施例3和对比例3的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGNIPAH对应氧化石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料，PHNIPAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。
图9为实施例4和对比例4的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGSAH对应氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料，PHSAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
图10为实施例5和对比例5的压缩应力应变曲线对比图。其中，曲线图注中PGNIPAH对应氧化石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料，PHNIPAH对应多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
以下实施例中：丙烯酰胺(AM，化学纯)、过硫酸铵(APS，分析纯)购自国药集团化学试剂有限公司。
异丙基丙烯酰胺(NIPA，分析纯)、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵(SBMA，分析纯)、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺(TEMED，99％)购自阿拉丁试剂(上海)有限公司。
氧化石墨烯采用hummers法制备。
多孔氧化石墨烯由1.5g氧化石墨烯和75mL过氧化氢溶液在750mL水中油浴加热至100℃反应2h，然后冷冻干燥制备而成。
拉伸测试：使用哑铃型裁刀将样品裁成标准试样，样品总长为8mm，宽为15mm，标距为15mm，标距处宽度为10mm，厚度为3mm，拉伸速率为20mm/min。
压缩测试：样品规格为直径26mm×高度13-16mm，压缩速率为5mm/min，受限于机器量程，样品无法测试应变达到90％的受力情况，样品最大载荷为机器保护量程45N，在应变15％-30％之间计算压缩模量。
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。
实施例1、多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料的制备
(1)、将30mg多孔氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向9mL纯水中加入丙烯酰胺2.5g、步骤(1)的多孔氧化石墨烯溶液1mL搅拌至溶液混合均匀，待丙烯酰胺完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺10μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于25℃反应72h，洗涤，制备得到多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。
实施例2、多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料的制备
(1)、将30mg多孔氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向2mL纯水中加入丙烯酰胺1g和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵0.5g、步骤(1)的多孔氧化石墨烯溶液1mL搅拌至溶液混合均匀，待水凝胶单体完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺2μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于60℃反应24h，洗涤，制备得到多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
实施例3、多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料的制备
(1)、将30mg多孔氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向7mL纯水中加入异丙基丙烯酰胺1g、步骤(1)的多孔氧化石墨烯溶液3mL搅拌至溶液混合均匀，待异丙基丙烯酰胺完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺0.1mL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在25℃条件下诱导步骤(2)的溶液聚合后，将样品放置于25℃反应48h，洗涤，制备得到多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。
实施例4、多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料的制备
(1)、将30mg多孔氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向2.5mL纯水中加入丙烯酰胺1g和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵0.5g、步骤(1)的多孔氧化石墨烯溶液0.5mL搅拌至溶液混合均匀，待水凝胶单体完全溶解，加入过硫酸铵0.06g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺2μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于60℃反应24h，洗涤，制备得到多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
实施例5、多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料的制备
(1)、将30mg多孔氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向5mL纯水中加入丙烯酰胺2.5g、步骤(1)的多孔氧化石墨烯溶液5mL搅拌至溶液混合均匀，待丙烯酰胺完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺10μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于25℃反应72h，洗涤，制备得到多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。
对比例1、氧化石墨烯-聚丙烯酰胺水凝胶材料的制备
(1)、将30mg氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向9mL纯水中加入丙烯酰胺2.5g、步骤(1)的氧化石墨烯溶液1mL搅拌至溶液混合均匀，待丙烯酰胺完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺10μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于25℃反应72h，洗涤，制备得到氧化石墨烯-聚丙烯酰胺水凝胶材料。
对比例2、氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料的制备
(1)、将30mg氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向2mL纯水中加入丙烯酰胺1g和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵0.5g、步骤(1)的氧化石墨烯溶液1mL搅拌至溶液混合均匀，待水凝胶单体完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺2μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于60℃反应24h，洗涤，制备得到氧化石墨烯-聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
对比例3、氧化石墨烯-聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料的制备
(1)、将30mg氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向7mL纯水中加入异丙基丙烯酰胺1g、步骤(1)的氧化石墨烯溶液3mL搅拌至溶液混合均匀，待异丙基丙烯酰胺完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺0.1mL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在25℃条件下诱导步骤(2)的溶液聚合后，将样品放置于25℃反应48h，洗涤，制备得到氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺水凝胶材料。
对比例4、氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料的制备
