本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用gamma射線預(yù)輻射方法，制備具有高彈高韌性能的氧化石墨烯/聚丙烯酰胺復(fù)合水凝膠的制備技術(shù)。

背景技術(shù)：

水凝膠是由三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和介質(zhì)共同組成的多元體系，具有良好的吸水、保水、生物相容性及其它智能特性，廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、牧、園藝、沙漠防治、醫(yī)療衛(wèi)生、生物醫(yī)藥、建筑、石油化工、日用化工、食品、電子和環(huán)保等領(lǐng)域。在某些領(lǐng)域中，要求水凝膠具有良好的機(jī)械性能。但大部分利用天然或合成材料制得的水凝膠機(jī)械性能都很差，尤其是在較高含水量時，機(jī)械性能顯著下降。機(jī)械性能下降的原因在于，由于缺乏有效的能量損耗機(jī)制，凝膠很難阻止裂紋擴(kuò)展。因此，為了獲得高韌性的凝膠，需要向凝膠中引入分子水平的損耗機(jī)制，目前的互傳網(wǎng)絡(luò)凝膠、拓?fù)淠z、納米復(fù)合凝膠、疏水締合凝膠等都是為此而開發(fā)的。

據(jù)文獻(xiàn)，對聚電解質(zhì)水凝膠進(jìn)行疏水性改性可以使粘性模量急劇增加，而彈性模量幾乎不變。的增加表明凝膠內(nèi)存在能量損耗機(jī)制，而這個機(jī)制就是在凝膠網(wǎng)絡(luò)中由疏水性單元相互聚集而形成的疏水性微區(qū)。游離的疏水單元和聚集的疏水單元之間處于動態(tài)平衡之中。拉伸時，如果斷裂能被疏水性單元的解聚所耗散，凝膠破裂就會避免。因此，疏水單元解聚的活化能越高，韌性就越好。但另一方面，疏水微區(qū)在本質(zhì)上也屬于物理交聯(lián)點，其在凝膠中的量不能多，否則很難實現(xiàn)高彈。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種gamma射線預(yù)輻射法制備高彈高韌氧化石墨烯/聚丙烯酰胺復(fù)合水凝膠的方法，通過該方法制備的凝膠，以氧化石墨烯為交聯(lián)點，從而具有較高的斷裂伸長率和斷裂強(qiáng)度，表現(xiàn)出高彈高韌的性能。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案得以實現(xiàn)：先將氧化石墨烯(GO)加入到去離子水中，超聲分散一定時間，形成GO均勻分散的水溶液；然后將GO水溶液置于gamma射線輻射場中輻照一定劑量。取出GO水溶液，加入到丙烯酰胺和其它單體的水溶液中，再加入亞硫酸氫鈉和水溶性偶氮鹽，在一定溫度下進(jìn)行聚合反應(yīng)，制備高彈高韌聚丙烯酰胺水凝膠。

本發(fā)明提供的一種gamma射線預(yù)輻射法制備高彈高韌氧化石墨烯/聚丙烯酰胺復(fù)合水凝膠的方法，具體步驟如下：

（1）首先，將GO加入到去離子水中，超聲分散20～60分鐘，形成質(zhì)量濃度為1～20%水溶液，GO尺寸在50～1000nm之間。將GO水溶液轉(zhuǎn)移到試管中，封管后置于gamma射線輻射場中，吸收劑量為5～200kGy。然后，取出試管。

（2）將丙烯酰胺和其它單體溶解到去離子水中，形成單體總質(zhì)量濃度為15～40%的單體水溶液。打開試管，取出一定量GO水溶液加入到單體水溶液中，單體總質(zhì)量是GO質(zhì)量的30～1000倍，攪拌形成均勻溶液。向溶液中充入高純氮氣（純度大于99.999%）以排除溶液中的氧氣。

其中，其它單體包括丙烯酸類、丙烯磺酸類、N-乙烯基吡咯烷酮類、N-取代丙烯酰胺類中的一種，或其中的幾種。另外，除單體丙烯酰胺外，其它單體質(zhì)量占單體總質(zhì)量的0～30%。

（3）最后，將溶液溫度降低到5～15℃，向溶液中加入亞硫酸氫鈉和水溶性偶氮鹽，亞硫酸氫鈉和水溶性偶氮鹽在溶液中的濃度分別為0.001～0.01%，保持溶液溫度不高于20℃，反應(yīng)2～10小時。然后，提高反應(yīng)溫度到40～50℃之間反應(yīng)1.5～3小時，得到高彈高韌水凝膠。

