一种多功能纳米团簇的制备方法技术

一种多功能纳米团簇的制备方法，属于材料改性技术领域。包括以下步骤：将α‑ZrP分散于溶剂中；加入金属盐进行离子置换反应；滴加硅烷偶联剂继续反应得到KH550改性的功能性α‑ZrP；酸化处理碳材料，对碳材料进行酸化处理，得到酸化处理的碳材料；对酸化处理的碳材料由环氧改性剂E51进行环氧改性，得到epoxy‑C；将KH550改性的功能性α‑ZrP加入到epoxy‑C中反应;固相产物经分离、洗涤和烘干，得到多功能纳米团簇。具有良好的抗菌、负离子、导热、抗静电作用并且能表现出与聚合物基体良好的相容性而藉以满足对聚合物的功能化改性要求。

Method for preparing multifunctional nano cluster

The invention relates to a preparation method of a multifunctional nanometer cluster, belonging to the technical field of material modification. Including the following steps: a ZrP dispersed in the solvent; adding metal salts of ion exchange reaction; adding silane coupling agent to KH550 was obtained in modified functional alpha ZrP; acidification of carbon materials, carbon materials by acidification by carbon materials acidification; acidification treatment of carbon materials the epoxy modified epoxy modified agent E51, epoxy C; KH550 functional ZrP of alpha added to the epoxy C reaction; solid products after separation, washing and drying, get multifunctional nano clusters. It has good antibacterial, negative ion, heat conducting, antistatic, and good compatibility with polymer matrix, so as to meet the requirement of functional modification of polymer.

