采用反復冷凍-解凍法制備了聚乙烯醇( PVA) /明膠/氧化石墨烯(
GO) 納米復合水凝膠。采用原子力顯微鏡、紅外光譜、X 射線衍射、掃描電鏡等表征GO 及納米復合水凝膠的結構與性能，研究了GO用量對水凝膠的結構、形貌、力學及溶脹性能的影響。結果表明，GO在聚合物基體中分散均勻，能有效提高水凝膠的力學性能，加入0．7% GO，拉伸強度與壓縮強度分別提高了近46%與22% ，隨 GO用量增加，溶脹度呈先上升后下降的趨勢，并且堿性條件時的溶脹度大于弱酸性時的溶脹度。說明GO與明膠、聚乙烯醇之間形成了較強的氫鍵相互作用。
聚乙烯醇( PVA)與天然高分子復合水凝膠具有良好的生物相容性、可生物降解性及無毒等優(yōu)良性能; 物理交聯(lián)形成的 PVA 復合水凝膠，因未使用化學交聯(lián) 劑，在生物醫(yī)學、組織工程中有著很好的應用前景。明膠是一種價廉且可再生的天然高分子，具有良好的成膜性、生物相容性和可降解性，明膠與 PVA可以通過物理或化學形成水凝膠，其水凝膠的響應性及生物相容性得到提升，能更好地適用于生物醫(yī)
學領域。但往往由于力學性能欠佳而限制其應用。將納米粒子與水凝膠復合制備納米復合水凝膠是改善水凝膠力學性能及溶脹性能的有效途徑。氧化石墨烯是近年來興起的一種優(yōu)良的納米材料，具有良好的力學性能、熱性能及巨大的比表面積，表面有大量羥基、羧基與環(huán)氧基，良好的水分散性，能顯著提高復合
材料的力學性能與熱穩(wěn)定性。但是，關于 GO 改性聚乙烯醇/明膠水凝膠的研究還未見報道。本文采用循環(huán)凍融法制備了 PVA /明膠/GO 納米復合水凝膠，并研究了水凝膠的結構和性能。
實驗部分1． 1氧化石墨烯的制備：采用改進的 Hummers 法制備。在冰水浴下，將 2 g 天然鱗片石墨，1 g NaNO3 在攪拌下緩慢加入到 50 mL 濃硫酸中，攪拌均勻，再緩慢加入 6 g 高錳酸鉀，控制反應溫度在 5 ℃以下反應 3 h，再 35 ℃ 攪拌反應 2 h。然后滴加 92 mL 的去離子水，高溫反應 0. 5 h，控制 反應溫度不超過 85 ℃，然后加 60 ℃去離子水 80 mL，攪拌均勻，加30%的雙氧水，直至無氣體產(chǎn)生，溶液變成亮黃色。抽濾，洗滌，透析至中性，冷凍干燥。取適量氧化石墨配成濃度為 4 mg /mL的溶液，使用超聲波破碎儀連續(xù)超聲30min，制得均勻的氧化石墨烯溶液。 1． 2 PVA /明膠/GO 復合水凝膠的制備：將聚乙烯醇于 90 ℃ 溶解后，加入 4mg /mL 的 GO 溶液，得到 PVA 質量分數(shù)為 10% 的 GO 混合液; 明膠于 50 ℃攪拌溶解，得到明膠質量分數(shù)為 10% 的溶液。然后將兩溶液按質量比4∶ 1混合，攪拌均勻，使用超聲波破碎儀連續(xù)超聲40 min，靜**泡，轉入模具，在 － 20 ℃冷凍 10 h，25 ℃解凍3 ～ 5 h，反復 3 次循環(huán)，制
得 GO 質量分數(shù)分別為0． 1% ～ 1． 2% 的 PVA /明膠/ GO 復合水凝膠。固定 GO 質量分數(shù)為0． 5% ，制備凍 融循環(huán)次數(shù)分別為 1，3，5，7 次的復合水凝膠。將凝 膠切成約 5 mm × 5 mm × 3 mm 的薄片，50 ℃干燥至恒 量。樣品記為 P4G1Gm ( m 代表 GO 質量分數(shù)) 。將 聚乙烯醇與明膠溶液按質量比4∶ 1直接混合，同樣方 法制得 PVA /明膠水凝膠。1． 3 水凝膠的性能測定溶脹性能測定: 準確稱取一定質量的干凝膠放置于指定溫度、不同 pH 的溶液中，每隔一定時間取出，用濾紙輕輕吸干表面水分，迅速稱量，直至凝膠的質量基本不變。
結論：
采用循環(huán)凍融法制備了 PVA /明膠/GO 納米復合水凝膠。水凝膠呈多孔結構，明膠與 PVA 之間存在較 強的相互作用; GO 均勻分散于 PVA /明膠基體中，與 聚合物基體間存在較強的分子間氫鍵相互作用，對水凝膠的力學性能及溶脹度有較大影響; GO 的引入，提高了凝膠的拉伸與壓縮強度，溶脹度呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，并表現(xiàn)出一定的pH 敏感性。這種可降解的水凝膠預期在生物醫(yī)學領域有較好的應用前景。
