摘 要

水凝胶因其具有良好的力学性能、保水性、吸附性等，无论是在生物医学工程，还是在农业土建和工业及生活污水处理领域，水凝胶材料都因为其可观的多功能性受到了极大的关注。传统水凝胶由于其机械性能较差，不足以支持社会行业发展的需求，近年来各种改性凝胶以及新型凝胶的研发引起了研发人员的兴趣。其中，自2004年后，氧化石墨烯作为纳米填料制备水凝胶，因其改善了传统凝胶性能单一、机械性能差的缺点，受到了许多科研人员的钟爱。

本文使用Hummers法制备成功了具有优良性能的氧化石墨烯，然后以KPS作为引发剂，AA为单体用自由基共聚法制备了PAA/GO-BIS纳米复合凝胶和PAA/GO/-BIS纳米复合凝胶。探讨了改变氧化石墨烯含量对凝胶力学性能的影响，研究结果表明其机械性能随着GO含量的增加也变得更好。通过引入发现由于新的相互作用的出现，使得凝胶的韧性变得更强。这说明纳米填料能够很好的改善水凝胶的性能，使之成为更加优质的材料，拓宽了水凝胶的应用领域，非常具有研究意义。

关键词: 氧化石墨烯 机械性能 水凝胶 丙烯酸

Preparation and Properties of multi-cross-linked PAA/GO

nano-composite Hydrogel

Abstract

The hydrogel because of its good mechanical properties, water retention, adsorption, etc., whether in the biomedical engineering, or in the field of agriculture and wastewater treatment, water gel materials because of its considerable versatility received great attention. Due to the poor mechanical properties of traditional hydrogels, they are not able to support the development of the social industry. In recent years, various modified gels and the development of new gels have attracted the interest of researchers. Among them, since 2004, graphene oxide as nanometer packing water gel preparation, because of its improved the performance of the single traditional gel, the poor mechanical properties, loved by many researchers.

This article uses the Hummers method for the preparation of graphene oxide, and KPS as crosslinking agent, AA as monomers by free radical copolymerization of the PAA/GO-BIS nano composite gel and PAA/GO/-BIS nano composite gel. The effect of the content change of GO on the mechanical properties of gels was investigated. By introducing , it was found that the new interaction made the gel more resilient. This shows that nano-fillers can improve the properties of hydrogels, make them more high-quality materials, broaden the application field of hydrogels, and have great research significance.

Key Words: graphene oxide; mechanical properties; hydrogels; acrylic acid

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 水凝胶的特性 1

1.2.1 力学性能 1

1.2.2 环境敏感性 2

1.2.3 自愈合性 2

1.3 水凝胶的制备工艺 2

1.4 氧化石墨烯水凝胶 3

1.4.1 石墨烯的简介 3

1.4.2 氧化石墨烯的结构 4

1.4.3 氧化石墨烯的制备 4

1.4.4 氧化石墨烯纳米复合水凝胶的研究现状 5

1.4.5 本文研究内容 5

第二章 实验部分 6

2.1 实验原料 6

2.2 实验主要仪器及设备 6

2.3 实验过程 7

2.3.1 氧化石墨烯的制备 7

2.3.2 0.05 mol/L的溶液的制备 7

2.3.3 PAA/GO纳米复合水凝胶的制备 7

2.3.4 PAA/GO/纳米复合水凝胶的制备 8

2.4 相关测试表征 9

2.4.1 压缩强度测试 9

2.4.2 拉伸性能测试 9

2.4.2 傅里叶红外光谱测试 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 杂化交联PAA/GO-BIS纳米复合水凝胶的形成 10

3.2 杂化交联PAA/GO/-BIS纳米复合水凝胶的形成 10

3.3 红外分析图 10

3.4 压缩强度 11

3.5 拉伸性能 13

3.6 加后压缩对比 14

第四章 结论与展望 15

参考文献 16

致谢 19

第一章 绪论

1.1 引言

水凝胶是由聚合物网络和水构成，是一种具有三维空间网络结构^[1,3]的亲水性高分子聚合物，无论是在生物医学工程，还是在农业和污水处理领域，因为水凝胶^[2]材料具有非常可观的多功能性而受到了研究人员的极大关注。然而，对于水凝胶的应用各个领域都有不同的标准和要求，尽管这些标准跟要求不尽相同，但是总的来说，要想水凝胶能够很好地应用某个领域的话，其就必须具备特别优秀的性能。可是就目前的传统化学交联的水凝胶的机械强度低、自愈合性能差、难以进行二次加工^[3]。因此，怎么样研发出高强度韧性或良好热力学性能等一系列优良性能的水凝胶以及对性能比较差的传统化学交联凝胶进行改性使其性能变得能够达到各行业的标准受到了不少科学家的青睐。

由于大部分水凝胶的应用需要较高的机械强度、抗疲劳和可恢复性，传统凝胶面临着巨大挑战^[4]。于是，在传统凝胶的性能上加以及改进的高性能凝胶不断出现。例如，拓扑型水凝胶、复合水凝胶、大分子微球复合水凝胶、无机杂化凝胶、双网络结构水凝胶^[5,6]、疏水缔合水凝胶、均一链结构水凝胶和氧化石墨烯水凝胶等等。这些水凝胶的性能各有优势，被广泛应用在不同的领域。

1.2 水凝胶的特性

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