Fe3O4/P(St-PU)磁性微球的制备及表征

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磁性微球具有普通聚合物微球的特性,可以通过化学方法在微球表面引入多种功能基团(如氨基、羧基、磺酸基等),这些功能基团能够以化学键合、静电作用等方式与重金属离子、染料、酶、药物等结合以达到负载的目的;同时,磁性微球还具有磁响应性,在外部磁场作用下能够迅速与周围的介质分离,简化了分离操作步骤。作为一种功能高分子材料,磁性微球已被广泛应用于生物医学(靶向药物、临床诊断)、污水处理、磁性材料、细胞学(细胞标记、细胞分离)等领域。本论文采用分散聚合法制备出了一种含有Fe3O4及苯乙烯(St)与亲水单体共聚物的磁性微球,并研究了不同的聚合条件对磁性微球制备的影响。本论文由以下彼此关联的三部分内容构成:第一部分:用油酸改性了Fe3O4纳米颗粒,利用EDS能谱、红外光谱及可见光分光光度计等手段对改性Fe3O4进行了表征,并研究了pH对改性Fe3O4中油酸质量分数的影响。实验结果表明:经油酸改性后,Fe3O4纳米颗粒的表面由亲水性变为疏水性;在碱性和强酸性条件下,油酸对Fe3O4纳米颗粒的改性效果不佳,油酸改性Fe3O4纳米颗粒的最适宜pH约为5.8。第二部分:不使用催化剂,利用聚乙二醇(PEG)、甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)及甲基丙烯酸β羟乙酯(HEMA)在常规条件下合成了一种嵌段式、具有亲水性链段及双键结构的聚氨酯(PU)大分子单体,并用红外光谱对合成的PU大分子单体进行了表征。通过实验发现:在合成PU大分子单体的过程中需要控制好反应条件(如试剂用量、反应温度、反应时间、装置的气密性等)。由于装置本身的气密性不好,实验所用的试剂中含有水及其它杂质,部分TDI会与水汽及其它杂质反应而消耗,故TDI的用量需过量。在本章实验中,取n(TDI)/n(PEG)为1.3。第三部分:以Fe3O4纳米颗粒为磁核,PEG为分散剂,PU大分子、St为聚合单体,乙醇/水为分散介质,过硫酸钾(KPS)为引发剂,采用分散聚合法制备出了Fe3O4/P(St-PU)磁性微球,利用EDS能谱、红外光谱、扫描电镜、透射电镜、振动样品磁强计等不同手段对磁性微球进行了表征,并研究了Fe3O4用量、St用量、分散剂PEG用量、分散剂PEG的平均分子量、引发剂KPS用量、改性Fe3O4中油酸的质量分数、分散介质中乙醇的体积分数、PU大分子单体用量、PU大分子单体的分子量等不同的聚合条件对磁性微球制备的影响。实验结果表明:聚合物成功包覆了Fe3O4纳米颗粒;制备的微球近似呈超顺磁性,磁性微球的磁响应性好,在外部磁场作用下能够快速与周围的介质分离;磁性微球的平均粒径为269 nm,微球的粒径分布较宽,多数微球的粒径为200400 nm;不同的聚合条件对磁性微球的组分含量、磁响应性、耐酸性、两亲性、平均粒径及粒径分布有着显著的影响。通过实验得出了最佳的聚合条件为:Fe3O4的用量为2.3 g,分散介质中乙醇的体积分数为10%,分散剂PEG 2000的用量为3 g,引发剂KPS的用量为聚合单体总质量的1.5%。此外,通过实验发现,在n(PU)/n(St)固定的条件下,磁性微球的结构与PU大分子单体的分子量有关,通过调节PU大分子单体的分子量可以制备出内部致密型微球和内部疏松多孔型微球。
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