磁性纳米微球结构与性能的研究.ppt

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1、磁性纳米微球结构与性能的研究高材2班李婷婷磁性纳米微球的简介：聚合物磁性纳米微球是一种由磁性纳米粒子与高分子骨架材料结合而成的尺寸处于l—100nm的新型功能性有机一无机复合材料。一方面由于具有磁性纳米粒子的磁导向性，聚合物磁性纳米微球可随外加磁场变化而运动，从而实现与体系的快速分离；另一方面聚合物磁性微球具有的有机表面，可通过丰富的化学反应进行表面改性，而在微球表面引入富含各种功能性的基团，如—COOH，—OH，—CHO等，从而使其具有不同的表面功能与反应活性。结构概述：聚合物磁性纳米微球按结构主要可划分为两类：一是核壳型结构，组成微球的核可以

2、是聚合物，也可以是无机磁性纳米粒子；二是壳一核一壳型结构，最内层与最外层均为聚合物材料，无机磁性纳米粒子被包裹在中间；也有人形象地将这种结构称“三明治”型。磁性微球的生物分离功能是通过表面的功能基来实现的，表面功能基团含量的多少是磁性微球的一个重要的性能指标，含量越高才能保证较多特异抗体(抗原)在磁性粒子表面的有效固定，因此本文以磁性微球表面羧基的含量作为考察参数，优化制备工艺．测试方案：以表面包覆有引发剂对氯甲基苯甲酸的磁性Fe3O4粒子为种子，选用苯乙烯及丙烯酸作为单体进行原子转移自由基聚合(ATRP)反应，并对直接影响聚合反应效率的因素(如

3、反应温度、时间、投料配比等)进行了系统研究．操作步骤：对于磁性高分子微球表面羧基含量的测定，本文选择用NaOH来滴定．用电子分析天平称取一定量的样品放入100mL锥形瓶中，加入20mL超纯水，超声波分散，磁分离清洗3次后加入20mL的甲醇，然后向锥形瓶中滴加酚酞，用0．12mol／L的NaOH滴定，记录至变色消耗的NaOH的体积V．用同样的方法对甲醇空白液进行空白滴定，记录此时消耗的NaOH的体积V。然后计算测得的羧基含量(mmol／g)：CCOOH=(V-V0)*C/m。其中，V、V。为二者消耗NaOH的体积(L)，C为NaOH溶液的浓度(mo

4、l／L)，m为加入的磁性高分子复合微球的质量．反应温度对磁微球表面羧基含量的影响在其他试剂和反应条件不变的情况下，仅改变反应的温度，分别设定反应的温度为70、80、90、100、120℃，结果如图1所示。从图1中可以看出，随着反应温度的升高，羧基含量先升高后降低，反应的最佳温度为90℃左右．这可能是因为随着温度的升高，各分子的活跃程度、运动能力大幅增强，但是在超过90℃之后，由于分子的运动能力太过强大，反而不能让单体聚合在磁微球表面．Ⅱ.反应时间对磁微球表面羧基含量的影响在其他试剂和反应条件不变的情况下，改变反应的时间，分别设定反应的时间为8、1

5、0、12、16、24h，结果如图2所示．从图2可以看出，在反应时间从8h延长到24h的过程中，磁性微球表面的羧基含量先升高，再逐渐下降．在反应时间为12h左右时，磁微球表面的羧基含量达到最大值．因此选择12h为最佳反应时间．Ⅲ.反应原料的投入量比对磁微球表面羧基含量的影响在其他试剂和条件不变的情况下，改变反应的单体苯乙烯和丙烯酸的量比，分别设定苯乙烯和丙烯酸的体积比为1、1．5、2、2．5、3，结果如图3所示。随着苯乙烯体积比的增大，磁微球表面的羧基含量逐渐增大，但是增长的量越来越少．这可能是在聚合的过程中，苯乙烯优先于丙烯酸结合到磁微球表面，但

6、随着苯乙烯包覆的增加，丙烯酸聚合在磁微球表面的效率也会得到提高，从而导致在丙烯酸单体总量不增加的条件下，磁微球表面的羧基含量得到了提升．因此，投料比以V(苯乙烯)：V(丙烯酸)=2比较好．Ⅳ.搅拌转速对磁微球表面羧基含量的影响改变机械搅拌的搅拌速度，分别设定反应的搅拌速度为160、220、290、350、420r／min，结果如图4所示。随着搅拌速度的提升，磁性微球表面羧基的含量先升高后降低再又升高，搅拌速度对磁性微球表面羧基含量的影响还是很大的，所以在实验过程中须严格控制搅拌速度不变，这样才能保证实验结果的可信性．搅拌速度为220r／rain时

7、比较好．结论：通过以上讨论可以得出，ATRP法制备磁性高分子复合微球的较优条件为：反应温度90℃左右，反应时间12h左右，V(单体苯乙烯)：V(丙烯酸)=2：1，在该条件下制备得到的磁性高分子复合微球其表面羧基含量最高可达0．50mmol／g，其扫描电镜(SEM)照片如图5所示．从图中可以看出磁微球的平均粒径约50nm，粒径分布比较均匀．