聚（苯乙烯—丙烯酸）磁性高分子微球的制备及性能研究

论文摘要

磁性高分子微球（Magnetic Polymer Microspheres）是指通过适当的方法使有机高分子与无机磁性颗粒结合起来形成的具有一定磁性及特殊结构的微球。因其具有磁性可在外加磁场作用下方便迅速地分离,又具有高分子微粒子的特性而受到广泛的关注。在细胞分离、固定化酶、免疫测定、靶向药物、化学分离和分析、有机和生化合成、环境/食品微生物检测等领域都有着广阔的应用前景。本文在总结中外研究成果的基础上改进了实验方法,制备出了球形度好、单分散性较好、粒径分布窄、表面羧基功能基含量高、磁响应性强的聚（苯乙烯-丙烯酸）磁性高分子微球。磁性高分子微球的性能主要体现为磁响应性和表面功能基的反应性,因此选择适当的磁性物质、聚合体系和聚合方法,对于制备出好的磁性高分子微球至关重要。针对这种情况,本论文以磁流体的制备,聚苯乙烯高分子微球的制备为基础,系统地开展了表面含羧基的磁性高分子微球的制备、表征及性能研究。无机磁性颗粒的性质是影响磁性高分子微球磁响应性的主要因素。本文选用纳米Fe3O4作为磁性来源。对于纳米Fe3O4的制备,采用了化学共沉淀法,制备出了粒径约为11.7 nm的Fe3O4颗粒。用聚乙二醇将其改性后,分散在蒸馏水中制备出了纳米Fe3O4水基磁流体,并研究了聚乙二醇浓度对改性效果的影响。在制备磁性高分子微球前,先采用分散聚合法制备了聚苯乙烯高分子微球。研究了引发剂用量、温度、分散稳定剂用量、单体用量、分散介质组成对其粒径及粒径分布的影响。结果表明,在引发剂为单体用量的3%,分散稳定剂为单体用量的10%,反应温度为70℃,分散介质中无水乙醇的含量为85%时,制备的聚苯乙烯高分子微球最好。参照制备聚苯乙烯高分子微球所得出的结论,使用所制备的纳米Fe3O4水基磁流体,采用分散聚合法制备出了聚（苯乙烯=丙烯酸）磁性高分子微球。分析测试结果表明,所制备出的磁性高分子微球呈很好的球形,单分散性较好,纳米Fe3O4磁性颗粒分散在微球内部,磁性微球呈现出超顺磁性,几乎没有磁滞,而微球内Fe3O4含量达到了15.2%（质量）,表面羧基功能基的含量达到了0.5320 mmol/g。本论文首次在分散聚合体系中加入交联剂N,N`-亚甲基双丙烯酰胺,制备了磁性高分子微球,并研究了其对磁性微球性能的影响。结果表明,交联剂N,N`-亚甲基双丙烯酰胺对微球性能有着显著的影响,随着其用量的增加,微球粒径变小,粒径分布变宽,表面羧基含量增加,耐酸碱性增强。本文所制备的磁性高分子微球,表面羧基含量高、磁响应性好,有较强的耐酸碱性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述、研究进展和本研究目标、内容
• 1.1 概述
• 1.1.1 磁性高分子微球的概念及分类
• 1.1.2 磁性高分子微球的特性
• 1.2 磁性高分子微球的制备方法
• 1.2.1 包埋法
• 1.2.2 单体聚合法
• 1.2.3 原位法
• 1.2.4 化学转化法
• 1.2.5 生物合成法
• 1.3 磁性高分子微球的主要应用
• 1.3.1 细胞分离
• 1.3.2 固定化酶
• 1.3.3 免疫测定
• 1.3.4 靶向药物
• 1.3.5 DNA分离及核酸杂交
• 1.3.6 有机和生化合成
• 1.3.7 环境/食品微生物检测
• 1.4 国内外研究进展
• 1.5 本文的研究目标和研究内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 1.5.4 本研究的创新性和研究意义
• 3O₄磁流体的制备及表征'>第2章 纳米Fe₃O₄磁流体的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 化学原料与试剂
• 2.2.2 仪器及设备
• 3O₄颗粒的制备'>2.2.3 纳米Fe₃O₄颗粒的制备
• 3O₄水基磁流体的制备'>2.2.4 纳米Fe₃O₄水基磁流体的制备
• 3O₄颗粒及磁流体的表征与性能测试'>2.2.5 纳米Fe₃O₄颗粒及磁流体的表征与性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 3O₄颗粒的X射线衍射分析'>2.3.1 纳米Fe₃O₄颗粒的X射线衍射分析
• 3O₄颗粒的红外分析'>2.3.2 改性前后纳米Fe₃O₄颗粒的红外分析
• 3O₄颗粒的磁性能分析'>2.3.3 Fe₃O₄颗粒的磁性能分析
• 2.3.4 磁流体的TEM分析
• 2.3.5 磁流体的分散稳定性考察
• 2.4 磁流体制备的影响因素分析
• 2.4.1 二价铁离子和三价铁离子比例
• 2.4.2 PEG用量对磁流体性能的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 分散聚合法制备聚苯乙烯微球
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 化学原料与试剂
• 3.2.2 仪器及设备
• 3.2.3 单分散性聚苯乙烯微球的制备
• 3.3 聚苯乙烯微球的表征
• 3.3.1 聚苯乙烯微球的红外图谱分析
• 3.3.2 聚苯乙烯微球的形态
• 3.4 各单因素对聚苯乙烯高分子微球粒径的影响
• 3.4.1 引发剂量对微球粒径的影响
• 3.4.2 温度对微球粒径的影响
• 3.4.3 分散稳定剂量对微球粒径的影响
• 3.4.4 单体量对微球粒径的影响
• 3.4.5 分散介质对微球粒径的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 分散聚合法制备磁性高分子微球
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器及设备
• 4.2.2 化学原料与试剂
• 4.2.3 磁性高分子微球的制备
• 4.3 磁性高分子微球的表征与性能测试
• 4.3.1 磁性高分子微球的大小和形貌
• 4.3.2 磁性高分子微球的结构分析
• 4.3.3 磁性高分子微球的XRD分析
• 4.3.4 磁性高分子微球的红外光谱分析
• 4.3.5 磁性高分子微球的磁响应性和磁性能分析
• 4.3.6 磁性高分子微球的热稳定性分析
• 4.3.7 磁性高分子微球的磁含量分析
• 4.3.8 磁性高分子微球的耐酸碱性分析
• 4.3.9 磁性高分子微球的表面羧基含量
• 4.4 实验条件对磁性高分子微球性能的影响
• 4.4.1 丙烯酸对磁性高分子微球性能的影响
• 4.4.2 磁流体对磁性高分子微球性能的影响
• 4.4.3 交联剂对磁性高分子微球性能的影响
• 4.4.4 磁性微球制备过程其它影响因素
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文