一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法技術

本發明專利技術屬于碳納米復合材料制備技術領域，涉及一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法。具體步驟為：首先分別引入一種含碳和含氮化合物，經水熱反應后得到石墨烯量子點，再將該量子點溶液與水溶性聚合物單體混合，加入引發劑與交聯劑混合均勻后，轉移至模具中，在較低溫度條件下(0～30℃)反應一段時間(30s～24h)后制備得到水凝膠。本發明專利技術水凝膠的制備方法與傳統方法相比反應條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應較短時間后即得水凝膠。所制得的水凝膠具有優良的機械性能和熒光性能。

Method for preparing high strength hydrogel with fluorescent property

The invention belongs to the technical field of preparation of carbon nanometer composite materials, and relates to a preparation method of a high strength hydrogel with fluorescent property. The specific steps are as follows: firstly the introduction of a carbon containing and nitrogen-containing compounds, graphene quantum dots obtained by hydrothermal reaction, and then the quantum dot solution and water soluble polymer monomers, initiator and crosslinking agent are mixed evenly, transfer to the mold, at lower temperatures (0 to 30 DEG C) reaction time (30s ~ 24h) after preparation of hydrogel. Compared with the traditional method, the preparation method of the hydrogel of the invention has the advantages of mild reaction condition, simple process and no need of high temperature deoxygenation, and the hydrogel is obtained after a short reaction time. The prepared hydrogels exhibit excellent mechanical properties and fluorescence properties.

