星形/多臂嵌段共聚物在制備含有納米粒子的混合物中的用圖
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料科學領域，具體的，涉及星形/多臂嵌段共聚物在制備含有納米 粒子的混合物中的用途。
【背景技術】
[0002] 納米材料在潤滑油、潤滑脂、導電漿料、油墨、打印膠、光刻膠、涂料、涂層和粘結劑 等產(chǎn)品中有廣泛應用。改善納米材料在這些介質中的分散性，有望顯著改善潤滑油添加劑 的摩擦學性能、涂料的流平性、導電漿料在導電裝置中的導電性等。
[0003] 納米粒子粒度小，表面能高，粒子之間容易發(fā)生團聚，納米材料在有機介質中的分 散和穩(wěn)定成為限制其廣泛應用的主要技術問題之一。實際應用中常常用表面活性劑改善納 米顆粒的分散均勻性、穩(wěn)定性。常用的低分子表面活性劑有長鏈烷基醇、長鏈烷基胺、長鏈 烷基羧酸等。常用的聚合物表面活性劑有聚醚類表面活性劑、聚多糖類表面活性劑、梳狀高 分子表面活性劑等。
[0004] 現(xiàn)有的聚醚類表面活性劑包括烷基聚醚醇（Alkyl Polyether Alcohols)、 烷基芳基聚醚醇（Alkylaryl Polyether Alcohols)和聚醚嵌段共聚物（Polyether Block Copolymers)。烷基聚醚醇中，用烷基鏈封端的乙氧基/丙氧基化物（Alkyl PEG/ PPG Ethers)為該類代表。烷基芳基聚醚醇中，以辛基酚封端的乙氧基/丙氧基化物 (Octylphenol PEG/PPG Ethers)為該類代表。聚醚嵌段共聚物中，以聚乙二醇、聚丙二醇為 結構單元形成的嵌段共聚物為代表，包括Poloxamer、Hypermer、Zephrym線形聚醚嵌段共 聚物、Tetronic支化水溶性聚醚嵌段共聚物。
[0005] 已有的研宄多用聚醚類表面活性劑在極性介質中分散納米顆粒。然而，在這類應 用中，現(xiàn)有的聚醚類表面活性劑只能在短時間內使低濃度的納米顆粒體系保持分散均勻穩(wěn) 定。在時間延長（通常一周時間）或者高濃度納米顆粒條件下，現(xiàn)有的聚醚類表面活性劑已 經(jīng)不能使納米顆粒保持分散均勻穩(wěn)定，這種不均勻、不穩(wěn)定性在非極性介質中表現(xiàn)尤為明 顯。現(xiàn)有的聚醚類表面活性劑的這種使納米顆粒不均勾、不穩(wěn)定性質，限制了其應用范圍， 特別是限制了其在涂料技術和油墨技術中的應用。
[0006] 因而，對納米材料的分散技術仍有待改善。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術領域中的技術問題之一。為此，本發(fā) 明的一個目的在于提出星形嵌段共聚物、多臂嵌段共聚物在制備含有納米粒子的混合物中 的新用途。
[0008] 本發(fā)明是基于發(fā)明人的以下發(fā)現(xiàn)而完成的：
[0009] 納米粒子表面通常帶有羥基、羧基或其他極性官能團，由此，聚合物和納米粒子之 間存在離子相互作用力和范德華力。具體而言，離子鍵是陰離子和陽離子通過靜電相互作 用形成的化學鍵，離子鍵具有不飽和、無方向性的特征。當接觸液體介質時，離子型分散劑 通過對納米粒子的吸附作用而覆蓋在納米粒子表面，從而使得納米粒子表面帶有電荷而彼 此排斥。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種策略可以有效地用于分散表面帶有羧基等離子官能團的納米粒 子。分散劑與納米粒子表面上接枝基團中的未成鍵原子之間存在范德華力，低分子量分散 劑和納米粒子之間的范德華力作用甚微，但采用聚合物分散劑則效果完全不同。聚合物鏈 中結構單元的數(shù)量非常龐大，而每一個結構單元均相當于一個小分子。范德華力沒有指向 性、且不會飽和，因此聚合物鏈和納米粒子之間的范德華力足夠大而使得聚合物能夠包覆 納米粒子表面的至少一部分。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這種策略可以用于分散表面帶有非離子官能團 的納米粒子。
