一种介孔碳酸钙纳米颗粒及其制备方法与复合材料技术

本发明专利技术涉及材料科学技术领域，本发明专利技术提供了一种介孔碳酸钙纳米颗粒及其制备方法与复合材料。该碳酸钙纳米颗粒由无定型碳酸钙和碳酸钙晶粒复合而成，所述碳酸钙纳米颗粒具有介孔结构，所述介孔尺寸为2nm～50nm。该碳酸钙纳米颗粒的制备方法如下：将氯化钙供体完全溶解在有机溶剂中，然后加入刻蚀剂，混合均匀得到溶液I1；将装有I1的开放容器置于装有碳酸氢氨的密闭容器中，反应过程中碳酸氢氨过量，静置反应3～10天，得到反应物I2；将I2依次进行离心、洗涤和干燥处理，得到产物I3。该碳酸钙纳米颗粒与聚合物混合制成高强度、高韧性的复合材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种介孔碳酸钙纳米颗粒及其制备方法与复合材料


[0001]本专利技术涉及材料科学
，尤其涉及一种介孔碳酸钙纳米颗粒及其制备方法与复合材料。

技术介绍

[0002]碳酸钙是许多贝壳类生物的主要无机组分，其与胶原蛋白形成的复合结构材料具有优异的机械性能。模拟这种复合结构对于人工合成轻量化高性能复合材料具有重要的启发意义。理解和掌控碳酸钙的生物矿化过程显得尤为重要。碳酸钙纳米粉体作为一种常规的纳米增强添加剂，对于聚合物机械性能的增强效应十分有限，且强度和韧性的增强经常不可兼得，主要是因为碳酸钙和聚合物之间的作用力为静电、氢键和疏水等弱作用力。因此，如何增强碳酸钙和聚合物之间的相互作用成为提升复合材料机械性能的关键性挑战。
[0003]在水溶液中使用共沉淀法制备的碳酸钙颗粒一般是结晶态，不存在强稳定剂的情况下很难以无定型态稳定存在，无法创造强的有机/无机相互作用力。使用气相扩散法在乙醇溶液中可以制备无定型碳酸钙纳米颗粒，这种无定型特性为其进一步复合、结晶和成型创造了条件，但在不存在介孔刻蚀剂或造孔剂的情况下，难以形成具有介孔结构的碳酸钙纳米颗粒。因此，如何开发新的合成方法制备具有介孔结构的碳酸纳米颗粒具有很大的挑战性。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种介孔碳酸钙纳米颗粒及其制备方法，并将该介孔碳酸钙纳米颗粒用作纳米增强添加剂与聚合物分子链形成咬合结构，以提升复合材料的强度和韧性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种介孔碳酸钙纳米颗粒，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有介孔结构，所述介孔碳酸钙纳米颗粒由无定型碳酸钙和碳酸钙晶粒复合而成。
[0006]优选地，所述介孔尺寸为2nm～20nm。
[0007]优选地，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有圆球形貌，所述碳酸纳米颗粒的尺寸为50nm～200nm。
[0008]本专利技术还提供一种上述介孔碳酸钙纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
[0009](a)将氯化钙供体完全溶解在有机溶剂中，然后加入刻蚀剂，混合均匀得到溶液I1，所述溶液I1中含有氯化钙、刻蚀剂及少量水；
[0010](b)将装有I1的开放容器置于装有碳酸氢氨的密闭容器中，反应过程中碳酸氢氨过量，静置反应3～10天，得到反应物I2；
[0011](c)将I2依次进行离心、洗涤和干燥处理，得到产物I3；
[0012]所述氯化钙供体由水和氯化钙组成；
[0013]所述有机溶剂选自极性溶剂和质子性溶剂。
[0014]优选地，所述溶液I1中氯化钙的浓度在0.001mol/L～3mol/L，所述溶液I1中刻蚀剂
的浓度在0.001mol/L～5mol/L。
[0015]优选地，所述氯化钙供体选自氯化钙和水的混合物、二水氯化钙、四水氯化钙、六水氯化钙中的一种或多种。
[0016]优选地，所述刻蚀剂选自磷酸酯、硅酸酯、磷酸盐、硅酸盐中的一种或多种。
[0017]优选地，所述刻蚀剂选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、磷酸二氢纳、磷酸铵、磷酸二氢钾、硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂中的一种或多种。
[0018]优选地，所述有机溶剂选自甲醇、无水乙醇、正丙醇、正丁醇、乙二醇、丙酮中的一种或多种。
[0019]本专利技术还提供一种复合材料，该复合材料由上述介孔碳酸钙纳米颗粒与聚合物制备而成。
[0020]有益效果
