[发明专利]一种提高含有羟基的纳米材料分散性的酯化方法

说明书

本发明涉及一种提高含有羟基的纳米材料分散性的酯化方法，包括如下步骤：S1、将含有羟基的纳米材料前躯体和有机溶剂充分搅拌，混合均匀，得到混合溶液；S2、使步骤S1中的所述混合溶液加热充分预反应；S3、向步骤S2加热充分预反应后的溶液中加入酰卤，进一步反应，最终得到表面修饰的含有羟基的纳米材料。本申请通过酰卤对含有羟基的纳米材料进行表面改性后，所述含有羟基的纳米材料的分散性得到有效提升，经过改性的含有羟基的纳米材料在长时间外加电压通电条件下不会团聚，保持稳定，酯化修饰方法不会对纳米材料的结构造成大的影响，且该酯化修饰方法无需无水无氧的严苛条件。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种提高含有羟基的纳米材料分散性的酯化方法。

背景技术

近年来，随着纳米技术的卓越发展，纳米粒子不仅在工业方面得到应用，还逐渐走入民用领域，越来越多基于纳米材料的新产品出现在市场，应用的科学范畴涉及光、电、磁、生物等。然而纳米粒子的应用同样也存在着严峻的考验，即纳米粒子的团聚问题。其带来的最大的劣势就是纳米材料性能的降低，具体来说，纳米粒子的团聚使得纳米颗粒增长增大，从而影响纳米材料的效率及性能。除此之外，团聚问题还会影响纳米材料的储存和运输，从而大大缩短纳米材料的使用寿命，并且使用条件也会更加严苛。

纳米粒子团聚的原因可以归纳总结为以下几类：1、纳米粒子表面累积了大量电荷，在粒子表面聚集从而产生团聚；2、纳米粒子之间存在有氢键作用，导致粒子相互吸引发生团聚；3、纳米粒子之间的范德华力远高于纳米粒子本身的重力，从而导致互相吸引而团聚；4、纳米粒子的表面能过高而导致能量不稳定，从而易于团聚而趋于稳定状态；5、纳米粒子间的电荷转移、量子隧道效应及界面原子的耦合，会引起粒子在界面发生相互作用而团聚。通常解决纳米粒子团聚的方法从原理上可以划分为物理方法和化学方法。物理方法主要有去水处理、添加反絮凝剂、机械力分散、超声分散等，其优点在于不会改变纳米粒子的组成、结构和性质，但会存在纳米粒子在储运和使用过程中重新团聚的局限性。相较于物理方法，化学方法阻碍纳米粒子团聚主要是通过纳米粒子的表面修饰来改善其表面的化学性质从而提高纳米粒子在分散剂、增塑剂等介质中的分散性。主要有表面接枝反应法、酯化反应法、偶联剂法和气相沉积法等，其中尤以接枝反应法与酯化反应法居多，这两种方法主要原理均是与纳米材料表面的活性官能团(如羟基、羧基、氨基等)进行反应，从而达到表面修饰的目标。而对于表面以羟基为主的纳米材料，酯化反应法的应用比接枝反应法更多。并且相对于从聚合单体为原料的接枝修饰法，酯化反应可以精确控制表面修饰的有机链段长度，原因在于所修饰的链段，无论小分子或者低聚物都具有固定的长度。例如Polymer,2009,50,4552-4563，Dufresne等人通过在无水无氧条件对纤维素表面的羟基进行酯化反应接上不同长度的烷基链，从而提高其在有机相中的分散性，并且修饰后的纳米晶基本保持了原有形貌。Dufresne等人以不同链长的异氰酸酯为原料(Biomacromolecules,2009,10,425-432)，通过与羟基的酯化反应来修饰纳米材料，使其在丙酮中的分散性有了明显的提高。

可以看到，目前表面提高含有羟基的纳米材料分散性的主要策略是通过后酯化反应法对纳米粒子进行修饰，在这个过程中通常需要隔绝水和氧气，条件苛刻，步骤繁琐。此外，抑制纳米粒子在电场作用下的团聚依然还是挑战。

发明内容

本发明主要解决了纳米粒子酯化反应修饰方法的缺陷，提供一种提高表面有羟基的纳米材料分散性的方法，该方法是通过合成多羟基纳米材料的过程中直接对纳米粒子进行表面的酯化修饰，不仅成本低廉，工序简易，而且能够有效地在纳米粒子表面嫁接有机小分子，使得纳米粒子能够在长时间通电条件下不会发生团聚，极大地提高了该纳米材料的稳定性和使用寿命。

为实现上述目的，本申请提供了一种提高含有羟基的纳米材料分散性的酯化方法，包括如下步骤：S1、将含有羟基的纳米材料前躯体和有机溶剂充分搅拌，混合均匀，得到混合溶液；S2、使步骤S1中的所述混合溶液加热充分预反应；S3、向步骤S2加热充分预反应后的溶液中加入酰卤，进一步反应，最终得到表面修饰的含有羟基的纳米材料。