[0010] 因而，在本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了嵌段共聚物在制備含有納米粒子的混 合物中的用途，所述嵌段共聚物為選自星形嵌段共聚物和多臂嵌段共聚物中的至少一種。 發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用本發(fā)明提供的嵌段共聚物能夠有效將納米粒子分散于有機介質中，形成 的分散體系穩(wěn)定性高，能夠長期儲存而不發(fā)生沉降。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述含有納米粒子的混合物為選自潤滑油、潤滑脂、導電漿 料、油墨、打印膠、光刻膠、涂料、涂層和粘結劑中的至少一種。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的示例，基于所述含有納米粒子的混合物的總質量，所述納米粒子的 質量分數(shù)為0. 001 %~90%。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述嵌段共聚物和所述納米粒子的質量比為（0.0001-10): Io
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述嵌段共聚物化學結構由A鏈段和B鏈段兩類鏈段構成。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述A鏈段由分子鏈骨架單側封端的聚烯烴形成，所述A鏈段 所用封端官能團為酸酐、羧基、氨基、羥基、環(huán)氧基和異氰酸酯基中的至少一種。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述B鏈段由聚醚或聚酯形成，所述B鏈段所用封端官能團為 酸酐、羧基、氨基、羥基、環(huán)氧基和異氰酸酯基中的至少一種。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述分子鏈骨架單側封端的聚烯烴為選自分子鏈骨架單側封 端的聚異丁烯、分子鏈骨架單側封端的聚丁烯和分子鏈骨架單側封端的聚丁二烯中的至少 一種。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的示例，所述分子鏈骨架單側封端的聚異丁烯為下列至少之一：
[0019]
【主權項】
1. 嵌段共聚物在制備含有納米粒子的混合物中的用途，所述嵌段共聚物為選自星形嵌 段共聚物和多臂嵌段共聚物中的至少一種。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用途，其特征在于，所述含有納米粒子的混合物為選自潤滑 油、潤滑脂、導電漿料、油墨、打印膠、光刻膠、涂料、涂層和粘結劑中的至少一種。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用途，其特征在于，基于所述含有納米粒子的混合物的總質 量，所述納米粒子的質量分數(shù)為〇. OOl%~90%， 任選地，所述嵌段共聚物和所述納米粒子的質量比為（0.0001-10) :1 ; 任選地，所述嵌段共聚物化學結構由A鏈段和B鏈段兩類鏈段構成； 任選地，所述A鏈段由分子鏈骨架單側封端的聚烯烴形成，所述A鏈段所用封端官能團 為酸酐、羧基、氨基、羥基、環(huán)氧基和異氰酸酯基中的至少一種； 任選地，所述B鏈段由聚醚或聚酯形成，所述B鏈段所用封端官能團為酸酐、羧基、氨 基、羥基、環(huán)氧基和異氰酸酯基中的至少一種。
4. 根據(jù)權利要求3所述的用途，其特征在于，所述分子鏈骨架單側封端的聚烯烴為選 自分子鏈骨架單側封端的聚異丁烯、分子鏈骨架單側封端的聚丁烯和分子鏈骨架單側封端 的聚丁二烯中的至少一種， 任選地，所述分子鏈骨架單側封端的聚異丁烯為下列至少之一：
