[发明专利]聚膦腈纳米管的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米材料技术领域的方法，具体是一种聚膦腈纳米管的表面改性方法。

背景技术

纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分，因此，纳米材料具有多种特点，出现了不同于常规的大块宏观材料的许多特殊性质。如纳米材料具有典型的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，从而导致其力学性能、磁性、介电性、超导、光学等性能均可发生改变，使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药等诸多领域具有十分重要的研究价值。当前纳米材料研究的趋势是，由随机合成过渡到可控合成；由纳米单元的制备，通过集成和组装制备具有纳米结构的宏观试样；由性能的随机探索发展到按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料。

纳米材料的表面基团会对纳米材料的各项性能产生很大影响，例如在聚合物中的分散性，和生物的相容性等，因此对纳米材料进行表面改性很有必要。功能化纳米管因其在生物标记、生物分离、生物诊断、生物催化和生物分子释放等生物领域的广泛应用引起了科研工作者的注意，而这些研究都是基于该类纳米管上有活性的基团，如羟基、醚氧基、酯基、氨基和羧基等，这些基团可以共价连接蛋白质、氨基酸和酶等生物分子。目前，对功能化碳纳米管(CNTs)在生物领域应用方面的关注度很高，虽然CNTs具有机械强度好，稳定性好等优点，然而其自身在表面改性方面存在着很大的局限性，反应困难，步骤繁多，不易于化学改性，极大的限制了其应用范围。

聚膦腈纳米材料是基于环交联型聚膦腈得到的一类新颖的有机无机杂化的微纳米材料，聚膦腈微纳米材料有着不同的形貌，其组成单元主要为有机成分，与各种高分子材料都有着良好的相容性和亲和力，相对于无机纳米材料有很多的优越性。而且聚膦腈微纳米材料还具备聚膦腈材料的易化学改性的优点，有望通过简单的亲核取代反应得到各种化学性质的表面。用聚膦腈微纳米材料来设计各种表面结构的纳米材料，有望得到比传统无机纳米粒子更好的化学易修饰性和生物相容性，这些独特的结构极大的拓展了聚膦腈纳米管的应用范围，在化学、生物化学、医药材料科学和生物材料科学等领域极大拓展纳米材料的开发和应用。

经对现有技术的文献检索发现，李永胜，刘莹，范晓雯等在中国专利“表面带有季胺基团的碳纳米管及其制备方法”(申请号200810034011.6)中提到，将碳纳米管经强酸氧化剂表面改性后，得到表面带有羧基的碳纳米管；它与卤化试剂作用，得到表面连接酰卤基团的碳纳米管；将二元胺与碳纳米管表面的酰卤基团作用，得到表面含有端氨基的碳纳米管；再将碳纳米管上的端氨基与烷基化试剂反应，得到表面含有季胺基团的碳纳米管。但其表面改性的步骤复杂，用到的试剂有较大的腐蚀性，改性得到的产物表面活性基团的含量不高，因此一种和聚合物的相容性好，表面改性容易，方法多样的新的有机无机杂化纳米材料的开发成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种聚膦腈纳米管的表面改性方法，步骤简单，方法容易，得到的表面改性聚膦腈纳米管性质稳定，形态结构规整，表面基团多样。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明将含活性羟基或含活性氨基的有机反应物在四氢呋喃中与氢化钠NaH在磁力搅拌下反应得到有机反应物的钠盐溶液，然后逐滴滴加到聚膦腈纳米管的四氢呋喃分散液中，经离心洗涤和干燥处理后得到表面改性的聚膦腈纳米管。

所述的含活性羟基的有机反应物为一缩二乙二醇单甲醚或乳酸乙酯等；

所述的含活性氨基的有机反应物为乙二胺或二正丁胺等；

所述的磁力搅拌为5～25小时；

所述的聚膦腈纳米管的四氢呋喃分散液是指：每克聚膦腈纳米管分散在体积大于等于50ml的四氢呋喃中。

所述的逐滴滴加是指：在磁力搅拌以及50℃环境下逐滴滴加后反应8～12小时，或在磁力搅拌以及50℃环境下逐滴滴加后，添加三乙胺并反应8～12小时。

所述的三乙胺的摩尔数为含活性氨基的有机反应物的摩尔数的三倍；

所述的离心洗涤是指：用离心机离心后用四氢呋喃和去离子水洗三次除去未反应物和盐。

所述的干燥处理是指：在50℃下真空烘箱中干燥24～48小时。

本发明通过上述方法制备得到的表面改性聚膦腈纳米管，为聚膦腈纳米管经过不同的化学试剂改性后的聚膦腈纳米管，其表面附着不同功能基团。