其中，所述的水溶性偶氮鹽，包括偶氮二異丁脒鹽酸鹽、偶氮二異丁咪唑啉鹽酸鹽、偶氮二異丙咪唑啉鹽酸鹽中一種，或其中的幾種。

采用本發(fā)明所述方法制備水凝膠，將凝膠裁成底面為正方形、邊長為3mm的長條，用萬能力學(xué)試驗機(jī)在25℃下進(jìn)行拉伸測試，夾具間距50mm，儀器量程設(shè)定為100N，測試速度100mm/min。凝膠斷裂伸長率大于700%，拉伸斷裂強(qiáng)度大于100kPa。

本發(fā)明方法工藝簡單，凝膠伸長率和強(qiáng)度高，克服了普通水凝膠機(jī)械性能差的缺陷。

具體實施方式

實施例1

將氧化石墨烯（GO)分散到去離子水中，配成質(zhì)量濃度為10%的水溶液，其中GO片層的平均尺寸在700nm。將水溶液轉(zhuǎn)移到小口玻璃容器中，把口密封起來。然后，放到60Co的gamma射線輻射場中，劑量率100Gy/min，吸收劑量50kGy。輻照結(jié)束，取出容器，置于15℃環(huán)境中保存、待用。

將丙烯酰胺25g和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5g溶解到100ml去離子水中，冰浴降溫到10℃，并用磁力攪拌器攪拌均勻。向溶液里面加入2.5g的GO水溶液，在維持溫度10℃和攪拌下向溶液中充入高純氮氣（純度大于99.999%），充氮30分鐘。

向溶液里面加入0.002g亞硫酸氫鈉和0.0015g偶氮二異丁脒鹽酸鹽，維持溫度不高于20℃條件下反應(yīng)5小時。然后，45℃溫水浴條件下反應(yīng)2小時。

將凝膠裁成底面為邊長為3mm正方形的長條，用萬能力學(xué)試驗機(jī)在25℃下進(jìn)行拉伸測試，夾具間距50mm，儀器量程設(shè)定為100N，測試速度100mm/min。凝膠斷裂伸長率825%，拉伸斷裂強(qiáng)度134kPa。

實施例2

將氧化石墨烯（GO)分散到去離子水中，配成質(zhì)量濃度為8%的水溶液，其中GO片層的平均尺寸在500nm。將水溶液轉(zhuǎn)移到小口玻璃容器中，把口密封起來。然后，放到60Co的gamma射線輻射場中，劑量率100Gy/min，吸收劑量100kGy。輻照結(jié)束，取出容器，置于15℃環(huán)境中保存、待用。

將丙烯酰胺25g和N-乙烯基吡咯烷酮2g、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸3g溶解到100ml去離子水中，冰浴降溫到15℃，并用磁力攪拌器攪拌均勻。向溶液里面加入0.5g的GO水溶液，在維持溫度15℃和攪拌下向溶液中充入高純氮氣（純度大于99.999%），充氮30分鐘。

向溶液里面加入0.0015g亞硫酸氫鈉和0.002g偶氮二異丁脒鹽酸鹽，維持溫度不高于20℃條件下反應(yīng)4小時。然后，45℃溫水浴條件下反應(yīng)1.5小時。

將凝膠裁成底面為邊長為3mm正方形的長條，用萬能力學(xué)試驗機(jī)在25℃下進(jìn)行拉伸測試，夾具間距50mm，儀器量程設(shè)定為100N，測試速度100mm/min。凝膠斷裂伸長率1210%，拉伸斷裂強(qiáng)度207kPa。

實施例3

將氧化石墨烯（GO)分散到去離子水中，配成質(zhì)量濃度為8%的水溶液，其中GO片層的平均尺寸在400nm。將水溶液轉(zhuǎn)移到小口玻璃容器中，把口密封起來。然后，放到60Co的gamma射線輻射場中，劑量率100Gy/min，吸收劑量80kGy。輻照結(jié)束，取出容器，置于15℃環(huán)境中保存、待用。

將丙烯酰胺25g和N-乙烯基吡咯烷酮3g、丙烯酸2g溶解到100ml去離子水中，冰浴降溫到15℃，并用磁力攪拌器攪拌均勻。向溶液里面加入0.6g的GO水溶液，在維持溫度15℃和攪拌下向溶液中充入高純氮氣（純度大于99.999%），充氮30分鐘。

向溶液里面加入0.001g亞硫酸氫鈉和0.002g偶氮二異丁脒鹽酸鹽，維持溫度不高于20℃條件下反應(yīng)3.5小時。然后，45℃溫水浴條件下反應(yīng)2小時。

將凝膠裁成底面為邊長為3mm正方形的長條，用萬能力學(xué)試驗機(jī)在25℃下進(jìn)行拉伸測試，夾具間距50mm，儀器量程設(shè)定為100N，測試速度100mm/min。凝膠斷裂伸長率760%，拉伸斷裂強(qiáng)度154kPa。