用于分离金刚石颗粒簇的方法技术

本发明专利技术涉及用于分离金刚石颗粒簇的方法。具体而言，本发明专利技术公开了一种用于将金刚石颗粒簇分离成离散的金刚石颗粒和/或分离成含较少金刚石颗粒的较小金刚石颗粒簇的方法。金刚石颗粒的表面通过与有机化合物或无机化合物的反应而官能化，并且所产生的金刚石颗粒和/或较小的簇以干燥粉末形式以及在溶液中很好地分散。

【技术实现步骤摘要】
用于分离金刚石颗粒簇的方法本申请是申请日为2013年4月26日的题为“用于分离金刚石颗粒簇的方法”的中国专利申请号201380033878.9的分案申请。
本专利技术涉及用于分离金刚石的颗粒簇的方法，且具体地涉及微米和纳米尺寸的金刚石颗粒簇。本专利技术还涉及用于分离金刚石颗粒的官能化的方法，且具体地涉及分离微米和纳米尺寸的金刚石颗粒的官能化。
技术介绍
金刚石颗粒，包括金刚石纳米颗粒或纳米金刚石，具有在各种各样应用中的潜在用途，包括镀覆、润滑油、抛光、对金属表面的涂层剂、磨料和生物医学装置。纳米金刚石可由在密闭容器中具有负氧平衡的炸药的爆炸来制造。这些爆炸纳米金刚石具有通常在1-50nm范围内的颗粒尺寸，且具体地易于结块，形成紧密聚集的二次颗粒或簇。纳米金刚石和微米尺寸的金刚石颗粒也可通过高温和高压(HTHP)方法合成。这些金刚石颗粒通常具有lnm-1000微米范围内的粒径。纳米或微米尺寸的金刚石颗粒的可替代来源包括通过HTHP方法和天然微米金刚石粉末形成的金刚石颗粒。这些金刚石颗粒也易于形成聚集的二次颗粒或簇的聚集。聚集的金刚石颗粒的尺寸变化广泛，但尺寸可高达微米的几个100s。分离这些紧密聚集的纳米金刚石簇的已知方法是经由在水中的湿式搅拌介质磨(wet-stirred-media-milling)，其使用微米尺寸的珠粒以破碎聚集体且同时在水中分散它们。该方法已用于形成清澈的纳米金刚石的胶体溶液(Adv.Mater.2007，19，1201-1206)。该方法仅适用于在溶剂中的纳米金刚石分散剂的形成，由于干燥后纳米金刚石倾向于重新结块。US2010/0298600描述了用于液相中纳米金刚石表面的化学官能化的方法。该方法在用酸处理之前使用类似于上述的湿式研磨方法。该方法尝试使用酸处理步骤使颗粒去聚集(de-aggregate)，其导致纳米金刚石表面上的羧酸基团的形成。没有在实际分裂(打散，breakapart)纳米金刚石簇的方法中的步骤。此外，纳米金刚石表面上的羧酸基团的存在将实际促进干燥后纳米金刚石的聚集。EP2535312描述了用于在溶液中分散纳米金刚石的方法。该方法包括在水性金属氢氧化物存在下的湿式研磨方法和化学结合来自金属氢氧化物溶液的金属离子和存在于纳米金刚石表面上的反应基团。例如存在于纳米金刚石表面上的羧酸基团可与金属氢氧化物反应以形成纳米金刚石金属盐，如下面反应1中所示，其中‘ND’用于表示纳米金刚石。反应1ND-COOH+MOH→ND-COO-M++H2O通过金属离子取代氢原子，纳米金刚石颗粒之间的电斥力增加，改善溶液中纳米金刚石的可分散性和导致更好分散的较大离子直径。虽然该方法的确包括获得干纳米金刚石粉末的步骤，干燥后纳米金刚石的确倾向于重新聚集，但然后当与分散溶剂混合时重新分散。该方法也限于其中金刚石颗粒被金属官能化的纳米金刚石分散体，这可以限制纳米金刚石产物的最终用途。期望提供用于将二次金刚石颗粒簇分离成离散颗粒的改善方法，前提条件是金刚石颗粒以干燥粉末形式及在溶液中被很好地分散。