本發(fā)明屬于碳納米復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有熒光性能的高強(qiáng)度水凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

水凝膠是以水或者生物體液為介質(zhì),在溶脹時(shí)能夠保持一定的水分,而不被溶解的一類交聯(lián)高分子材料，一般具有網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu),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(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，水凝膠的制備方法有很多，常規(guī)方法是將單體溶液體系中加入適量的引發(fā)劑和交聯(lián)劑，進(jìn)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(jīng)過較長反應(yīng)時(shí)間(15～36h)后才能形成性能較好的水凝膠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明利用水熱合成的石墨烯量子點(diǎn)溶液助引發(fā)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(tǒng)方法相比，本發(fā)明水凝膠的制備方法反應(yīng)條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應(yīng)較短時(shí)間后即得水凝膠，所制得的水凝膠具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熒光性能。

本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)在低溫下能夠快速合成具有熒光性能良好的水凝膠。本發(fā)明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(tài)。經(jīng)過高溫水熱處理，制得熒光性能優(yōu)良的石墨烯量子點(diǎn)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(tài)，再將一定量的引發(fā)劑與交聯(lián)劑加入單體溶液體系中，超聲混合均勻后將溶液轉(zhuǎn)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(yīng)一段時(shí)間(30s～24h)后制備得到水凝膠。

優(yōu)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(yōu)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(yōu)選地，步驟1)中所述的含碳化合物與含氮化合物反應(yīng)的摩爾濃度比為50：1～1：100；

優(yōu)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(yīng)時(shí)間為0.5～12h；

優(yōu)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(yōu)選地，步驟2)中所述的所加的石墨烯量子點(diǎn)的體積為2μL～5mL，進(jìn)一步優(yōu)選為50μL～2mL；

優(yōu)選地，步驟2)中所述的引發(fā)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(yōu)選地，步驟2)中所述的交聯(lián)劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)；

優(yōu)選地，步驟2)中所述的引發(fā)劑與交聯(lián)劑的單體百分含量分別為0.1wt％～1wt％和0.03wt％～0.5wt％；

本發(fā)明基于自由基水溶液聚合方法，加入引發(fā)劑交聯(lián)劑后，利用石墨烯量子點(diǎn)促進(jìn)其在低溫下較快凝膠化，本發(fā)明水凝膠的制備方法與傳統(tǒng)方法相比反應(yīng)條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應(yīng)較短時(shí)間后即得水凝膠。所制得的水凝膠具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熒光性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明量子點(diǎn)水溶液在不同波長光激發(fā)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(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種具有熒光性能的高強(qiáng)度水凝膠的制備方法，包括：利用水熱合成的石墨烯量子點(diǎn)溶液助引發(fā)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，本發(fā)明水凝膠的制備方法與傳統(tǒng)方法相比反應(yīng)條件溫和，工藝簡單，無需高溫除氧條件下反應(yīng)較短時(shí)間后即得水凝膠。所制得的水凝膠具有優(yōu)良的機(jī)械性能和熒光性能。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

實(shí)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(tài)。經(jīng)過210℃，5h的高溫水熱處理，得到上層發(fā)藍(lán)色熒光的石墨烯量子點(diǎn)溶液(GQDS)(圖1)。配制一定單體濃度為4mol/L，即單體質(zhì)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(tài)，0.5wt％引發(fā)劑KPS與0.1wt％交聯(lián)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(zhuǎn)移至不同的模具中。將凝膠體系放置在30℃溫度狀態(tài)中，經(jīng)過5h后，形成熒光性能良好的淡藍(lán)色聚丙烯酰胺水凝膠，經(jīng)測試，該凝膠樣品壓縮95％強(qiáng)度為23MPa(圖2)。

對比例1

為比較石墨烯量子點(diǎn)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(zhì)量為2.84g的丙烯酰胺溶液，超聲10-20s至均勻狀態(tài)，0.5wt％引發(fā)劑KPS與0.1wt％交聯(lián)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(zhuǎn)移至不同的模具中。將凝膠體系放置在30℃溫度狀態(tài)中，經(jīng)過5h后，反應(yīng)體系仍為流體狀態(tài)，未生成聚丙烯酰胺水凝膠。

實(shí)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(tài)。經(jīng)過180℃，4h的高溫水熱處理，得到上層發(fā)藍(lán)紫熒光的石墨烯量子點(diǎn)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(tài)，0.5wt％引發(fā)劑KPS與0.1wt％交聯(lián)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(zhuǎn)移至不同的模具中。將凝膠體系放置在20℃溫度狀態(tài)中，經(jīng)過20h后，形成熒光性能良好的淡藍(lán)色聚丙烯酸凝膠，經(jīng)測試，該凝膠樣品最高斷裂強(qiáng)度為0.42MPa，斷裂伸長率為3000％(圖3a)。

實(shí)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(tài)。經(jīng)過180℃，4h高溫水熱處理，得到上層為藍(lán)紫熒光的石墨烯量子點(diǎn)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(tài)，0.5wt％引發(fā)劑APS與0.1wt％交聯(lián)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(zhuǎn)移至不同的模具中。將凝膠體系放置在25℃溫度狀態(tài)中，經(jīng)過3h后，形成熒光性能良好的藍(lán)紫色聚氮異丙基丙烯酰胺凝膠，經(jīng)測試，該凝膠樣品最高斷裂強(qiáng)度為0.23MPa，斷裂伸長率為1800％(圖3b)。

實(shí)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(tài)。經(jīng)過150℃，2h的高溫水熱處理，得到上層發(fā)淡紫色熒光的石墨烯量子點(diǎn)溶液(GQDS)。配制一定單體濃度為4mol/L，即單體質(zhì)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(tài)，0.5wt％引發(fā)劑KPS與0.1wt％交聯(lián)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(zhuǎn)移至不同的模具中。將凝膠體系放置在35℃溫度狀態(tài)中，經(jīng)過10h后，形成力學(xué)性能良好的淡紫色聚丙烯酰胺凝膠。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，做出的某些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。