一種聚乙烯醇-氧化石墨烯納米複合水凝膠的製備方法與流程

2023-10-23 05:35:17

本發明屬於材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯醇-氧化石墨烯納米複合水凝膠的製備方法。

背景技術：

凝膠可以定義為不溶於任何溶劑的具有三維網狀結構的高分子及其溶脹體。高分子凝膠是由高分子與溶劑組成一個高分子三維網絡體系，體系具有親溶劑性，能在溶劑中溶脹，但不溶解。高分子凝膠一般可分為以水為溶劑的高分子水凝膠和以有機溶劑為溶劑的高分子液凝膠兩類。高分子水凝膠由於分子結構中含有大量親水基團，因而可以吸收自身重量幾百倍甚至幾千倍的水，而且保水能力也很強，即使在加壓的情況下也不易脫水。由於含水量高，大多數的水凝膠具有優異的生物適應性。作為高分子吸水性材料，可以廣泛應用於食品、土建、石油化工、農林園藝、醫療衛生等方面。

聚乙烯醇（簡稱 PVA），是由醋酸乙烯酯聚合成聚醋酸乙烯酯，後經鹼催化醇解而得的水溶性聚合物.。聚乙烯醇的物理性質受化學結構、醇解度、聚合度的影響。PVA 纖維拉伸度高，有良好的耐酸、耐鹼、耐乾熱性能；PVA 易成膜，其膜的機械性能優良，膜的拉伸強度隨聚合度、醇解度升高而增強。由於 PVA 毒性很低，無刺激性，日本和美國等已批准用於醫藥和食品工業。在我國，非纖維用途也日益增長，目前有些產品已被用在特定的場合，起到了重要的作用，例如滌綸的上漿、印刷塗料紙的加工、以及電影電視等某些產品的生產等方面都應用了聚乙烯醇。由於分子鏈上含有大量側基——羥基，聚乙烯醇具有良好的水溶性，此外，它還具有良好的成膜性、粘接力和乳化性，以及卓越的耐油脂和耐溶劑性能。因此，聚乙烯醇廣泛地用作粘合劑（鑄造型芯粘合劑，無紡布粘合劑，顏料粘合劑）、造紙用塗飾劑和施膠劑、紡織漿料、陶瓷工業中的暫時性粘合劑、乳液聚合的乳化劑和保護劑、製備鋼的淬火液、化妝品、油田化學品及汽車安全玻璃。

PVA水凝膠的合成根據交聯機制可以分為物理交聯法，化學交聯法和輻射交聯法三種。物理交聯目前報導中使用最多的是「反覆冷凍解凍法」和「凍結部分脫水法」，通過物理交聯得到的水凝膠物理機械性能有很大的改善，交聯過程可逆，但是透光性不好。可通過改變溶劑類型或使用混合溶劑等方法來改善。日本Hyon等人用水和DMSO有機溶劑，通過冷凍處理得到透光率高的PVA水凝膠。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明旨在提供一種聚乙烯醇-氧化石墨烯納米複合水凝膠的製備方法。

一種聚乙烯醇-氧化石墨烯納米複合水凝膠的製備方法，步驟如下：

將聚乙烯醇加入到去離子水中，在95°C的水浴攪拌加熱2h配置成聚乙烯醇水溶液，然後與GO水溶液相混合，混合液中氧化石墨烯含量為2 wt%，氧化石墨烯片層大小分別為100μm，溶液混合後85°C下磁力攪拌至形成均勻混合物，攪拌時間為10h將混合物澆注於模具中，放入冰箱冷凍成型，冷凍溫度為-25°C，時間為20h，然後將試樣取出，室溫下放置2~4h解凍，冷凍解凍循環次數為8，最終獲得的水凝膠通過冷凍乾燥方法進行乾燥。

本發明中水凝膠的製備採用的是反覆冷凍解凍法。凝膠的形成是以分子鏈間的接觸交聯為前提。PVA水溶液經冷凍處理，高分子鏈間必然形成了某種類似於交聯網絡的結構。處於常溫下的PVA水溶液，分子鏈運動速度很快，鏈間彼此接觸時間很短，故難以形成較為穩定的結構。冷凍處理降低了分子鏈運動速度，大分子鏈間有較長的接觸時間，從而使得鏈間羥基間有機會形成氫鍵締合結構，該結構亦可以看作是一種鏈間凝聚纏結點，其作用相當於交聯網絡中的交聯點。這種交聯點一旦形成，在一定條件下是穩定的，它的解體需要吸收較大的能量。將冷凍凝膠在室溫下融化後，該結構仍能保持。將融化後的凝膠再次冷凍處理，即是在已形成纏結結構的鏈上有可能形成新的纏結點，這樣經過反覆凍結後，即形成不溶於水卻可在水中溶脹的PVA凝膠。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

一種聚乙烯醇-氧化石墨烯納米複合水凝膠的製備方法，步驟如下：

將聚乙烯醇加入到去離子水中，在95°C的水浴攪拌加熱2h配置成聚乙烯醇水溶液，然後與GO水溶液相混合，混合液中氧化石墨烯含量為2 wt%，氧化石墨烯片層大小分別為100μm，溶液混合後85°C下磁力攪拌至形成均勻混合物，攪拌時間為10h將混合物澆注於模具中，放入冰箱冷凍成型，冷凍溫度為-25°C，時間為20h，然後將試樣取出，室溫下放置2~4h解凍，冷凍解凍循環次數為8，最終獲得的水凝膠通過冷凍乾燥方法進行乾燥。