氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911112623.7 (22)申请日 2019.11.14 (71)申请人 淄博宏达助剂有限公司 地址 255300 山东省淄博市周村区西环路 169号 (72)发明人 高群宋鹏 (74)专利代理机构 北京汉之知识产权代理事务 所(普通合伙) 11479 代理人 秦贺余 (51)Int.Cl. C08F 220/06(2006.01) C08F 222/38(2006.01) C08F 2/44(2006.01) C08K 9/04(2006.01) C08K 3/04(。

2、2006.01) (54)发明名称 一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶及其 制备方法 (57)摘要 本发明提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合 水凝胶及其制备方法， 该氧化石墨烯/聚丙烯酸 复合水凝胶通过在增强体和丙烯酸单体的混合 溶液中加入交联剂和引发剂， 经原位聚合法制 得， 其中， 增强体为经表面改性的氧化石墨烯， 并 且在混合溶液中， 氧化石墨烯的质量占比为 0.011； 交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 混合溶液中的丙烯酸单体与N,N-亚甲基双丙烯 酰胺的质量比为:100:0.10.5； 引发剂为过硫 酸铵， 与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复。

3、合水凝胶利用 氧化石墨烯的优异力学性能和超强吸附能力， 具 有更强的吸附能力和生物相容性等， 使复合凝胶 有更广的应用。 并且制备方法简单， 操作方便， 成 本低廉、 无毒且适于批量化生产。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 110790856 A 2020.02.14 CN 110790856 A 1.一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶， 其特征在于， 所述氧化石墨烯/聚丙烯酸复 合水凝胶通过在增强体和丙烯酸单体的混合溶液中加入交联剂和引发剂， 经原位聚合法制 得， 其中， 所述增强体为经表面改性的氧化石墨烯， 并且在所述混合溶液中， 所述氧化石墨烯的 质量占比为0.011； 所述。

4、交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 所述混合溶液中的丙烯酸单体与N,N-亚甲基双 丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5； 所述引发剂为过硫酸铵， 与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 2.一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法， 其特征在于， 包括如下步骤： 将增强体分散在去离子水中制备增强体溶液； 向所述增强体溶液中加入丙烯酸单体， 以第一搅拌速度进行搅拌， 得到混合均匀的增 强体/丙烯酸单体的混合溶液； 向所述混合液中加入交联剂， 以第二搅拌速度进行搅拌， 形成反应体系； 向所述反应体系中加入引发剂， 将所述反应体系升温至聚合温度并恒温24小时， 完 成聚合反应制得所述氧。

5、化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶； 其中， 所述增强体为氧化石墨烯， 在增强体/丙烯酸单体的混合溶液中， 所述氧化石墨 烯的质量占比为0.011； 所述第一搅拌速度大于所述第二搅拌速度。 3.根据权利要求2所述的制备方法， 其特征在于， 将增强体分散在去离子水中制备增强 体溶液还包括以下步骤： 将所述氧化石墨烯分散于去离子水中； 加入表面改性剂对所述氧化石墨烯进行表面改性； 超声分散形成均匀的增强体溶液。 4.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 所述表面改性剂为聚羧酸系减水剂， 聚羧酸系减水剂与氧化石墨烯的质量比为1:1。 5.根据权利要求2所述的制备方法， 其特征在于， 所述交联剂为N。

6、,N-亚甲基双丙烯酰 胺， 所述混合溶液中的丙烯酸单体与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5。 6.根据权利要求5所述的制备方法， 其特征在于， 所述引发剂为过硫酸铵， 过硫酸铵与 N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 7.根据权利要求2所述的制备方法， 其特征在于， 所述聚合温度为6080。 8.根据权利要求2所述的制备方法， 其特征在于， 所述第一搅拌速度为8001200转/ 分， 所述第二搅拌速度为200400转/分。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110790856 A 2 一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及吸水。

