[發明專利]一種防止納米粒子再團聚的新方法應用于制備納米粒子/聚合物基復合材料

無效

• 申請號: 201310190814.1
• 申請日: 2013-05-09
• 公開（公告）號: CN103418330A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 趙健;劉振生;喻慧
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B01J19/26
• 分類號: B01J19/26;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明提供了一種用RESS技術，將納米粒子瞬時直接噴入高分子基體的熔體并使納米粒子被包裹來阻止再團聚的新方法，屬于納米粒子的技術領域，主要用于制備納米粒子/聚合物基復合材料。?

二、技術背景

納米粒子是尺寸為納米級的超細材料，這樣的粒子具有量子效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子效應等，因而表現出許多特有的性質，在光學、電子、離子、機械、膜、保護涂層、催化劑、傳感器、生物等方面有著廣泛的應用。然而，由于納米粒子粒徑小，表面能大，處于熱力學非穩定態，易團聚，在基體材料中不易分散，導致其失去納米粒子的特性；尤其當填充量較大時，納米粒子的團聚現象更為嚴重，這些缺點極大的限制了它的應用。?

目前，解決這一難題的主要方法就是對納米粒子進行表面修飾。如用有機物洗滌、加分散劑等對納米粒子進行物理的包裹、吸附，進而達到阻止納米粒子的再團聚。還有通過對納米粒子的表面進行化學改性，使得納米粒子表面產生極性官能團或接枝有機的分子鏈，防止納米粒子的再團聚。而這些方法在洗滌劑的用量、成本消耗、分散劑的除去、納米粒子的完整性、工業化生產、溶劑殘留等方面存在有不同程度的缺陷。超臨界快速膨脹技術可有效地改善納米粒子的分散，但快速膨脹處理后的納米粒子很容易再團聚。?

為了克服上述現有技術的不足，本發明采用快速膨脹超臨界流體技術(RESS技術)，通過將含納米粒子的超臨界流體的懸浮液經微細噴管瞬間直接噴到高分子基體中，使得納米粒子團聚體和聚集束結構在強烈的高頻脈動剪切力的作用下被撕開。團聚體被破壞的納米粒子均勻的分散到基體中到并被包裹，進而實?現了納米粒子的均勻分散。含納米粒子的超臨界流體經噴嘴不斷噴出時，納米粒子處于極冷狀態，溫度很低。這時立即近距離將其隨氣流噴入到粘流溫度以上的高分子熔體中，導致熔體溫度陡降，高分子鏈被凍結，使被打散的納米粒子在極短時間內夾在這些被凍結的高分子鏈中，從而阻止納米粒子再團聚。該方法不需使用揮發性有機化合物、操作簡單、不破壞納米粒子的結構、且易于工業化，為納米粒子的分散及制備納米粒子/聚合物基復合材料開辟了新途徑。?

三、發明內容

為了解決納米粒子的再團聚問題，本發明提供了一種用RESS技術，將納米粒子均勻分散到聚合物基體中并被包裹來阻止再團聚的處理方法。?

具體實驗步驟為：?

A)稱取0～500mg納米粒子放入到1～500ml反應器里。?

B)連接好反應裝置，檢查氣密性，用超臨界組分的氣體排除反應器中的空氣，然后將溫度調到0～600℃甚至更高的溫度。?

C)將超臨界流體系統的通入到反應器里，加壓到0～30MPa甚至更高，混合0～300min甚至更長。?

D)將混合好的超臨界系統經過微細噴嘴快速噴入熔融狀態聚合物。?

E)冷卻后，取出樣品。?

在上述的試驗方法中，納米粒子可以是炭黑，活性炭，碳纖維，碳納米管，石墨烯，氧化鋁，二氧化鈦、二氧化硅、蒙脫土等任何納米粒子或混合納米粒子。?

在上述的試驗方法中，超臨界流體的系統組分為氮氣、二氧化碳、甲烷、乙烷或其它常溫下為氣體的化合物的一種或多種。?

在上述的試驗方法中，微細噴嘴的內徑為1～500μm。?

通過RESS處理的納米粒子分散于聚合物基體和RESS處理的納米粒子沒有?分散于聚合物基體的掃描電子顯微鏡照片對比，我們發現分到聚合物基體的納米粒子沒有發生再團聚，而且分散的很均勻。?

本發明具有操作簡單、不需使用揮發性有機化合物、不破壞納米粒子的結構、且易于工業化的優點。本發明通過將含納米粒子的超臨界流體的懸浮液經微細噴管直接噴到高分子基體中，使得納米粒子團聚體和聚集束結構在強烈的高頻脈動剪切力的作用下被撕開。團聚體被破壞的納米粒子均勻的分散到基體中到并被包裹，進而實現了納米粒子的均勻分散。含納米粒子的超臨界流體經噴嘴不斷噴出時，納米粒子處于極冷狀態，溫度很低。這時立即近距離將其隨氣流噴入到粘流溫度以上的高分子熔體中，導致熔體溫度陡降，高分子鏈被凍結，使被打散的納米粒子在極短時間內夾在這些被凍結的高分子鏈中，從而阻止納米粒子再團聚。這種處理方法為解決納米粒子的再團聚問題及制備納米粒子/聚合物基復合材料開辟了新途徑。?

四、附圖說明

圖1是RESS處理多壁碳納米管分散于熔融PMMA中的掃描電子顯微鏡照片。?

圖2是RESS處理多壁碳納米管的掃描電子顯微鏡照片。?