[0021]本专利技术提出的介孔碳酸钙纳米颗粒由无定型碳酸钙和碳酸钙晶粒复合而成，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有明显的介孔结构和高的比表面积，还具有纳米圆球形貌。所述介孔碳酸钙纳米颗粒与聚合物复合，并通过水化结晶过程原位咬合聚合物分子链形成高强度、高韧性的复合材料，在该过程中，所述无定型碳酸钙结晶成碳酸钙晶体，该碳酸钙晶体与聚合物分子链形成含咬合结构的复合材料，该复合材料能够用于伤口修复、可以显著促进伤口愈合。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，构成本专利技术的一部分的说明书附图仅用来提供对本申请的进一步理解，并不构成对本申请的不当限定。
[0023]图1是本专利技术介孔碳酸钙纳米颗粒的扫描电镜图；
[0024]图2是本专利技术介孔碳酸钙纳米颗粒的透射电镜图；
[0025]图3是本专利技术介孔碳酸钙纳米颗粒与对照无孔碳酸钙纳米颗粒的BET图；
[0026]图4是本专利技术介孔碳酸钙纳米颗粒的高分辨透射电镜图；
[0027]图5是本专利技术介孔碳酸钙纳米颗粒的红外光谱图；
[0028]图6是本专利技术介孔碳酸钙纳米颗粒的拉曼光谱图；
[0029]图7是本专利技术复合膜材料的高分辨透射电镜图和对应的元素分布图；
[0030]图8是本专利技术复合膜材料与对照材料的强度与韧性测试图；
[0031]图9是本专利技术复合膜材料与对照材料的抗弯曲疲劳性能测试图；
[0032]图10是本专利技术复合膜材料与对照材料的伤口修复性能测试图。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施方式对本专利技术提供技术方案中的技术特征作进一步清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0035]本专利技术中的词语“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本专利技术实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本专利技术的范围之外。
[0036]另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0037]本专利技术提出一种介孔碳酸钙纳米颗粒，该介孔碳酸钙纳米颗粒由无定型碳酸钙和碳酸钙晶粒复合而成，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有介孔结构，所述介孔的尺寸大小在[2nm，20nm]区间内。所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有圆球形貌，所述介孔碳酸纳米颗粒的尺寸大小在[50nm，200nm]区间内，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有较高的颗粒的形状、大小均一性。
[0038]介孔材料是指孔径大小在[2nm，50nm]区间内的固体材料，本专利技术提出的介孔碳酸钙纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介孔碳酸钙纳米颗粒，其特征在于，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有介孔结构，所述介孔碳酸钙纳米颗粒由无定型碳酸钙和碳酸钙晶粒复合而成。2.如权利要求1所述的介孔碳酸钙纳米颗粒，其特征在于，所述介孔尺寸为2nm～20nm。3.如权利要求1所述的介孔碳酸钙纳米颗粒，其特征在于，所述介孔碳酸钙纳米颗粒具有圆球形貌，所述碳酸钙纳米颗粒的尺寸为50nm～200nm。4.如权利要求1至3任一所述的介孔碳酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将氯化钙供体完全溶解在有机溶剂中，然后加入刻蚀剂，混合均匀得到溶液I1，所述溶液I1中含有氯化钙、刻蚀剂及水；(b)将装有I1的开放容器置于装有碳酸氢氨的密闭容器中，反应过程中碳酸氢氨过量，静置反应3～10天，得到反应物I2；(c)将I2依次进行离心、洗涤和干燥处理，得到产物I3；所述氯化钙供体由水和氯化钙组成；所述有机溶剂选自极性溶剂和质子性溶剂。5.如权利要求4所述的介孔碳酸钙纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何前军，王英帅，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：