7、性高分子水凝胶的制备技术领域， 具体涉一种氧化石墨烯/聚丙 烯酸复合水凝胶及其制备方法。 背景技术 0002 交联的高分子水凝胶是一类具有三维网络结构的水溶胀型功能高分子吸水材料， 主链或侧链连有诸如羟基、 酰胺基、 羧基、 磺酸基等亲水基团， 能够吸附相当于自身质量几 十到几百倍甚至上千倍的水或水溶液。 并且在一定压力条件下， 仍具有良好的吸水、 保水性 能。 0003 随着技术的不断发展， 高分子水凝胶的种类日益多样化， 应用领域也日益扩展。 例 如高吸水性聚丙烯酸水凝胶被广泛应用于卫生用品、 医药、 化妆品、 日用化工、 废水处理以 及土木建筑等多个领域， 已经成为了极具商品价值的功能性。

8、高分子材料。 0004 聚丙烯酸水凝胶是一种通过共价键、 氢键、 范德华力等作用相互交联形成具有三 维网络结构， 在水中能够溶胀并保持大量水分而又不溶解的聚合物。 由于交联结构的存在， 聚丙烯酸水凝胶在水中可充分溶胀而不会溶解， 同时， 独特的聚合物网络结构赋予其超强 的吸水性、 保水性。 而传统聚丙烯酸水凝胶存在吸附容量低、 力学性能差和难于重复利用的 不足， 这些不足在一定程度上限制了其在吸水剂、 催化、 吸附、 药物释放、 废水处理等领域的 应用。 0005 综上， 急需一种具有良好的吸水容量及力学性能， 并且能够重复利用的聚丙烯酸 复合水凝胶。 发明内容 0006 针对现有技术中聚丙烯。

9、酸水凝胶的吸附性及生物相容性方面存在的不足和缺陷， 本发明的目的在于提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法。 0007 根据本发明的第一方面， 本发明提供了一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶， 所 述氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶通过在增强体和丙烯酸单体的混合溶液中加入交联剂 和引发剂， 经原位聚合法制得， 其中， 0008 所述增强体为经表面改性的氧化石墨烯， 并且在所述混合溶液中， 所述氧化石墨 烯的质量占比为0.011； 0009 所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 所述混合溶液中的丙烯酸单体与N,N-亚甲 基双丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5； 0010 所述引。

10、发剂为过硫酸铵， 与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 0011 根据本发明的第二方面， 本发明提供了一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的 制备方法， 如下步骤： 0012 将增强体分散在去离子水中制备增强体溶液； 0013 向所述增强体溶液中加入丙烯酸单体， 以第一搅拌速度进行搅拌， 得到混合均匀 说明书 1/5 页 3 CN 110790856 A 3 的增强体/丙烯酸单体的混合溶液； 0014 向所述混合液中加入交联剂， 以第二搅拌速度进行搅拌， 形成反应体系； 0015 向所述反应体系中加入引发剂， 将所述反应体系升温至聚合温度并恒温24小 时， 完成聚合反应制得所述氧化石墨烯。

11、/聚丙烯酸复合水凝胶； 0016 其中， 所述增强体为氧化石墨烯， 在增强体/丙烯酸单体的混合溶液中， 所述氧化 石墨烯的质量占比为0.011； 所述第一搅拌速度大于所述第二搅拌速度。 0017 可选地， 将增强体分散在去离子水中制备增强体溶液还包括以下步骤： 0018 将所述氧化石墨烯分散于去离子水中； 0019 加入表面改性剂对所述氧化石墨烯进行表面改性； 0020 超声分散形成均匀的增强体溶液。 0021 可选地， 所述表面改性剂为聚羧酸系减水剂， 聚羧酸系减水剂与氧化石墨烯的质 量比为1:1。 0022 可选地， 所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 所述混合溶液中的丙烯酸单体与 N。

12、,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5。 0023 可选地， 所述引发剂为过硫酸铵， 过硫酸铵与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为 5:1。 0024 可选地， 所述聚合温度为6080。 0025 可选地， 所述第一搅拌速度为8001200转/分， 所述第二搅拌速度为200400转/ 分。 0026 如上所述， 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法具有如下技 术效果： 0027 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶通过在增强体和丙烯酸单体的混合溶 液中加入交联剂和引发剂， 经原位聚合法制得， 其中， 增强体为经表面改性的氧化石墨烯， 在混合溶液中， 氧化石墨烯的。