【技術實現步驟摘要】
一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法
本專利技術屬于碳納米復合材料制備
，涉及一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法。
技術介紹
水凝膠是以水或者生物體液為介質,在溶脹時能夠保持一定的水分,而不被溶解的一類交聯高分子材料，一般具有網狀交聯結構,可用于可控藥物釋放,并且在生物粘附、生物相容、生物降解等研究領域有廣闊的應用前景。目前，水凝膠的制備方法有很多，常規方法是將單體溶液體系中加入適量的引發劑和交聯劑，進一步通過除氧，通入惰性氣體等步驟，在較高溫度條件下(50～60℃)，經過較長反應時間(15～36h)后才能形成性能較好的水凝膠。
技術實現思路
本專利技術利用水熱合成的石墨烯量子點溶液助引發凝膠體系，使其在低溫下可較快凝膠化，形成性能良好的水凝膠。與傳統方法相比，本專利技術水凝膠的制備方法反應條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應較短時間后即得水凝膠，所制得的水凝膠具有優良的機械性能和熒光性能。本專利技術的目的是為了實現在低溫下能夠快速合成具有熒光性能良好的水凝膠。本專利技術提供了一種簡單的制備方法，所述方法包括以下步驟：1)分別引入一種含碳和含氮化合物溶液混合超聲至分散均勻狀態。經過高溫水熱處理，制得熒光性能優良的石墨烯量子點溶液(GQDS)。2)配制一定濃度的聚合物單體溶液(1～8mol/L)，均勻混入一定量的上述GQDS溶液，超聲10～30s至均勻狀態，再將一定量的引發劑與交聯劑加入單體溶液體系中，超聲混合均勻后將溶液轉移至不同的模具中。3)將混合溶液體系在較低溫度條件下(0～30℃)反應一段時間(30s～24h)后制備得到水凝膠。優選地，步驟1)中所述的含碳化合物為乙二醇、檸檬酸、檸檬酸鈉、葡萄糖、殼聚糖、氧化石墨烯中的任意一種；優選地，步驟1)中所述的含氮化合物為乙二胺、對苯二胺、尿素、四甲基乙二胺、三聚氰胺中的任意一種；優選地，步驟1)中所述的含碳化合物與含氮化合物反應的摩爾濃度比為50：1～1：100；優選地，步驟1)步驟1)中所述的高溫水熱處理的溫度為90～300℃，反應時間為0.5～12h；優選地，步驟2)中所述的聚合物單體為丙烯酸、丙烯酰胺、氮異丙基丙烯酰胺中的任意一種；優選地，步驟2)中所述的所加的石墨烯量子點的體積為2μL～5mL，進一步優選為50μL～2mL；優選地，步驟2)中所述的引發劑為偶氮二異丁腈(AIBN)、過硫酸胺(APS)、過硫酸鉀(KPS)中的任意一種；優選地，步驟2)中所述的交聯劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)；優選地，步驟2)中所述的引發劑與交聯劑的單體百分含量分別為0.1wt％～1wt％和0.03wt％～0.5wt％；本專利技術基于自由基水溶液聚合方法，加入引發劑交聯劑后，利用石墨烯量子點促進其在低溫下較快凝膠化，本專利技術水凝膠的制備方法與傳統方法相比反應條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應較短時間后即得水凝膠。所制得的水凝膠具有優良的機械性能和熒光性能。附圖說明圖1是本專利技術量子點水溶液在不同波長光激發下的熒光光譜圖。圖2是不同濃度GQDS制備的聚丙烯酰胺水凝膠壓縮曲線。圖3是不同條件下制備的聚丙烯酸(a)和聚氮異丙基丙烯酰胺(b)水凝膠拉伸曲線。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。本專利技術提供了一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法，包括：利用水熱合成的石墨烯量子點溶液助引發凝膠體系，使其在低溫下可較快凝膠化，形成性能良好的水凝膠，本專利技術水凝膠的制備方法與傳統方法相比反應條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應較短時間后即得水凝膠。所制得的水凝膠具有優良的機械性能和熒光性能。下面結合附圖對本專利技術的應用原理作詳細的描述。實施例1將1g的尿素與由10mL的乙二醇溶液混合超聲至分散均勻狀態。經過210℃，5h的高溫水熱處理，得到上層發藍色熒光的石墨烯量子點溶液(GQDS)(圖1)。配制一定單體濃度為4mol/L，即單體質量為2.84g的丙烯酰胺溶液，加入20μL的第一步制得的GQDS溶液,超聲10-20s至均勻狀態，0.5wt％引發劑KPS與0.1wt％交聯劑MBA隨后加入凝膠單體體系。超聲15s后將均勻的混合溶液轉移至不同的模具中。將凝膠體系放置在30℃溫度狀態中，經過5h后，形成熒光性能良好的淡藍色聚丙烯酰胺水凝膠，經測試，該凝膠樣品壓縮95％強度為23MPa(圖2)。對比例1為比較石墨烯量子點溶液(GQDS)對凝膠體系影響，此對比例未添加GQDS，配制一定單體濃度為4mol/L，即單體質量為2.84g的丙烯酰胺溶液，超聲10-20s至均勻狀態，0.5wt％引發劑KPS與0.1wt％交聯劑MBA隨后加入凝膠單體體系。超聲15s后將均勻的混合溶液轉移至不同的模具中。將凝膠體系放置在30℃溫度狀態中，經過5h后，反應體系仍為流體狀態，未生成聚丙烯酰胺水凝膠。實施例2將0.5g的尿素與由1.053g的檸檬酸在10mL高純水混合超聲至分散均勻狀態。經過180℃，4h的高溫水熱處理，得到上層發藍紫熒光的石墨烯量子點溶液(GQDS)(圖1)。配制一定單體濃度為3mol/L的丙烯酸溶液，加入100μL的第一步制得的GQDS溶液，超聲10-20s至均勻狀態，0.5wt％引發劑KPS與0.1wt％交聯劑MBA隨后加入凝膠單體體系。超聲15s后將均勻的混合溶液轉移至不同的模具中。將凝膠體系放置在20℃溫度狀態中，經過20h后，形成熒光性能良好的淡藍色聚丙烯酸凝膠，經測試，該凝膠樣品最高斷裂強度為0.42MPa，斷裂伸長率為3000％(圖3a)。實施例3將500μL的乙二胺與由10mL的乙二醇溶液混合超聲至分散均勻狀態。經過180℃，4h高溫水熱處理，得到上層為藍紫熒光的石墨烯量子點溶液(GQDS)。配制一定單體濃度為4mol/L的氮異丙基丙烯酰胺溶液，加入100μL的第一步制得的GQDS溶液,超聲10-20s至均勻狀態，0.5wt％引發劑APS與0.1wt％交聯劑MBA隨后加入凝膠單體體系。超聲15s后將均勻的混合溶液轉移至不同的模具中。將凝膠體系放置在25℃溫度狀態中，經過3h后，形成熒光性能良好的藍紫色聚氮異丙基丙烯酰胺凝膠，經測試，該凝膠樣品最高斷裂強度為0.23MPa，斷裂伸長率為1800％(圖3b)。實施例4將1mL的乙二胺與1.053g的檸檬酸在9mL高純水溶液混合超聲至分散均勻狀態。經過150℃，2h的高溫水熱處理，得到上層發淡紫色熒光的石墨烯量子點溶液(GQDS)。配制一定單體濃度為4mol/L，即單體質量為2.84g的丙烯酰胺溶液，加入400μL的第一步制得的GQDS溶液,超聲10-20s至均勻狀態，0.5wt％引發劑KPS與0.1wt％交聯劑MBA隨后加入凝膠單體體系。超聲15s后將均勻的混合溶液轉移至不同的模具中。將凝膠體系放置在35℃溫度狀態中，經過10h后，形成力學性能良好的淡紫色聚丙烯酰胺凝膠。以上所述僅是本專利技術的優選實施方式，應當指出，對于本
的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下，做出的某些改進和潤飾也應視為本專利技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法，其特征在于：利用水熱合成的石墨烯量子點溶液助引發凝膠體系，使其在低溫下可較快凝膠化，形成性能良好的水凝膠。具體實驗步驟按照以下實驗流程進行：1)分別引入一種含碳和含氮化合物溶液混合超聲至分散均勻狀態。經過高溫水熱處理，制得熒光性能優良的石墨烯量子點溶液(GQDS)。2)配制一定濃度的聚合物單體溶液(1～8mol/L)，均勻混入一定量的上述GQDS溶液，超聲10～30s至均勻狀態，再將一定量的引發劑與交聯劑加入單體溶液體系中，超聲混合均勻后將溶液轉移至不同的模具中。3)將混合溶液體系在較低溫度條件下(0～30℃)反應一段時間(30s～24h)后制備得到水凝膠。

