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本文首先采用共沉淀法制备了Fe3O4纳米粒子,然后以硅烷偶联剂为配体,将配体交换法和缩聚法相结合,在Fe3O4纳米粒子表面固定官能团,最后将智能聚合物接枝在Fe3O4纳米粒子表面,考察其对环境刺激的响应行为,并开展应用研究。
采用共沉淀法,以油酸为稳定剂制备了粒径为9 nm的且粒径分布较窄的超顺磁Fe3O4纳米粒子,分析结果表明:油酸是通过羧酸盐键固定在Fe3O4纳米粒子表面。
以硅烷偶联剂为配体,创新地将配体交换法与缩聚法相结合,在Fe3O4纳米粒子表面稳定结合官能团,如双键、ATRP引发剂等,而且改性后保持了Fe3O4纳米粒子在介质中良好的分散性。考察了不同因素(水份、催化剂、配体结构)对该反应的影响,结果表明反应体系中水份、催化剂用量以及配体结构对改性效果起着重要作用:水份过多导致纳米粒子之间的粘连;反应必须在催化剂的存在下进行,随着催化剂用量的增加反应加速进行;配体结构中含有非极性、弱极性或大位阻基团,则有利于在对Fe3O4纳米粒子改性的同时保持很好的分散性。
采用沉淀聚合方法,通过自由基聚合将温敏型聚合物——聚-N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)接枝到带有双键的Fe3O4纳米粒子表面,制备了温敏型聚合物杂化Fe3O4纳米粒子。首次实现了温度诱导的磁分离行为,即当温度低于32℃时,纳米粒子表面的PNIPAM分子链伸展,纳米粒子彼此分离,1.1 T的磁场不能将其从分散液中分离;当温度高于32℃时,纳米粒子表面的PNIPAM分子链收缩,纳米粒子聚集,相同的外部磁场很容易将其从水分散液中分离;当温度再次降低到32℃以下时,该PNIPAM杂化Fe3O4纳米粒子能够重新分散到水中,1.1 T的磁场不能将其分离,具有可逆性。
在带有双键的Fe3O4纳米粒子表面接枝聚电解质(聚甲基丙烯酸和聚-4-乙烯基吡啶),制备pH敏感型聚合物杂化Fe3O4纳米粒子。考察了这两种聚电解质杂化Fe3O4纳米粒子对pH的响应行为,并将聚甲基丙烯酸杂化Fe3O4纳米粒子应用到蛋白质(牛血清蛋白)分离中,其吸附量接近1300 mg/g。
采用表面引发的原子转移自由基聚合(ATRP)将聚苯乙烯接枝在Fe3O4纳米粒子表面,制备了聚苯乙烯杂化Fe3O4纳米粒子。首先合成了具有ATRP引发基团的烷氧基硅烷,然后通过配体交换法-缩聚法,将其稳定接枝在Fe3O4纳米粒子表面,最后在CuBr/PMDETA(五甲基二乙撑三胺)催化体系下从Fe3O4纳米粒子表面引发苯乙烯聚合。动力学研究表明,该反应具有活性聚合的特征。