此外，期望提供纳米金刚石颗粒的表面官能化可改变以适应产物的最终用途的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，用于将具有直径小于或等于1.0mm的金刚石颗粒簇分离成离散金刚石颗粒和/或分离成含较少金刚石颗粒的较小簇的方法，包括以下步骤：a)在至少一种溶剂中将金刚石颗粒簇与至少一种液相有机化合物或无机化合物，或者与至少一种有机化合物或无机化合物的溶液组合以形成反应混合物，其中至少一种有机化合物或无机化合物与存在于金刚石颗粒表面上的悬键(悬垂键，自由键，danglingbond)起反应；和b)使用机械装置在反应混合物内将金刚石颗粒簇破碎成离散金刚石颗粒和/或破碎成含较少金刚石颗粒的较小簇；其中步骤b)产生具有悬键在金刚石颗粒表面上的金刚石颗粒，且其中至少一种有机化合物或无机化合物与至少一些金刚石颗粒上的悬键起反应。该方法的步骤b)包括给予动能到金刚石颗粒簇，使得簇或聚集体分裂成单个金刚石颗粒和/或分裂成含较少金刚石颗粒的较小金刚石颗粒簇。优选地，步骤b)包括振荡或搅拌或超声处理反应混合物。悬键或自由结合位点在金刚石簇分裂的位置形成。加入到步骤a)中的至少一种有机化合物或无机化合物与这些悬键起反应，饱和这些键。这防止单个金刚石颗粒的重新聚集或较小金刚石颗粒簇的重新聚集，由于金刚石颗粒表面上的活性位点(悬键)通过与加入到步骤a)中的有机化合物或无机化合物的反应被占用。加入到金刚石颗粒表面的化学基团的性质取决于用在该方法步骤a)中的有机化合物或无机化合物。悬键可以是碳键。悬键可涉及存在于金刚石颗粒表面上的其它原子。优选地，该方法产生离散的金刚石颗粒。该产物可包括含较少金刚石颗粒的较小金刚石颗粒簇。优选地，形成在步骤a)中的反应混合物以浆料的形式。至少一种有机化合物或无机化合物可溶解在至少一种溶剂中以在与金刚石颗粒簇组合之前形成溶液。优选地，溶剂是惰性的。优选地，至少一种溶剂是有机溶剂。至少一种有机化合物或无机化合物可溶解在溶剂的混合物中。溶剂混合物可用于帮助改善有机化合物或无机化合物的溶解度。多于一种有机化合物或无机化合物的混合物可用在该方法的步骤a)中。至少一种有机化合物或无机化合物可以是与自由基(freeradical)起反应的任何化合物。优选地，无机化合物不是含金属的化合物，且优选地分离的金刚石颗粒产物不是金属盐。更优选地，无机化合物不是金属氢氧化物。至少一种有机化合物或无机化合物可以是在反应混合物内产生自由基的化合物。合适的化合物包括卤素分子、偶氮化合物和有机过氧化物。优选地，至少一种有机化合物或无机化合物被选择用于提供金刚石或纳米金刚石颗粒的表面官能化，以适应产物的最终用途。优选地，步骤b)是机械研磨步骤，且还包括引入研磨珠至反应混合物中。当研磨珠提供振荡或搅拌反应混合物或通过应用超声处理到混合物时，使得研磨珠与金刚石颗粒簇碰撞。这使得簇分裂成单个的金刚石颗粒和/或含较少金刚石颗粒的较小金刚石颗粒簇。优选地，研磨珠是陶瓷研磨珠。更优选地，研磨珠选自包括氧化锆珠粒和二氧化硅珠粒和它们的混合物的组。可替换地，研磨珠可以是金刚石颗粒，其相比于要被分离的金刚石颗粒有较大的尺寸。优选地，研磨珠的尺寸比金刚石颗粒大，尺寸倍数为100到100000。当金刚石颗粒是纳米金刚石颗粒时，研磨珠优选地具有小于1mm的平均直径。更优选地，研磨珠具有小于0.5mm的平均直径。还更优选地，研磨珠具有小于或等于0.1mm的平均直径。优选地，金刚石颗粒具有小于0.5mm的直径。更优选地，金刚石颗粒是具有直径范围为1至1000nm的纳米金刚石颗粒。该方法中使用的金刚石颗粒簇可来自任何商业来源。例如金刚石颗粒簇可以是来自爆炸纳米金刚石来源的纳米金刚石聚集体，其被称为爆炸纳米金刚石或DND。