(1)、将30mg氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向2.5mL纯水中加入丙烯酰胺1g和[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵0.5g、步骤(1)的氧化石墨烯溶液0.5mL搅拌至溶液混合均匀，待水凝胶单体完全溶解，加入过硫酸铵0.06g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺2μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于60℃反应24h，洗涤，制备得到氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵水凝胶材料。
对比例5、氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料的制备
(1)、将30mg氧化石墨烯溶于10mL纯水中并超声至均匀分散。
(2)、向5mL纯水中加入丙烯酰胺2.5g、步骤(1)的氧化石墨烯溶液5mL搅拌至溶液混合均匀，待丙烯酰胺完全溶解，加入过硫酸铵0.004g、N,N,N’,N’,-四甲基乙二胺10μL，搅拌至溶液混合均匀。
(3)、在80℃条件下诱导步骤(2)的溶液热聚合后，将样品放置于25℃反应72h，洗涤，制备得到氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料。
效果实施例1、聚丙烯酰胺体系水凝胶机械性能检测
采用万能拉伸试验机分别对实施例1和对比例1的样品进行拉伸和压缩检测，并计算出样品的机械性能。
表1实施例1与对比例1的机械性能
Figure BDA0002908613000000071
Figure BDA0002908613000000081
由表1的数据及图1、图6可知，本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料的断裂伸长率为4846％左右，比氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶断裂伸长率增加了58.4％；拉伸强度为0.069MPa，较对比例1增加了187.5％；弹性模量为3.77·10- 2MPa，较对比例1增加了27.2％；韧性为1.151MJ/m3，较对比例1增加了218％。验证了多孔氧化石墨烯对于聚丙烯酰胺体系水凝胶具有良好的增强增韧效果。
效果实施例2、聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵体系水凝胶机械性能检测
采用万能拉伸试验机分别对实施例2和对比例2的样品进行拉伸和压缩检测，并计算出样品的机械性能。
表2实施例2与对比例2的机械性能
Figure BDA0002908613000000082
由表2的数据及图2、图7可知，本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵体系水凝胶材料的断裂伸长率为2155％左右，比氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶断裂伸长率增加了58.5％；拉伸强度为0.137MPa，较对比例增加了98.6％；弹性模量为3.333·10-2MPa，较对比例增加了57.7％；韧性为1.18MJ/m3，较对比例增加了249.1％。验证了多孔氧化石墨烯对于[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵体系水凝胶具有良好的增强增韧效果。
效果实施例3、聚异丙基丙烯酰胺体系水凝胶机械性能检测
采用万能拉伸试验机分别对实施例3和对比例3的样品进行拉伸和压缩检测，并计算出样品的机械性能。
表3实施例3与对比例3的机械性能
Figure BDA0002908613000000091
由表3的数据及图3、图8可知，本发明的产品多孔氧化石墨烯增强增韧聚异丙基丙烯酰胺体系水凝胶材料的断裂伸长率为2427％左右，比氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶断裂伸长率增加了48.7％；拉伸强度为0.164MPa，较对比例增加了57.7％；弹性模量为2.171·10-2MPa，较对比例增加了71.9％；韧性为1.471MJ/m3，较对比例增加了92.8％。验证了多孔氧化石墨烯对于异丙基丙烯酰胺体系水凝胶体系具有良好的增强增韧效果。
效果实施例4、聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵体系水凝胶机械性能检测
采用万能拉伸试验机分别对实施例4和对比例4的样品进行拉伸和压缩检测，并计算出样品的机械性能。
表4实施例4与对比例4的机械性能
Figure BDA0002908613000000092
由表4的数据及图4、图9可知，本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺/[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵体系水凝胶材料的断裂伸长率为551％左右，比氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶断裂伸长率增加了18.2％；拉伸强度为0.35MPa，较对比例增加了20.7％；弹性模量为0.55·10-2MPa，较对比例增加了1.9％；韧性为0.114MJ/m3，较对比例增加了44.3％。验证了多孔氧化石墨烯对于[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵体系水凝胶具有良好的增强增韧效果。
效果实施例5、聚丙烯酰胺体系水凝胶机械性能检测
采用万能拉伸试验机分别对实施例5和对比例5的样品进行拉伸和压缩检测，并计算出样品的机械性能。
表5实施例5与对比例5的机械性能
Figure BDA0002908613000000101
由表5的数据及图5、图10可知，本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶材料的断裂伸长率为921％左右，比氧化石墨烯增强增韧聚丙烯酰胺水凝胶断裂伸长率增加了56.1％；拉伸强度为0.054MPa，较对比例5增加了50％；弹性模量为0.512·10- 2MPa，较对比例5增加了2.4％；韧性为0.283MJ/m3，较对比例5增加了125％。验证了多孔氧化石墨烯对于聚丙烯酰胺体系水凝胶具有良好的增强增韧效果。
综上所述，多孔氧化石墨烯无论在强度还是韧性方面都对水凝胶有极大的提升，是一种可靠且稳定的提升水凝胶强度及韧性的方式。验证了在氧化石墨烯表面进行制孔制备的多孔氧化石墨烯材料作为聚合物水凝胶交联剂的方式确实可以大幅度提高水凝胶材料的强韧性。本发明为水凝胶的强韧化提供了一种新的方向。
本发明的多孔氧化石墨烯增强增韧水凝胶材料兼具良好的机械性能，和简单的制备方法，是一种理想的水凝胶材料，且本发明增强增韧水凝胶的方案具有极大的优势。

Claims (10)

1.一种水凝胶材料，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；所述水凝胶单体选自丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺和磺酸甜菜碱中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：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；所述助引发剂和溶剂的体积比为1:5000～15000。
3.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：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。
4.如权利要求2所述的水凝胶材料，其特征在于：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：1:0.0004～0.04:0.001～0.006:2～10。
5.如权利要求1所述的水凝胶材料，其特征在于：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；所述助引发剂选自N,N,N’ ,N’ -四甲基乙二胺。
6.如权利要求5所述的水凝胶材料，其特征在于：所述引发剂选自过硫酸铵。
7.一种制备权利要求1所述的水凝胶材料的方法，其特征在于：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；
其中，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；所述水凝胶单体选自丙烯酰胺、异丙基丙烯酰胺和磺酸甜菜碱中的一种或几种。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述原位聚合法选自热聚合或紫外光照聚合。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述原位聚合法选自80℃下的热聚合。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
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