利用聚乙二醇改性處理埃洛石納米管及其製備方法

2023-10-18 03:33:29 2

專利名稱：利用聚乙二醇改性處理埃洛石納米管及其製備方法
技術領域：
本發明涉及無機納米粒子表面改性處理的技術領域，具體是指利用聚乙二醇(PEG)對埃洛石納米管(halloysite nanotubes,埃洛石納米管)進行改性處理的方法，特別是利用聚乙二醇改性處理埃洛石納米管及其製備方法。
背景技術：
埃洛石納米管(埃洛石納米管)是一種價格低廉的天然納米管，是雙層I : I型鋁矽酸鹽，其分子式為Al2Si2O5(OH)4 ·ηΗ20(η=0或2)，具有典型結晶結構，常為多壁管狀結構，由內層的鋁氧八面體和外層的矽氧四面體晶格錯位捲曲而成。其層間存在結晶水。經分析，埃洛石納米管含有兩類羥基位於外表面的矽羥基和位於層間的較多的鋁羥基。埃洛石納米管具有獨特的納米結構及管狀特性，因此可以與聚合物進行複合，製備優良性能的聚合 物/無機納米複合材料。但由於埃洛石納米管受到表面羥基間形成的氫鍵作用以及尺寸效應，在製備納米複合材料時容易在基體中發生團聚現象，造成分散效果不理想，因而影響其應用效果，所以在使用前往往要對其進行改性處理。本發明使用了聚乙二醇對埃洛石納米管進行插層改性，即將小分子的聚乙二醇插入到埃洛石納米管捲曲形成的片層中，使片層部分展開，使其獲得更好的分散性能。

發明內容
本發明使用聚乙二醇對埃洛石納米管進行改性處理。本發明方法包括的步驟如下I)埃洛石納米管粒子的提純將埃洛石納米管粒子與無水乙醇按照I : 2(Tl 25質量比關係配製成懸浮液，攪拌5(T60min後再進行超聲分散3(T40min，直至形成均勻的懸浮液；將製得的懸浮液進行過濾，取上層固體在烘箱中6(T65°C烘乾至質量無變化，再用20(Γ250目篩篩分得到純化的埃洛石納米管粒子。2)用聚乙二醇處理改性埃洛石納米管取純化後的埃洛石納米管加入到去離子水中，控制所加入的埃洛石納米管與水的質量比為I : 2(Tl 25，超聲分散至形成均勻的懸浮液。向懸浮液中加聚乙二醇，控制加入的聚乙二醇的質量為懸浮液質量的3(Γ35%。在6(T65°C下攪拌Γ4. 5h後過濾，將得到的固體在6(T65°C下烘乾至質量無變化，研磨成粉，並用20(Γ250目篩篩分，即得到經聚乙二醇改性處理後的埃洛石納米管粒子。本發明用聚乙二醇對埃洛石納米管進行改性處理，其原理是利用含有活性羥基的聚乙二醇分子對埃洛石納米管進行了插層，增加了其羥基的密度，同時使埃洛石納米管層疊結構的層間距變大。改性後埃洛石納米管的紅外譜圖中新增了 2894CHT1附近的吸收峰及1358^,1475011-1附近的雙重吸收峰；其中在2 Θ =12°有強衍射峰，層間距大概為7. 4 A，並且同時存在一個10 A的小峰；部分管狀結構被展成片層狀結構。
利用含有活性羥基的聚乙二醇分子對埃洛石納米管進行了改性處理，增加了其羥基的密度，同時使埃洛石納米管層疊結構的層間距變大。所製備的改性後的埃洛石納米管更不易於團聚，在製備納米複合材料方面有著更廣泛的應用潛力。