13、质量占比为0.011； 交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 混合溶液中的丙烯酸单体与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5； 引发剂为 过硫酸铵， 与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 该氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶 利用氧化石墨烯的优异力学性能和超强吸附能力有效地改善了聚丙烯酸水凝胶的力学性 能， 同时使得复合水凝胶具有更强的吸附能力和生物相容性等， 使复合凝胶有更广的应用。 0028 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法， 采用成本较低的聚羧酸 系减水剂作为表面改性剂对氧化石墨烯进行表面改性， 将表面改性后的氧化石墨烯均匀分 散在去离子水中， 并加入。

14、丙烯酸单体以及交联剂和引发剂， 通过原位聚合反应形成具有高 吸水性能的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶。 该方法只需控制反应体系的搅拌速度和原 位聚合反应的温度以及恒温时间， 就可完成氧化石墨烯和丙烯酸单体的原位聚合。 该方法 工艺简单， 操作方便， 成本低廉、 无毒且适于批量化生产。 附图说明 0029 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点， 附图是示意性的而不应理 解为对本发明进行任何限制， 在附图中： 0030 图1显示为本发明实施例二提供的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法 说明书 2/5 页 4 CN 110790856 A 4 的流程图。 0031 图2显示为根据实施。

15、例二的方法制得的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶图片。 0032 图3显示为根据实施例三的方法制得的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶图片。 0033 图4显示为根据实施例四的方法制得的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶图片。 具体实施方式 0034 为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发明实施例 中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是 本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域技术人员在没 有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。 0035 实施例一 0036 。

16、本实施例提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶， 该氧化石墨烯/聚丙烯酸复 合水凝胶通过在增强体和丙烯酸单体的混合溶液中加入交联剂和引发剂， 经原位聚合法制 得， 其中， 0037 增强体为经表面改性的氧化石墨烯， 并且在增强体和丙烯酸单体的混合溶液中， 氧化石墨烯的质量占比为0.011； 0038 交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 增强体和丙烯酸单体的混合溶液中的丙烯酸单 体与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5； 0039 引发剂为过硫酸铵， 与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 0040 本实施例的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶利用氧化石墨烯的优异力学性能和。

17、 超强吸附能力有效地改善了聚丙烯酸水凝胶的力学性能， 同时似的复合水凝胶具有更强的 吸附能力和生物相容性等， 使复合凝胶有更广的应用。 0041 实施例二 0042 本实施例提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法， 如图1所示， 该 方法包括以下步骤： 0043 将增强体分散在去离子水中制备增强体溶液； 0044 向所述增强体溶液中加入丙烯酸单体， 以第一搅拌速度进行搅拌， 得到混合均匀 的增强体/丙烯酸单体的混合溶液； 0045 向所述混合液中加入交联剂， 以第二搅拌速度进行搅拌， 形成反应体系； 0046 向所述反应体系中加入引发剂， 将所述反应体系升温至聚合温度并恒温24小 时。

18、， 完成聚合反应制得所述氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶； 0047 其中， 所述增强体为氧化石墨烯， 在增强体/丙烯酸单体的混合溶液中， 所述氧化 石墨烯的质量占比为0.011； 所述第一搅拌速度大于所述第二搅拌速度。 0048 在本实施例的优选实施例中， 具体步骤如下： 0049 1)称取7.2毫克氧化石墨烯， 将其分散于40毫升去离子水中， 然后加入7.2毫克聚 羧酸减水剂对氧化石墨烯进行表面改性， 超声分散形成均匀的氧化石墨烯溶液； 该氧化石 墨烯为通过改性Hummers法所得的氧化石墨烯。 0050 2)向上述氧化石墨烯溶液中加入14.4克丙烯酸单体， 室温下以800转/分的转速进 行。

19、搅拌确保混合均匀， 得到氧化石墨烯/丙烯酸混合溶液； 说明书 3/5 页 5 CN 110790856 A 5 0051 3)向上述混合液中加入32毫克的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 保持400转/分的 转速快速搅拌， 然后快速将160毫克引发剂过硫酸铵加入到反应体系， 升温至聚合温度70 ， 恒温3小时充分进行原位聚合反应制得复合水凝胶。 0052 如图2所示， 本实施例得到的上述氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的外观呈果冻 状， 氧化石墨烯无析出、 絮集。 经测试， 该氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的断裂伸长率为 122， 溶胀吸水倍率为307克/克。 0053 实施例三 0054 本实。

