[发明专利]一种杂原子掺杂聚合物为壳的核壳结构纳米材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种杂原子掺杂聚合物为壳的核壳结构纳米材料及其制备方法；该方法是在搅拌条件下，采用温和的反应温度(10～50℃)，将芳胺和通式I所示化合物溶于水中，加入作为核的纳米颗粒或纳米乳液并使其均匀分散在此水溶液体系中加入氨水溶液，搅拌均匀；加入醛，经过醛与通式I所示化合物生成席夫碱，芳胺再与生成的席夫碱加成，以杂原子掺杂聚合物为壳、纳米微球或纳米颗粒为核的材料逐渐形成，再经离心、干燥，得到目标材料。利用此方法制备所得的核壳结构纳米颗粒核壳结构明显，核壳之间亲和性好，壳层厚度均匀并且可调控，材料分散性好、产量大，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米新材料技术领域，具体涉及一种杂原子掺杂聚合物为壳的核壳结构纳米材料及其制备方法。

背景技术

核壳结构的纳米材料既具备核和壳层材料的性能，又具有复合材料的特有性能，受到人们的广泛关注。以有机聚合物壳层包覆有机物纳米微球制成的核壳结构纳米材料，在相转变、药物控释等方面有较多应用；而有机聚合物壳层包覆无机纳米微球或纳米颗粒制备的核壳结构纳米材料，兼具无机材料的热稳定性、机械强度以及有机聚合物材料的易加工性、灵活性等，不仅能够提高无机纳米核与其它高分子材料复合时的相容性，而且能够有效阻止无机纳米粒子因其高表面能而造成的流失、团聚现象。例如：使用有机聚合物壳层包覆磁性核材料制备磁性复合材料，可应用于电子学、生物医学、食品卫生等领域；使用有机聚合物壳层包覆氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃材料，可应用于聚合物材料的阻燃改性；使用有机聚合物壳层包覆二氧化硅，可用于对高分子材料的改性，提高材料强度、弹性、耐磨耐候性、抗紫外线老化和热老化性；使用有机聚合物包覆相变储能材料，可解决相分离、相变材料的流动及腐蚀等问题，改善其应用性能；使用有机聚合物包覆纳米炭黑，可提高纳米炭黑在聚合物中的相容性及分散性，提高材料强度等性能。但有机聚合物包覆仍存在一定问题，如过高的包覆反应温度影响乳液体系的稳定性，从而影响对无机或有机材料的包覆；高的包覆反应温度使用于炭黑等纳米粒子分散的分散剂脱吸附，使需要分散的炭黑等纳米粒子聚集趋势增大，制得的包覆炭黑粒径大、耐热稳定性差，同时，脱落的分散剂对反应体系也带来负面影响；还有，有机聚合物的制备过程复杂，有机原料的价格高，反应过程的可控性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、条件温和、反应快速、成本低廉的杂原子掺杂聚合物为壳的核壳结构纳米材料的制备方法；该方法是在搅拌条件下，采用温和的反应温度(10～50℃)，将芳胺和通式I所示化合物溶于水中，加入作为核的纳米颗粒或纳米乳液并使其均匀分散在此水溶液体系中，加入醛，在经过醛与通式I所示化合物生成席夫碱，芳胺再与生成的席夫碱加成，以杂原子掺杂聚合物为壳、纳米微球或纳米颗粒为核的材料逐渐形成，再经离心、干燥，得到目标材料。利用此方法制备所得的核壳结构纳米颗粒核壳结构明显，核壳之间亲和性好，壳层厚度均匀并且可调控，材料分散性好、产量大。

具体的，本发明所述的杂原子掺杂聚合物为壳的核壳结构纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在10～50℃条件下，将芳胺、通式I所示化合物溶解于水中，其中通式I所示化合物为：

R¹选自H,NH₂；

R²选自H,COOH,SO₃H,B(OH)₂,OPO(OH)₂,Cl,OCH₃,CN,OH,SH,NO₂；

(2)向上述体系中加入待包覆的纳米核，搅拌至体系均匀颗粒完全分散；

(3)向上述体系中加入氨水溶液，搅拌均匀；

(4)向上述溶液中加入醛，搅拌反应，得到核壳结构纳米材料。