【技术实现步骤摘要】
一种多功能纳米团簇的制备方法
本专利技术属于材料改性
，具体涉及一种多功能纳米团簇的制备方法。
技术介绍
α-磷酸锆（α-ZrP）是一种层状磷酸盐，具有显著的特点，如高离子交换性能（7meq/g，MMT为1meq/g）、可控面积比、热和化学稳定性高，与其它层状纳米填充剂相比，更容易在聚合物基体中被插层或剥离，它被广泛地应用于催化剂、燃料电池、光化学、环境保护、阻燃剂等领域。然而，同大多数无机纳米粉体一样，α-ZrP由于表面含有大量的羟基基团，亲水性较强，与大多数疏水性热塑性聚合物不相容，很难均匀地分散在聚合物基体中，从而影响α-ZrP对高分子聚合物的阻燃和提高机械性能作用。因此对α-ZrP的有机改性是制备高分子无机复合材料前的关键一步。共价接枝改性则要求改性剂具有反应活性官能团如异氰酸酯、酰氯键等，这些基团可以与α-ZrP表面P-OH发生化学反应建立热稳定性较高的共价键，从而可以适用于进一步的加工，其中硅烷偶联剂类结构比较特殊，每个分子上含两种或多种不同的反应性基团，其中一个反应性基团为甲氧基或乙氧基，它可以与无机材料结合，如玻璃、金属、硅砂等；另外一种反应性基团为乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧或巯基等，可以与有机材料形成化学键合，硅烷偶联剂类改性剂可以在制备有机无机复合材料中起到很好的桥梁作用。碳材料主要包括碳纳米管、纳米碳黑、石墨等，碳材料具有良好的导电、导热性能，但是由于其表面基团含量较少很难对其进行改性，通过对其进行酸化处理可以使其表面富含基团，CN103451931A采用一种富含功能基团的碳纤维表面活性剂对碳纤维进行表面处理，经过处理后的碳纤维具有良好的亲油性，可以很好的分散在高分子聚合物基体中。CN104445134A利用一种环保型的结构导向剂，采用一锅水热法简单高效地完成对碳纳米管和石墨烯的表面改性，经过改性后的碳纳米管和石墨烯可以获得在高分子聚合物基体中的良好分散。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多功能纳米团簇的制备方法，由该方法制备的多功能纳米团簇具有良好的抗菌、负离子、导热、抗静电作用并且能表现出与聚合物基体良好的相容性而藉以满足对聚合物的功能化改性要求。本专利技术的任务是这样来完成的，一种多功能纳米团簇的制备方法，包括以下步骤：1）将α-ZrP分散于溶剂中；2）加入金属盐进行离子置换反应；3）滴加硅烷偶联剂继续反应得到KH550改性的功能性α-ZrP；4）酸化处理碳材料，对碳材料进行酸化处理，得到酸化处理的碳材料；5）对酸化处理的碳材料由环氧改性剂E51进行环氧改性，得到epoxy-C；6）将KH550改性的功能性α-ZrP加入到epoxy-C中反应;7）固相产物经分离、洗涤和烘干，得到多功能纳米团簇。在本专利技术的一个具体的实施例中，步骤1）中所述的溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷或N,N-二甲基甲酰胺，分散后α-ZrP的浓度为0.05~0.2g/ml。在本专利技术的另一个具体的实施例中，步骤1）中所述分散是指在室温条件下，超声并机械搅拌，机械搅拌的转速为200~800r/min，时间为20~50min；所述超声是指在室温条件下，超声功率为50~90W，时间为20~50min。在本专利技术的又一个具体的实施例中，步骤2）中所述的金属盐与步骤1）中所述的α-ZrP的摩尔比为1:10~1:40，所述置换反应的时间为6~18h。在本专利技术的再一个具体的实施例中，步骤3）中所述金属盐为硝酸银、硝酸铜、硫酸铜、氯化铜或氯化锗。在本专利技术的还有一个具体的实施例中，步骤3）中所述硅烷偶联剂的分子结构通式为KH550，硅烷偶联剂的滴加量与所述α-ZrP的质量比为0.5:1~2.0:1；滴加速率为0.1~1.5ml/min；所述继续反应的时间为3~8h。在本专利技术的更而一个具体的实施例中，步骤4）中所述碳材料为碳纳米管、炭黑或石墨。在本专利技术的进而一个具体的实施例中，步骤4）中所述的酸化处理为硝酸浓度为50wt%~80wt%，反应温度为60~100℃，反应的时间为12~48h。在本专利技术的又更而一个具体的实施例中，步骤5）中所述的酸化处理的碳材料进行环氧改性为酸化处理的碳材料与环氧改性剂E51的摩尔比为1:1~1:10，反应温度为60~80℃，反应时间为12~36h。在本专利技术的又进而一个具体的实施例中，步骤7）中所述的固相产物经分离是将固相产物与溶剂采用旋转蒸发仪分离；所述洗涤是先在质量%比浓度为90~98%的丙酮与水的混合溶液浸泡24~36h，然后用丙酮溶液清洗3~5次直至产物中无残留的反应原料；所述烘干为置于真空烘箱中，60~80°C，真空度0.05~0.1MPa条件下烘干24~36h。本专利技术提供的技术方案与现有技术相比具有下列优点：1、多功能性：以α-ZrP为载体，功能性金属盐发生离子交换，硅烷偶联剂为改性剂与经环氧官能团改性后的酸化处理的碳材料进行反应，制备了多功能一体的功能性纳米团簇，该纳米团簇具有可设计的功能，具有抗菌、负离子、导热、抗静电的作用。2、疏水性：该方法制备的多功能纳米团簇具有良好的疏水性，两种纳米材料均经过疏水化的改性，因此表现出于聚合物基体良好的相容性，可满足聚合物功能化改性的需求。附图说明图1为本专利技术多功能纳米团簇的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术的金属离子置换α-ZrP，外观为白色粉末，KH550改性α-ZrP为层状化合物，具有较好的抗菌性及发射负离子的能力；所述碳材料经酸化处理后表面富含官能团，经E51处理后碳材料表面富含环氧官能团；利用氨基与环氧基之间的化学反应，将具有抗菌、负离子的磷酸锆与导电、导热的碳材料相连形成具有导电、导热、抗菌、负离子的纳米团簇，且由于表面改性后盖纳米团簇具有良好的疏水性，可以较好的分散在聚合物基体中。本专利技术的多功能纳米团簇的制备方法的步骤如下：1）将α-ZrP分散于溶剂中，α-ZrP表面含有大量羟基基团，亲水性强，能够较好地分散于溶剂中，通过超声等作用可以促进α-ZrP的分散；2）加入金属盐溶液进行离子置换反应，α-ZrP具有很高的离子交换能力，具有功能性的金属离子很容易进入α-ZrP，形成具有功能性的α-ZrP；3）再滴加硅烷偶联剂继续反应，硅烷偶联剂中的硅氧基团遇水发生水解，生成反应活性较高的硅醇键Si-OH，Si-OH能够与α-ZrP片层上P-OH发生脱水缩合反应，在α-ZrP片层表面生成热稳定性较高的P-O-Si共价键，同时由于硅烷偶联剂分子中含有疏水性链段，当接枝率达到一定值时，可以将α-ZrP由亲水性材料变为疏水性材料，增大其与疏水性聚合物之间的相容性；4）利用强酸的强氧化性对碳材料进行酸化处理，使碳材料表面富含羟基、羧基方便后续进行功能化；5）利用环氧基改性剂E51对酸化的碳材料进行改性，制备表面具有环氧官能团的碳材料；6）将KH550改性的功能化的α-ZrP与环氧改性后的碳材料进行反应，制备具有多功能的纳米团簇；7）所述的纳米团簇经过多次洗涤，去除杂质，并置于真红烘箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能纳米团簇的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将α‑ZrP分散于溶剂中；2）加入金属盐进行离子置换反应；3）滴加硅烷偶联剂继续反应得到KH550改性的功能性α‑ZrP；4）酸化处理碳材料，对碳材料进行酸化处理，得到酸化处理的碳材料；5）对酸化处理的碳材料由环氧改性剂E51进行环氧改性，得到epoxy‑C；6）将KH550改性的功能性α‑ZrP加入到epoxy‑C中反应;7）固相产物经分离、洗涤和烘干，得到多功能纳米团簇。