其中，各η獨立地為大于等于5的整數(shù)； 仵詵地，所沭分子鏈骨架單側封端的聚丁燔為下列至Φ之一：
Λ Ζ〇
_ 其中，ml和m2各自獨立地為大于等于0的整數(shù)，且ml+m2為大于等于5的整數(shù)； 任選地，所述分子鏈骨架單側封端的聚丁二烯為下列至少之一：
其中，i+j+k = 1，各η獨立地為大于等于5的整數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求3所述的用途，其特征在于，所述聚醚由選自聚醚多元醇、聚醚多胺和 聚醚縮水甘油醚中的至少一種形成， 任選地，所述聚醚的結構單元為下列至少之一：
其中，各X獨立地為大于等于1的整數(shù)。
6. 根據(jù)權利要求3所述的用途，其特征在于，所述聚酯由選自聚酯多元醇、聚酯多胺和 聚酯縮水甘油醚中的至少一種形成， 任選地，所述聚酯的結構單元為下列至少之一： O
其中，各X獨立地為大于等于1的整數(shù)， 各r為獨立地0-18的整數(shù)， 各t為獨立地2-12的整數(shù)， R1為烴基或者烴氧基。
7.根據(jù)權利要求3所述的用途，其特征在于，所述聚醚與所述聚酯的拓撲結構各自獨 立的為選自星形、多臂形中的至少一種， 任選地，所述聚醚與所述聚酯的拓撲結構各自獨立的為下列的至少之一：
* · · '-1 V /s-i \ / Xl
其中，各A1, A2, A3，…，A1JS立地為所述聚醚或所述聚酯的重復單元， 馬為-H 或-CH 2-CH3， z為O或2 ; 各Y獨立地為封端官能團，所述封端官能團為酸酐、羧基、氨基、羥基、環(huán)氧基和異氰酸 酯基中的至少一種； 各xl, x2, x3,…，xn表示重復單元的數(shù)量；各xl, x2, x3,…，xn獨立地為大于等于O的 整數(shù)，且滿足xl+x2+x3+，…，+xn彡1 ; 任選地，星形拓撲結構、多臂拓撲結構的聚醚或聚酯由下列至少之一形成：
8.根據(jù)權利要求1所述的用途，其特征在于，所述納米粒子的形狀為選自球形、片狀、 棒狀或線形中的至少一種， 任選地，球形納米粒子、棒狀納米粒子與線形納米粒子為選自金屬氧化物顆粒、金屬硫 化物顆粒、金屬顆粒、表明氧化處理的金屬顆粒和表面硫化處理的金屬顆粒中的至少一種， 任選地，所述金屬氧化物顆粒為選自二氧化硅、氧化鋁、氧化鋅、氧化銅、氧化鎳、氧化 鈷、氧化鐵、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎢和氧化鉬中的至少一種， 任選地，金屬硫化物顆粒為選自硫化鋅，硫化鎘，硫化采，硫化鐵，硫化鈷，硫化鎳，硫化 鎢和硫化鉬中的至少一種， 任選地，所述金屬顆粒為選自鈷、鐵、鎂、鋁、鈦、鋯、銀、金或其合金中的至少一種， 任選地，片狀納米顆為選自層狀雙金屬氫氧化物、粘土、層狀金屬磷酸鹽，層狀金屬鎢 酸鹽，層狀金屬硫化物、氧化石墨，石墨烯氧化物，及其衍生物中的至少一種。
9. 一種制備含有納米粒子的混合物的方法，其特征在于，包括： 將嵌段共聚物、納米粒子和分散介質混合，以便獲得所述含有納米粒子的混合物； 任選地，所述分散介質為非極性介質，優(yōu)選徑類介質。
10. -種含有納米粒子的混合物，其特征在于，是利用權利要求9所述的方法制備的。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一類利用星形嵌段共聚物與多臂嵌段共聚物制備的含有納米粒子的混合物，同時本發(fā)明提供制備含有該類嵌段共聚物與納米粒子混合物的方法及其用途。使用本發(fā)明提供的星形嵌段共聚物與多臂嵌段共聚物能夠有效將納米粒子分散于有機介質中，形成的分散體系穩(wěn)定性高，能夠長期儲存而不發(fā)生沉降。
【IPC分類】B01F17-52, C08G81-02
【公開號】CN104722242
【申請?zhí)枴緾N201510041999
【發(fā)明人】孫大陟, 雍懷松
【申請人】南方科技大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年1月27日