可替换地，金刚石颗粒簇可源于金刚石颗粒合成的高温和高压(HTHP)方法，或可源于天然微米金刚石粉末。来自HTHP方法的金刚石颗粒簇可在使用本专利技术方法处理以分离簇之前进一步磨制以减小颗粒的尺寸。其中原始的、未经处理的爆炸纳米金刚石粉末用于本专利技术的方法中，该方法可包括利用氧化性无机酸处理纳米金刚石的初始步骤。无机酸可选自包括HClO4、H2SO4和HNO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将具有直径小于或等于1.0mm的金刚石颗粒簇分离成离散金刚石颗粒和/或分离成含较少金刚石颗粒的较小簇的方法，所述方法包括以下步骤：a)在至少一种溶剂中，将所述金刚石颗粒簇与至少一种液相不饱和有机化合物或者与至少一种不饱和有机化合物的溶液组合，以形成反应混合物，以及b)使用机械装置将动能给予所述金刚石颗粒簇以在反应混合物内将所述金刚石颗粒簇破碎成离散金刚石颗粒和/或破碎成含较少金刚石颗粒的较小簇；其中步骤b)产生具有悬碳键在所述金刚石颗粒的表面上的金刚石颗粒，以及其中至少一种有机化合物或无机化合物与所述金刚石颗粒上的所述悬碳键中的至少一些起反应；并且其中步骤b)包括振荡或搅拌所述反应混合物或将超声处理施加到所述反应混合物并且以多个循环进行，并且将动能给予所述金刚石颗粒簇的每个循环后是冷却所述反应混合物的时间段。

【技术特征摘要】
2012.04.27 GB 1207327.61.一种用于将具有直径小于或等于1.0mm的金刚石颗粒簇分离成离散金刚石颗粒和/或分离成含较少金刚石颗粒的较小簇的方法，所述方法包括以下步骤：a)在至少一种溶剂中，将所述金刚石颗粒簇与至少一种液相不饱和有机化合物或者与至少一种不饱和有机化合物的溶液组合，以形成反应混合物，以及b)使用机械装置将动能给予所述金刚石颗粒簇以在反应混合物内将所述金刚石颗粒簇破碎成离散金刚石颗粒和/或破碎成含较少金刚石颗粒的较小簇；其中步骤b)产生具有悬碳键在所述金刚石颗粒的表面上的金刚石颗粒，以及其中至少一种有机化合物或无机化合物与所述金刚石颗粒上的所述悬碳键中的至少一些起反应；并且其中步骤b)包括振荡或搅拌所述反应混合物或将超声处理施加到所述反应混合物并且以多个循环进行，并且将动能给予所述金刚石颗粒簇的每个循环后是冷却所述反应混合物的时间段。2.根据权利要求1所述的方法，其中将动能给予所述金刚石颗粒簇的每个循环持续5分钟。3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤b)是机械研磨步骤，并且包括将研磨珠引入到所述反应混合物。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述研磨珠是陶瓷研磨珠。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述研磨珠选自包括氧化锆珠粒和二氧化硅珠粒和它们的混合物的组。6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述研磨珠比所述金刚石颗粒大，倍数为100至100000。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述金刚石颗粒具有0.5mm或更小的直径。8.根据前述权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：利迪加·希勒，尤里·布坚科，
申请(专利权)人：泰恩河畔纽卡斯尔大学，
类型：发明
国别省市：英国,GB