【技術特征摘要】
1.一種具有熒光性能的高強度水凝膠的制備方法，其特征在于：利用水熱合成的石墨烯量子點溶液助引發凝膠體系，使其在低溫下可較快凝膠化，形成性能良好的水凝膠。具體實驗步驟按照以下實驗流程進行：1)分別引入一種含碳和含氮化合物溶液混合超聲至分散均勻狀態。經過高溫水熱處理，制得熒光性能優良的石墨烯量子點溶液(GQDS)。2)配制一定濃度的聚合物單體溶液(1～8mol/L)，均勻混入一定量的上述GQDS溶液，超聲10～30s至均勻狀態，再將一定量的引發劑與交聯劑加入單體溶液體系中，超聲混合均勻后將溶液轉移至不同的模具中。3)將混合溶液體系在較低溫度條件下(0～30℃)反應一段時間(30s～24h)后制備得到水凝膠。2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟1)中所述的含碳化合物為乙二醇、檸檬酸、檸檬酸鈉、葡萄糖、殼聚糖、氧化石墨烯中的任意一種。3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟1)中所述的含氮化合物為乙二胺、對苯二胺、尿素、四甲基乙二胺、三聚氰胺中的任意一種。4.如權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉佳奇，羅巧梅，王健春，鄭婷婷，左霞，
申請(專利權)人：首都師范大學，
類型：發明
國別省市：北京,11