CN113562736A - 一种表面功能化动态纳米线制备技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面功能化动态纳米线制备技术，包括以下步骤：将纳米二氧化硅表面先后修饰巯基与氨基，制备二元修饰纳米硅；然后在一定条件下，巯基反应产生动态共价键二硫键，并在剪切场下生成纳米线结构材料。本发明制备的纳米线具有氨基、巯基，因巯基的存在，在一定环境下会生成双硫键，是一种动态化学键，使得纳米线的分子重拍成为可能；本专利制备方法简单、生产效率高，制备出的二元修饰纳米线具有表面氨基与巯基结构，其中氨基使得材料在分散液中呈现弱碱性，而氨基与巯基本身具有很强的反应性，可以进一步修饰更多化学基团，衍生出很多物理与化学功能性。该材料在诸多产业领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体是一种表面功能化动态纳米线制备技术。
背景技术
纳米二氧化硅是极其重要的高科技超微细无机新材料之一，因其粒径很小，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高、分散性能好、热阻、电阻等方面具有特异的性能，以其优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内独具特性，有着不可取代的作用。纳米二氧化硅俗称“超微细白炭黑”，广泛用于各行业作为添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂，橡胶补强剂，塑料充填剂，油墨增稠剂，金属软性磨光剂，绝缘绝热填充剂，高级日用化妆品填料及喷涂材料、医药、环保等各种领域。
目前，纳米线性材料相关报道不多，主要包括静电纺丝技术、手性材料诱导技术、悬置法、沉积法、元素合成法等。本发明所使用制备工艺区别于传统的线性纳米材料制备技术；同时，本发明所给出的表面修饰有动态共价键以及氨基的线性纳米二氧化硅材料，其中氨基使得材料在分散液中呈现弱碱性，而氨基与巯基本身具有很强的反应性，可以进一步修饰更多化学基团，衍生出很多物理与化学功能性。该材料在诸多产业领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于，通过简单方法制备一种表面功能化动态纳米线制备技术。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种表面功能化动态纳米线制备技术，包括以下步骤：
S1：表面修饰氨基：将二氧化硅纳米粉体材料加入反应釜中，并加入醇类物质，加入巯基硅烷偶联剂，加入pH调节剂，反应2-6小时，制备表面巯基修饰纳米硅；
S2：表面修饰氨基：加入含氨丙基硅烷偶联剂，然后加入 pH调节剂，继续反应2-6小时，得到二元修饰纳米硅；
S3：生成动态共价键：将反应产物中的醇类以有机残留在蒸馏作用下清除，制备二元动态纳米硅；
S4：剪切场生成线性结构：将二元动态纳米硅在搅拌作用下加入去离子水，加入pH调节剂，在剪切场作用下作用下，得到二元动态纳米线；
S5：干燥处理生产纳米线粉体：用液氮冷冻，用冻干设备清除水溶剂，获得纳米线粉体。
优选的，所述步骤S1所使用纳米二氧化硅的平均尺度在 3-200nm。
优选的，所述步骤S1的醇类物质为乙醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇中的一种或几种。
优选的，所述步骤S1的醇类物质为异丙醇。
优选的，所述步骤S1中含巯基偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷，3-巯丙基三乙氧基硅烷，以及3-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。
优选的，所述步骤S1中含巯基偶联剂为3-巯丙基三乙氧基硅烷。
优选的，所述步骤S2中含氨基硅烷偶联剂，包括氨丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种。
优选的，所述步骤S4中所述剪切场为外搅拌力施加下对于纳米硅的作用，其时间为30分钟或30分钟以上。
优选的，所述步骤S1、S2、S4中pH调节剂所对应混合后反应体系的pH范围为2.0-13.0。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
将纳米二氧化硅表面先后修饰巯基与氨基，制备二元修饰纳米硅；然后在一定条件下，巯基反应产生动态共价键二硫键，并在剪切场下生成纳米线结构材料；本发明制备的纳米线具有氨基、巯基，因巯基的存在，在一定环境下会生成双硫键，是一种动态化学键，使得纳米线的分子重拍成为可能；
本申请制备方法简单、生产效率高，制备出的二元修饰纳米线具有表面氨基与巯基结构，其中氨基使得材料在分散液中呈现弱碱性，而氨基与巯基本身具有很强的反应性，可以进一步修饰更多化学基团，衍生出很多物理与化学功能性；该材料在诸多产业领域具有广阔的应用前景。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明所涉及材料的制备过程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，包括以下步骤：
S1：表面修饰氨基：将10g尺度为10nm二氧化硅纳米粉体材料加入反应釜中，并加90g异丙醇与10g纯净水，加入1g 3- 巯丙基三甲氧基硅烷，调整pH为9.0，反应3小时，制备表面巯基修饰纳米硅。S2：表面修饰氨基：加入1g氨丙基三乙氧基硅烷，然后加入pH调节剂，继续反应3小时，得到二元修饰纳米硅。S3：生成动态共价键：将反应产物中的醇类以有机残留在蒸馏作用下清除，制备二元动态纳米硅。S4：剪切场生成线性结构：将二元动态纳米硅在搅拌作用下加入去离子水(浓度为10％)，调整pH为9.0，在剪切场作用(5000rpm)下作用1小时，得到二元动态纳米线。S5：干燥处理生产纳米线粉体：用液氮冷冻，用冻干设备清除水溶剂，获得纳米线粉体。