圖I實施例I用懸浮液總質量的30%的聚乙二醇改性處理的埃洛石納米管的紅外分析譜圖。圖2實施例2用懸浮液總質量的35%的聚乙二醇改性處理的埃洛石納米管的X射
線衍射分析譜圖。圖3實施例3用懸浮液總質量的33%的聚乙二醇改性處理的埃洛石納米管的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式實施例I將埃洛石納米管與無水乙醇按照質量比為I : 20的量比關係配製成懸浮液，攪拌50min後再進行超聲分散30min，直至形成均勻的懸浮液；將製得的懸浮液進行過濾，取上層固體在烘箱中60°C烘乾至質量無變化，再用200目篩篩分得到無雜質的埃洛石納米管。取純化後的埃洛石納米管按照I : 20的質量比加入到去離子水中，超聲分散至形成均勻的懸浮液。向懸浮液中加聚乙二醇，控制所加入的聚乙二醇的質量為懸浮液質量的30%。在60°C下攪拌4h後過濾，將得到的固體在60°C下烘乾至質量無變化，研磨成粉，並用200目篩篩分，即得到改性處理後的埃洛石納米管。將所得的改性處理後的埃洛石納米管進行紅外分析，結果如圖I。從譜圖中可知，改性後埃洛石納米管的紅外譜圖中新增了 2894CHT1附近的吸收峰及1358011^14750^1附近的雙重吸收峰，屬於聚乙二醇結構中-CH2基團的特徵峰，說明聚乙二醇分子進入到埃洛石納米管的管內的層間距中，即實現了對埃洛石納米管的插層改性。實施例2將埃洛石納米管與無水乙醇按照質量比為I : 25的量比關係配製成懸浮液，攪拌60min後再進行超聲分散40min，直至形成均勻的懸浮液；將製得的懸浮液進行過濾，取上層固體在烘箱中65°C烘乾至質量無變化，再用250目篩篩分得到無雜質的埃洛石納米管。取純化後的埃洛石納米管按照I : 25的質量比加入到去離子水中，超聲分散至形成均勻的懸浮液。向懸浮液中加聚乙二醇，控制所加入的聚乙二醇的質量為懸浮液質量的35%。在65°C下攪拌4. 5h後過濾，將得到的固體在65°C下烘乾至質量無變化，研磨成粉，並用250目篩篩分，即得到改性處理後的埃洛石納米管。將所得的改性處理後的埃洛石納米管進行X射線衍射分析，結果如圖2。從圖中可以看出未改性的埃洛石納米管的兩個特徵衍射峰，其中在2 Θ =12°左右有強衍射峰，層間距大概為7. 4 A,並且同時存在一個10 A的小峰，這表明了我們所用的埃洛石納米管主要是不含層間水的(7. 4 A)，另外還存在極少量的含水的埃洛石納米管(10 A)。經過聚乙二醇改性的埃洛石納米管在2 Θ =12°附近的衍射峰向左偏移，在2 Θ =8°左右的衍射峰消失，這是因為含有活性羥基的小分子有機物對埃洛石納米管進行了插層，增加了其羥基的密度，同時使埃洛石納米管層疊結構的層間距變大，說明改性有效果。實施例3將埃洛石納米管與無水乙醇按照質量比為I : 22的量比關係配製成懸浮液，攪拌55min後再進行超聲分散35min，直至形成均勻的懸浮液；將製得的懸浮液進行過濾，取上層固體在烘箱中63°C烘乾至質量無變化，再用230目篩篩分得到無雜質的埃洛石納米管。取純化後的埃洛石納米管按照I : 22的質量比加入到去離子水中，超聲分散至形成均勻的懸浮液。向懸浮液中加聚乙二醇，控制所加入的聚乙二醇的質量為懸浮液質量的33%。在 63°C下攪拌4. 25h後過濾，將得到的固體在63°C下烘乾至質量無變化，研磨成粉，並用230目篩篩分，即得到改性處理後的埃洛石納米管。對改性後的埃洛石納米管進行掃描電子顯微鏡觀察，觀察結果如圖3所示，可以看到埃洛石納米管的片層被不同程度地打開，部分管狀結構被展成片層狀結構，這說明聚乙二醇對埃洛石納米管的插層改性有效果。
權利要求
1.利用聚こニ醇改性處理埃洛石納米管方法，特徵在於使用了聚こニ醇對埃洛石納米管進行改性處理。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵步驟如下 1)埃洛石納米管粒子的提純將埃洛石納米管粒子與無水こ醇按照I: 2(Tl 25的質量比關係配製成懸浮液，攪拌5(T60min後再進行超聲分散3(T40min，直至形成均勻的懸浮液；將製得的懸浮液進行過濾，取上層固體在烘箱中6(T65°C烘乾至質量無變化，再用200^250目篩篩分得到純化的埃洛石納米管粒子。
2)用聚こニ醇處理改性埃洛石納米管取純化後的埃洛石納米管加入到去離子水中，控制所加入的埃洛石納米管與水的質量比為I : 2(Tl 25，超聲分散至形成均勻的懸浮液。向懸浮液中加聚こニ醇，控在6(T65°C下攪拌4 4. 5h後過濾，將得到的固體在6(T65°C下烘乾至質量無變化，研磨成粉，並用20(Γ250目篩篩分。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵是所用的聚こニ醇的質量為懸浮液質量的30 35%。
4.如權利要求I所製備的改性埃洛石納米管，其特徵是改性後埃洛石納米管的紅外譜圖中新增了 2894CHT1附近的吸收峰及1358(^^1475011-1附近的雙重吸收峰；其中在2 Θ =12°有強衍射峰，層間距大概為7. 4 A,並且同時存在ー個10 A的小峰；部分管狀結構被展成片層狀結構。
全文摘要
本發明涉及利用聚乙二醇改性處理埃洛石納米管及其製備方法。用乙醇對埃洛石納米管進行純化，將純化後的埃洛石納米管按照質量比為1∶20~1∶25的比例加入到去離子水中製成懸浮液，向懸浮液中加入懸浮液自身質量的30~35%的純化後的埃洛石納米管。在60~65℃下攪拌4~4.5h後過濾，將得到的固體在60~65℃下烘乾至質量無變化，研磨成粉，並用200~250目篩篩分，即得到經聚乙二醇改性處理後的埃洛石納米管粒子。改性後埃洛石納米管的紅外譜圖中新增了2894cm-1附近的吸收峰及1358cm-1、1475cm-1附近的雙重吸收峰；其中在2θ=12°有強衍射峰，層間距大概為7.4並且同時存在一個10的小峰；部分管狀結構被展成片層狀結構。埃洛石納米管更不易於團聚，在製備納米複合材料方面有著更廣泛的應用潛力。
文檔編號C09C1/40GK102702799SQ201210163598
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月22日 優先權日2012年5月22日
發明者徐志強, 方海東, 許鑫華 申請人:天津大學