[发明专利]粒子表面改性的方法

说明书

本发明涉及使用微波反应器引发粒子和表面处理剂之间的反应以制备官能化粒子的方法。

背景技术

例如，如果某些粒子与周围的基质材料(通常为有机聚合物)相容，那么包含这些粒子(例如金属氧化物粒子)的复合材料可为人们所用。存在一种通过对粒子表面进行化学改性而实现相容性的技术。

已知一些对粒子完成表面改性的技术。例如，可使水解的烷氧基硅烷与粒子表面的羟基基团反应，从而提供硅烷官能化粒子。这些表面改性反应均在间歇反应器系统中完成，反应温度等于或低于溶剂溶液(例如，水和乙醇的混合物)的沸点，反应时间从2小时至最长约24小时不等。对于这种表面改性方法，冗长的反应时间使得制造成本居高不下。过高的成本限制了官能化粒子的经济用途。

发明内容

本发明提供经改进的生产官能化粒子的方法。在一个方面，本发明提供制备官能化粒子的方法，该方法包括：

在初始温度下提供给料(feedstock)，所述给料包含：

粒子，

与粒子有反应性的表面处理剂，

溶剂；以及

在小于60分钟的时间内将所述给料暴露在微波辐射下以加热所述给料，并使所述粒子与所述表面处理剂反应以提供所述官能化粒子。

本文所用的描述本发明各方面的各种术语应当理解为与本领域技术人员已知的含义相同。应澄清的是，某些术语应理解为具备本文示出的含义。

“有机基质”是指聚合物材料或聚合物材料的前体(例如单体或低聚物)。

“微波”是指位于电磁波谱内、波长在1毫米到1米之间的一种电磁能形式，对应的频率为100至5,000MHZ。

“基本对称的粒子”是指长度、宽度和高度的测量值基本相同、并且平均纵横比大约为1的相对对称的粒子。

如本文所用，用端点表述的数值范围包括包含在该范围的所有数值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.8、4和5)。

如本文所包括，除非上下文明确地指出，假定不定冠词“一个”或“一种”之后的名词单数形式涵盖该名词的复数形式。

除非另外指明，否则在所有的情况下，说明书以及权利要求中所用的表示量或成分、性质的量度等等的所有数字都应理解为受词语“约”来修饰。因此，除非有相反的说明，否则上述说明书以及所附权利要求中给出的数字参数是近似值，其可用本发明的教导，随本领域的技术人员想要达到的理想性能而变化。至少，各数值参数至少应当根据报道的有效位数并应用惯常的四舍五入法来理解。虽然，阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值，但是在具体实例中所列出的数值则尽可能精确地报告。然而，任何数值均固有地包含因在其各自的测试测量值中存在的标准偏差而必然造成的误差。

附图说明

参照附图描述本发明的实施例，其中实施例的部件视为等同于附图标号，相同的附图标号表示相同的部件。

图1为根据本发明实施例的连续微波反应器系统的示意图。

本领域的技术人员在进一步考虑本发明剩余部分(包括具体实施方式、实例和所附权利要求书)所描述的实施例的基础上将会理解本发明的特征。

具体实施方式

本发明提供采用一种或多种表面处理剂与未经处理粒子表面上的官能化基团反应，从而制备官能化粒子的方法。所谓“反应的”，是指表面处理剂与未经处理粒子表面上的官能化基团通过共价键、离子键、氢键等发生的相互作用。本发明的方法有利于反应物快速转化，使粒子与表面处理剂能够迅速反应从而提供官能化粒子(包括微粒和纳米粒子)；与以前用于粒子表面处理的合成方法相比，需要的时间更短。本发明的方法采用密闭容器对反应组分进行微波加热，通过这样的方式加快官能化粒子制备过程中的反应速度。

在本发明一些实施例中，粒子为基本对称的微粒或纳米粒子。例如，基本对称的粒子包括那些基本为球形、立方体形等形状的粒子。在其他实施例中，本发明中可用的粒子并非在三个空间量度都对称。此类非对称粒子可为(例如)类似针形或椭圆形，其中每个粒子均包括纵向轴线和横向轴线，其中纵向轴线长于横向轴线。换言之，基本对称粒子的典型表现为长度、宽度和高度基本相等，而非对称粒子的空间测量值中至少有一者大于或小于另外两者。