[發明專利]一種甲基纖維素－納米金剛石衍生物及其制備方法和用途

無效

• 申請號: 200710032856.7
• 申請日: 2007-12-26
• 公開（公告）號: CN101235091A
• 公開（公告）日: 2008-08-06
• 發明（設計）人: 浣石;柯剛;黃風雷;譚湘倩
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: C08B15/06
• 分類號: C08B15/06;C08K9/04;C10M159/00;C25D3/12;C08K3/04
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司
• 代理人: 馬麗麗

技術領域

本發明涉及一種衍生物，特別是涉及一種甲基纖維素-納米金剛石衍生物，以及該種衍生物的制備方法和用途，屬于天然高分子領域，也屬于納米材料領域。

背景技術

納米金剛石由于兼具金剛石本身的高硬度、耐磨性，納米材料的表面效應、量子尺寸效應，以及形貌規則、比表面積大、德拜溫度低、化學活性強等特性，因此在潤滑、超精拋光、表面工程等領域極具應用價值(鄒芹，王明智，王艷輝，金剛石與磨料磨具工程，2，54，2003；A.M.Stawer，N.V.Gubareva，Fizika?Goreniiai?Vzryva，20(5)，100，1984；陳鵬萬，惲壽榕，黃風雷，等，超硬材料與工程，3，1-5，1997；徐康，薛群基，化學進展，9(2)，201-208，1997)。如潤滑油中添加適量的超分散金剛石微粒，可使摩擦系數減小10-50％，磨損量減小1/3-1/4(張書達，季德鋼，宋蘭庭，工程機械，6，31，2005)。但是，納米金剛石比表面大，比表面能高，處于熱力學不穩定狀態，因此容易團聚為微米級，最終形成較大的塊狀聚集體而從潤滑介質中沉淀下來，從而喪失其作為納米粒子所具有的獨特功能。這是納米金剛石誕生二十多年來一直未能大量應用的重要原因。因此，如何有效改善納米金剛石在介質中的分散性，并增強其分散穩定性是一個急待解決的關鍵性問題。

為了從根本上改善納米金剛石在介質中的分散效果，得到具有水/有機可溶性、分散性好、長期穩定、粒徑小、粒徑分布窄的納米粒子，必須采取化學改性的方法，在分子水平上對納米金剛石進行修飾，合成出結構新穎的納米金剛石衍生物，從而削弱納米粒子的表面吸附作用，使納米粒子間的排斥作用能顯著增強，有效阻止納米粒子的重新聚集，突現納米金剛石在介質中的溶解和穩定分散。日本的Nakamura?T.等采用光化學等方法得到了氟化的納米金剛石，發現其摩擦系數降低到0.1，表面活化能減小(T.Nakamura，T.Ohana，M?Hasegawa，et?al，New?Diamond?and?Frontier?Carbon?Technology，15(6)，313-324，2005；T.Nakamura，M.Hasegawa，K.Tsugawa，et?al，Diamond?and?Related?Materials，15(4-8)，678-681，2006)。美國Rice大學的Liu?Y.等利用氟化的納米金剛石(含氟量為8.6at.％)進一步與烷基鋰、二元胺、氨基酸等化合物的親核取代反應，合成了一系列納米金剛石的共價衍生物，這些衍生物具有良好的有機溶劑溶解性，因而納米金剛石的團聚減少(Y.Liu，Z.N.Gu，J.L.Margrave，et?al，Chemistry?of?Materials，16(20)，3924-3930，2004)。但上述對納米金剛石進行的化學改性存在如下弊端：其一，小分子有機化合物，如氨基酸等的分子鏈較短，立體結構較簡單，因此在納米金剛石表面所產生的空間位阻效應有限；其二，制備條件較為苛刻，如納米金剛石的氟化過程需要使用Monel高強度耐腐蝕銅鎳合金反應容器，同時需采用成本昂貴的氦氣和氟氣，且氟氣使用不當容易發生危險，因而限制了這類改性方法的規模化應用。另外，由于一些化合物，如含苯環的有機物具有較強毒性，因而采用這類化合物修飾納米金剛石，其共價衍生物的毒性將導致環境問題。因此，選擇合適的物質，及新穎的化學改性方法對納米金剛石進行表面修飾顯得尤為緊迫和重要。

作為非離子型纖維素醚的典型代表，甲基纖維素于1912年首次研制成功，并于1923年開始工業規模生產，目前全球年產量約7萬噸，是最早研究和生產的纖維素醚衍生物之一(高潔，湯烈貴.纖維素科學.北京：科學出版社，1996)。甲基纖維素是纖維素的吡喃葡萄糖環中的羥基部分或全部被甲氧基取代的衍生物，屬無毒、生物相容、生物可降解、環境友好、價格低廉、用之不竭的天然可再生高分子材料(許冬生.纖維素衍生物.北京：化學工業出版社，2001)。隨取代度增加，甲基纖維素可依次溶于稀堿溶液、水、醇及烴等有機溶劑，目前已廣泛應用于高性能膜材料、醫藥、涂料、膠粘劑等領域。