[发明专利]一种形貌调控剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种纳米材料形貌调控剂及其制备方法和应用，所述形貌调控剂具有梳形的拓扑结构；由阴离子型单体和聚氧乙烯醚型单体经自由基共聚得到。可应用其得到形貌可控、尺寸均一、分散性好的羟基磷灰石纳米棒以及碳酸钙纳米棒。本发明所述的形貌调控剂制备操作简单，转化率高；应用其制备纳米粒子，原子效率高，转化率高，同时工艺对温度、投料速度、投料比等参数宽容度高，容错率高，便于大规模生产。所得羟基磷灰石纳米棒的悬浮液可长时间稳定。反应副产物以及未反应原料可自行沉降分离，后处理简单。羟基磷灰石纳米棒的形貌可通过调节调控剂的掺量来进行便捷的调控。所得羟基磷灰石纳米棒可用于混凝土增强、牙骨修复等领域。

技术领域

本发明涉及一种形貌调控剂及其制备方法，以及应用所述形貌调控剂制备羟基磷灰石的方法。

背景技术

纳米材料是近年来材料学研究的重要热点，纳米材料具有高比表面积和高表面活性，在生物医用材料、电池、建材等领域都具有巨大的应用潜力，纳米材料的合成是构筑起结构与特性的关键步骤。以水为分散介质或溶剂的水相合成法是重要的纳米材料合成方法，但是此类方法制备的纳米粒子由于其高表面活性在制备之后常容易发生团聚和沉降，影响其活性和后续使用。

目前纳米级羟基磷灰石的水相制备方法可分为两类：溶液法和水热法，其中溶液法具有条件温和，设备要求低，操作简便的优点，具有良好的应用潜力。溶液法又分共沉淀法和中和法，目前专利报道的羟基磷灰石溶液制备方法主要是以钙盐和磷酸盐的复分解反应沉淀生成纳米羟基磷灰石，该法原子效率有限，对Ca/P比要求严格(不能大幅偏离羟基磷灰石中的Ca/P计量比1.67)，且会产生大量的盐类副产物，关于基于中和法的合成羟基磷灰石的工艺也有一些专利报道，但是因为碱性钙源普遍为微溶、难溶物，反应可控度较差，且产物形貌依赖于温度、反应物浓度、投料速度等多种反应条件，调控复杂。

专利CN102838100A、CN1544318、CN102431986A、CN103553013A、CN1785797均报道了基于钙盐和磷酸盐的复分解沉淀反应来制备纳米羟基磷灰石的工艺，这些专利的制备工艺可控性强，产物形貌均一，但是如前所述，反应生成的大量盐类副产物使得后处理较为复杂繁琐。

专利CN103112837A报道了通过磷酸和氢氧化钙、碳酸钙等钙源直接反应制备羟基磷灰石的方法，该法原子效率高，后处理简单，并可直接得到纳米级的羟基磷灰石。但是该法制备的羟基磷灰石的形貌依赖于温度、反应物浓度等多个反应条件，且多样性不足。同时本研究组按该专利报道的步骤制备羟基磷灰石后发现该种羟基磷灰石在悬浮液中容易发生团聚，会对实际应用造成影响。

发明内容

为了解决纳米粒子团聚和沉降，影响其活性和后续使用这一问题，本发明开发了一种新型的纳米材料形貌调控剂及其制备方法。

以及为了解决现有纳米粒子制备方法中存在的不足之处，本发明提供了应用前述的形貌调控剂制备纳米粒子的方法。以简单易行的工艺来制备尺寸均一，形貌可控，分散性好的羟基磷灰石纳米棒的制备方法。形貌调控剂主导羟基磷灰石纳米棒的生长过程，并抑制其在合成过程中的团聚。

本发明所述形貌调控剂除了用于制备形貌可控的羟基磷灰石纳米棒之外，还可用于碳酸钙等纳米粒子的制备。

本发明所述形貌调控剂具有梳形的拓扑结构的高分子，其由离子性主链和中性侧链构成，主链与纳米粒子表面发生亲和，使得形貌调控剂吸附于材料表面，然后吸附在不同纳米粒子表面的形貌调控剂通过彼此间中性侧链的空间位阻作用，保持纳米粒子的分散，增强分散液的稳定性。

所述形貌调控剂的结构通式如式(I)所示，其分子量在20-40kDa范围内；