[发明专利]用于分离金刚石颗粒簇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于分离金刚石的颗粒簇的方法，且具体地涉及微米和纳米尺寸的金刚石颗粒簇。本发明还涉及用于分离金刚石颗粒的官能化的方法，且具体地涉及分离微米和纳米尺寸的金刚石颗粒的官能化。

背景技术

金刚石颗粒，包括金刚石纳米颗粒或纳米金刚石，具有在各种各样应用中的潜在用途，包括镀覆、润滑油、抛光、对金属表面的涂层剂、磨料和生物医学装置。

纳米金刚石可由在密闭容器中具有负氧平衡的炸药的爆炸来制造。这些爆炸纳米金刚石具有通常在1-50nm范围内的颗粒尺寸，且具体地易于结块，形成紧密聚集的二次颗粒或簇。

纳米金刚石和微米尺寸的金刚石颗粒也可通过高温和高压(HTHP)方法合成。这些金刚石颗粒通常具有lnm-1000微米范围内的粒径。纳米或微米尺寸的金刚石颗粒的可替代来源包括通过HTHP方法和天然微米金刚石粉末形成的金刚石颗粒。这些金刚石颗粒也易于形成聚集的二次颗粒或簇的聚集。聚集的金刚石颗粒的尺寸变化广泛，但尺寸可高达微米的几个100s。

分离这些紧密聚集的纳米金刚石簇的已知方法是经由在水中的湿式搅拌介质磨(wet-stirred-media-milling)，其使用微米尺寸的珠粒以破碎聚集体且同时在水中分散它们。该方法已用于形成清澈的纳米金刚石的胶体溶液(Adv.Mater.2007，19，1201-1206)。该方法仅适用于在溶剂中的纳米金刚石分散剂的形成，由于干燥后纳米金刚石倾向于重新结块。

US2010/0298600描述了用于液相中纳米金刚石表面的化学官能化的方法。该方法在用酸处理之前使用类似于上述的湿式研磨方法。该方法尝试使用酸处理步骤使颗粒去聚集(de-aggregate)，其导致纳米金刚石表面上的羧酸基团的形成。没有在实际分裂(打散，break apart)纳米金刚石簇的方法中的步骤。此外，纳米金刚石表面上的羧酸基团的存在将实际促进干燥后纳米金刚石的聚集。

EP2535312描述了用于在溶液中分散纳米金刚石的方法。该方法包括在水性金属氢氧化物存在下的湿式研磨方法和化学结合来自金属氢氧化物溶液的金属离子和存在于纳米金刚石表面上的反应基团。例如存在于纳米金刚石表面上的羧酸基团可与金属氢氧化物反应以形成纳米金刚石金属盐，如下面反应1中所示，其中‘ND’用于表示纳米金刚石。

反应1ND-COOH+MOH→ND-COO^-M⁺+H₂O

通过金属离子取代氢原子，纳米金刚石颗粒之间的电斥力增加，改善溶液中纳米金刚石的可分散性和导致更好分散的较大离子直径。虽然该方法的确包括获得干纳米金刚石粉末的步骤，干燥后纳米金刚石的确倾向于重新聚集，但然后当与分散溶剂混合时重新分散。该方法也限于其中金刚石颗粒被金属官能化的纳米金刚石分散体，这可以限制纳米金刚石产物的最终用途。

期望提供用于将二次金刚石颗粒簇分离成离散颗粒的改善方法，前提条件是金刚石颗粒以干燥粉末形式及在溶液中被很好地分散。此外，期望提供纳米金刚石颗粒的表面官能化可改变以适应产物的最终用途的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，用于将具有直径小于或等于1.0mm的金刚石颗粒簇分离成离散金刚石颗粒和/或分离成含较少金刚石颗粒的较小簇的方法，包括以下步骤：

a)在至少一种溶剂中将金刚石颗粒簇与至少一种液相有机化合物或无机化合物，或者与至少一种有机化合物或无机化合物的溶液组合以形成反应混合物，其中至少一种有机化合物或无机化合物与存在于金刚石颗粒表面上的悬键(悬垂键，自由键，dangling bond)起反应；和

b)使用机械装置在反应混合物内将金刚石颗粒簇破碎成离散金刚石颗粒和/或破碎成含较少金刚石颗粒的较小簇；

其中步骤b)产生具有悬键在金刚石颗粒表面上的金刚石颗粒，且其中至少一种有机化合物或无机化合物与至少一些金刚石颗粒上的悬键起反应。