20、施例同样提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法， 该方法的 具体步骤如下： 0055 1)将7.2毫克改性Hummers法所得氧化石墨烯分散于20毫升去离子水中， 加入7.2 毫克聚羧酸减水剂对氧化石墨烯进行表面改性处理， 超声分散形成均匀的氧化石墨烯溶 液； 0056 2)向所述氧化石墨烯溶液中加入7.2克丙烯酸单体， 室温下以1000转/分的转速搅 拌确保混合均匀， 得到氧化石墨烯/丙烯酸混合溶液； 0057 3)向上述混合液中加入20毫克的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 保持300转/分的 转速快速搅拌， 然后快速将100毫克引发剂过硫酸铵加入到反应体系， 升温至聚合温度65。

21、 ， 恒温4小时， 充分进行原位聚合反应制得复合水凝胶。 0058 如图3所示， 本实施例得到的上述氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的外观呈果冻 状， 氧化石墨烯无析出、 絮集。 经测试， 该氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的断裂伸长率为 137， 溶胀吸水倍率为323克/克。 0059 实施例四 0060 本实施例同样提供一种氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法， 该方法的 具体步骤如下： 0061 1)将72毫克改性Hummers法所得氧化石墨烯分散于40毫升去离子水中， 加入72毫 克聚羧酸减水剂， 对氧化石墨烯进行表面改性处理， 超声分散形成均匀的氧化石墨烯溶液； 0062 2)向所述。

22、氧化石墨烯溶液中加入14.4克丙烯酸， 室温下以1200转/分的转速搅拌 确保混合均匀， 得到氧化石墨烯/丙烯酸混合溶液； 0063 3)向上述混合液中加入32毫克的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 保持200转/分的 转速快速搅拌， 然后快速将160毫克引发剂过硫酸铵加入到反应体系， 升温至聚合温度70 ， 恒温2小时， 充分进行原位聚合反应制得复合水凝胶。 0064 如图4所示， 本实施例得到的上述氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的外观呈果冻 状， 氧化石墨烯无析出、 絮集。 经测试， 该氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的断裂伸长率为 130， 溶胀吸水倍率为314克/克。 0065 上述实施。

23、例二到实施例四得到的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶均具有更好的 吸水性、 力学性能以及吸附能力和生物相容性。 0066 综上， 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶及其制备方法具有如下技术效 果： 0067 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶通过在增强体和丙烯酸单体的混合溶 液中加入交联剂和引发剂， 经原位聚合法制得， 其中， 增强体为经表面改性的氧化石墨烯， 说明书 4/5 页 6 CN 110790856 A 6 在混合溶液中， 氧化石墨烯的质量占比为0.011； 交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺， 混合溶液中的丙烯酸单体与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为:100:0.10.5； 。

24、引发剂为 过硫酸铵， 与N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为5:1。 该氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶 利用氧化石墨烯的优异力学性能和超强吸附能力有效地改善了聚丙烯酸水凝胶的力学性 能， 同时似的复合水凝胶具有更强的吸附能力和生物相容性等， 使复合凝胶有更广的应用。 0068 本发明的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶的制备方法， 采用成本较低的聚羧酸 系减水剂作为表面改性剂对氧化石墨烯进行表面改性， 将表面改性后的氧化石墨烯均匀分 散在去离子水中， 并加入丙烯酸单体以及交联剂和引发剂， 通过原位聚合反应形成具有高 吸水性能的氧化石墨烯/聚丙烯酸复合水凝胶。 该方法只需控制反应体系的搅拌速度和原 位聚合反应的温度以及恒温时间， 就可完成氧化石墨烯和丙烯酸单体的原位聚合。 该方法 工艺简单， 操作方便， 成本低廉、 无毒且适于批量化生产。 0069 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效， 而非用于限制本发明， 本领域 技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型， 这样的修改和 变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 110790856 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 110790856 A 8 图3 图4 说明书附图 2/2 页 9 CN 110790856 A 9 。