所述步骤S1所使用纳米二氧化硅的平均尺度在3-200nm。所述步骤S1的醇类物质为乙醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇中的一种或几种。所述步骤S1的醇类物质为异丙醇。所述步骤S1中含巯基偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷，3-巯丙基三乙氧基硅烷，以及3-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。所述步骤S1中含巯基偶联剂为3-巯丙基三乙氧基硅烷。所述步骤S2中含氨基硅烷偶联剂，包括氨丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种。所述步骤S4中所述剪切场为外搅拌力施加下对于纳米硅的作用，其时间为30分钟或30分钟以上。所述步骤S1、S2、S4中pH调节剂所对应混合后反应体系的pH范围为2.0-13.0。
实施例二
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，包括以下步骤：参阅实施例1，S1所述含巯基硅烷为3-巯丙基三乙氧基硅烷。
实施例三
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，包括以下步骤：参阅实施例1，S1所述含巯基硅烷为3-巯丙基甲氧二乙氧基硅烷。
实施例四
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，包括以下步骤：参阅实施例1，S1所述含巯基硅烷为3-巯丙基三乙氧基硅烷。
实施例五
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S1所述醇类物质为正丁醇。
实施例六
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S1所述醇类物质为乙醇。
实施例七
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S2所述含氨类硅烷为氨丙基三甲氧基硅烷.
实施例八
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S4所述剪切场作用调整为1000rpm。
实施例九
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，将S1/S2/S3中pH值同时调整为4.0。
实施例十
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，将S1中二氧化硅纳米粒子尺度调整为100nm。
实施例十一
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S1调整为:表面修饰氨基,将20g尺度为10nm二氧化硅纳米粉体材料加入反应釜中，并加70g异丙醇与10g纯净水，加入1g 3-巯丙基三甲氧基硅烷，调整pH为 9.0，反应3小时，制备表面巯基修饰纳米硅。
实施例十二
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S1调整为:表面修饰氨基,将10g尺度为10nm二氧化硅纳米粉体材料加入反应釜中，并加80g异丙醇与10g纯净水，加入2.5g 3-巯丙基三甲氧基硅烷，调整pH 为9.0，反应3小时，制备表面巯基修饰纳米硅。
实施例十三
请参阅图1，本发明实施例中，一种表面功能化动态纳米线制备技术，参阅实施例1，S1调整为:表面修饰氨基,将10g尺度为10nm二氧化硅纳米粉体材料加入反应釜中，并加70g异丙醇与20g纯净水，加入1g 3-巯丙基三甲氧基硅烷，调整pH为 9.0，反应3小时，制备表面巯基修饰纳米硅。
上述实施例结果表明，S1/S2原材料二氧化硅尺度的选择，含巯丙基硅烷的选择，含氨基硅烷的选择，混合溶剂的选择以及配比，S1/S2/S3中的pH值，S4中的剪切场强度，均会影响最终纳米线的尺度、结构、完整性以及稳定性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：包括以下步骤：
S1：表面修饰氨基：将二氧化硅纳米粉体材料加入反应釜中，并加入醇类物质，加入巯基硅烷偶联剂，加入pH调节剂，反应2-6小时，制备表面巯基修饰纳米硅；
S2：表面修饰氨基：加入含氨丙基硅烷，然后加入pH调节剂，继续反应2-6小时，得到二元修饰纳米硅；
S3：生成动态共价键：将反应产物中的醇类以有机残留在蒸馏作用下清除，制备二元动态纳米硅；
S4：剪切场生成线性结构：将二元动态纳米硅在搅拌作用下加入去离子水，加入pH调节剂，在剪切场作用下作用下，得到二元动态纳米线；
S5：干燥处理生产纳米线粉体：用液氮冷冻，用冻干设备清除水溶剂，获得纳米线粉体。
2.根据权利要求1所述的一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：所述步骤S1所使用纳米二氧化硅的平均尺度在3-200nm。
3.根据权利要求1所述的一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：所述步骤S1的醇类物质为乙醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇中的一种或几种。优先的，所述步骤S1的醇类物质为异丙醇。
4.根据权利要求1所述的一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：所述步骤S1中含巯基偶联剂为3-巯丙基三甲氧基硅烷，3-巯丙基三乙氧基硅烷，以及3-巯丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或几种。优选的，所述步骤S1中含巯基偶联剂为3-巯丙基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：所述步骤S2中含氨基硅烷偶联剂，包括氨丙基三甲氧基硅烷和氨丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：所述步骤S4中所述剪切场为外搅拌力施加下对于纳米硅的作用，其时间为30分钟或30分钟以上。
7.根据权利要求1所述的一种表面功能化动态纳米线制备技术，其特征在于：所述步骤S1、S2、S4中pH调节剂所对应混合后反应体系的pH范围为2.0-13.0。
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