磁性高分子微球的合成及其特性研究

论文摘要

磁性高分子微球是指通过适当方法使有机高分子与无机磁性物质结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的微球。因磁性高分子微球同时兼具高分子微球的众多特性和磁响应性,不但能通过共聚及表面改性等方法赋予其表面功能基,还能在外加磁场作用下方便迅速地分离,因此自70年代以来,磁性高分子微球作为一种新型的功能材料,在磁性材料、生物医学、细胞学和生物工程、分离工程,以及隐身技术、化妆品等诸多领域获得了一定程度的应用,并显示出广泛的应用前景。本文的一个研究重点是采用微乳液法和共沉淀法制备纳米四氧化三铁微粒,通过透射电子显微镜(TEM)等测试表明,采用微乳液法制备的磁性微粒单分散好,且粒径小于10nm,但是微粒结晶性差,磁响应性较弱。采用共沉淀法制备的磁性微粒粒径大小较稳定、比较容易控制在一定范围内,而且磁响应性强。制备核壳型高分子微球材料的一个主要难点就是纳米四氧化三铁在有机单体中的均匀分散。我们在总结国内外有关纳米四氧化三铁和高分子磁性微球的研究成果的基础上,采用油酸的乙醇溶液作为表面改性剂,使四氧化三铁从亲水性改为亲油性。但是油酸的用量需要严格控制才不至于引起微球互相粘连。实验结果表明,如果采用单体溶胀的磁流体效果会更好。本文的另一个重点是研究以苯乙烯(St)为共聚单体的无皂乳液聚合法制备磁性高分子微球。综合分析了超声分散、有机介质、反应温度、引发剂及磁流体中表面活性剂等因素对磁性高分子微球的影响。磁性高分子微球的粒径大小是其重要特征之一。可通过控制超声分散时间,引发剂KPS用量,有机介质含量以及控制体系中表面活性剂浓度来制备不同粒径的磁性高分子微球。实验结果证明,引发剂KPS用量的改变对磁性高分子微球粒径的影响不大,超声分散时间和有机介质含量的变化可在一定范围内改变磁性高分子微球的粒径,相比较而言,表面活性剂浓度对磁性高分子微球粒径的影响最大。磁流体中表面活性剂具有一定程度的乳化作用和稳定作用,并在小于临界胶束浓度CMC范围内,磁性高分子微球的平均粒径和表面活性剂的浓度成反比。但表面活性剂浓度的增大,使磁性高分子微球的单分散性降低。与此同时,我们尝试在无皂乳液聚合体系中加入有机介质——丙酮。研究结果表明,在有机介质加入量较小的情况下,极性较小的丙酮更有利于合成单分散性好、粒径小的磁性复合微球。但是丙酮的加入量不宜过大,超过一定值后会导致所制备磁性复合微球单分散性的降低。综合来看,采用改进了的乳液聚合法可以制备出微粒粒径分布均匀、且表面洁净、包覆率高、具有更好的综合性能的磁性高分子微球,是一种具有广阔应用前景的新方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高分子微球材料的定义、功能和发展
• 1.2.1 磁性高分子微球的定义
• 1.2.2 磁性高分子微球的应用
• 1.2.3 磁性高分子微球的研究现状及发展
• 1.3 高分子微球的制备方法
• 1.3.1 乳液聚合
• 1.3.2 无皂乳液聚合
• 1.3.3 微乳液聚合
• 1.3.4 细乳液聚合
• 1.3.5 悬浮聚合
• 1.3.6 分散聚合
• 1.3.7 沉淀聚合
• 1.3.8 种子聚合
• 1.4 无机-有机磁性复合微球的制备
• 1.4.1 纳米四氧化三铁微粒制备
• 1.4.2 用微球基本法制备无机-有机磁性复合微球
• 1.4.3 聚合物微球内无机颗粒原位生成法
• 1.4.4 聚合物微球表面无机颗粒生成法
• 1.5 选题思路、研究的目的、意义、内容和方法
• 1.5.1 选题思路
• 1.5.2 研究的目的意义
• 1.5.3 研究内容
• 1.5.4 研究方法
• 第二章 纳米级四氧化三铁制备研究
• 2.1 引言
• 2.2 四氧化三铁的晶体结构及性能
• 2.2.1 立方晶系结构
• 2.2.2 单斜晶结构
• 2.2.3 四氧化三铁及其纳米材料的性质
• 2.3 微乳液法制备纳米四氧化三铁研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 制备机理
• 2.3.3 工艺参数对产物影响
• 2.4 共沉淀法制备纳米四氧化三铁研究
• 2.4.1 实验部分
• 2.4.2 制备机理
• 2.4.3 工艺参数对产物影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯微球研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原材料
• 3.2.2 仪器及设备
• 3.2.3 实验过程
• 3.3 分析讨论
• 3.3.1 制备机理
• 3.3.2 工艺参数对产物影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 种子动态溶胀法制备不同粒级的聚苯乙烯微球研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原材料
• 4.2.2 仪器及设备
• 4.2.3 实验过程
• 4.3 分析讨论
• 4.3.1 制备机理
• 4.3.2 工艺参数对产物影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 磁性聚苯乙烯微球研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原材料
• 5.2.2 仪器及设备
• 5.2.3 实验过程
• 5.3 分析讨论
• 5.3.1 制备机理
• 5.3.2 工艺参数对产物影响
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