【技术特征摘要】
1.一种多功能纳米团簇的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）将α-ZrP分散于溶剂中；2）加入金属盐进行离子置换反应；3）滴加硅烷偶联剂继续反应得到KH550改性的功能性α-ZrP；4）酸化处理碳材料，对碳材料进行酸化处理，得到酸化处理的碳材料；5）对酸化处理的碳材料由环氧改性剂E51进行环氧改性，得到epoxy-C；6）将KH550改性的功能性α-ZrP加入到epoxy-C中反应;7）固相产物经分离、洗涤和烘干，得到多功能纳米团簇。2.根据权利要求1所述的一种多功能纳米团簇的制备方法，其特征在于步骤1）中所述的溶剂为四氢呋喃、三氯甲烷或N,N-二甲基甲酰胺，分散后α-ZrP的浓度为0.05~0.2g/ml。3.根据权利要求1所述的一种多功能纳米团簇的制备方法，其特征在于步骤1）中所述分散是指在室温条件下，超声并机械搅拌，机械搅拌的转速为200~800r/min，时间为20~50min；所述超声是指在室温条件下，超声功率为50~90W，时间为20~50min。4.根据权利要求1所述的一种多功能纳米团簇的制备方法，其特征在于步骤2）中所述的金属盐与步骤1）中所述的α-ZrP的摩尔比为1:10~1:40，所述置换反应的时间为6~18h。5.根据权利要求1或4所述的一种多功能纳米团簇的制备方法，其特征在于步骤3）中所述金属盐为硝酸银、...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊海彬，朱美芳，周哲，杨新华，张林扬，周家良，
申请(专利权)人：苏州金泉新材料股份有限公司，东华大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32