磁性納米復(fù)合水凝膠的制備及其性能研究.pdf

1、近年來，以無機(jī)粘土片為交聯(lián)點(diǎn)的納米復(fù)合(NC)凝膠在力學(xué)性能、光學(xué)透過性、溶脹性能、生物相容性方面較化學(xué)交聯(lián)(OR)凝膠有了很大改善。雖然NC凝膠綜合性能較好，并且對外界刺激(溫度、pH、溶劑)有一定的響應(yīng)性，但是關(guān)于NC凝膠光、電、磁響應(yīng)的報道卻十分罕見。本文針對高力學(xué)性能的凝膠難以實(shí)現(xiàn)磁性構(gòu)筑這一難題，通過在凝膠基體中引入Fe3O4納米粒子，成功實(shí)現(xiàn)了水凝膠的磁性響應(yīng)。
　　 (1)針對高分子水凝膠難以實(shí)現(xiàn)高力學(xué)性能與磁性構(gòu)

2、筑有機(jī)統(tǒng)一這一難題，在PAAm基NC凝膠基體中，通過化學(xué)共沉淀法將Fe3O4納米粒子引入凝膠網(wǎng)絡(luò)中制備SAM凝膠，成功實(shí)現(xiàn)了凝膠的磁性響應(yīng)。Fe3O4納米粒子吸附在PAAm凝膠基體中，通過SEM和TEM表征方法觀察到Fe3O4在NC凝膠基體中均勻分散，粒徑約為60nm。研究結(jié)果表明：隨著凝膠浸泡液中鐵鹽濃度升高，SAM凝膠飽和磁化強(qiáng)度(Ms)增加；隨著凝膠預(yù)聚液中單體AAm的濃度增加，SAM凝膠Ms增加；隨著凝膠預(yù)聚液中無機(jī)粘土比例增加

3、，SAM凝膠Ms降低，進(jìn)一步說明Fe3O4納米粒子與凝膠網(wǎng)絡(luò)中PAAm分子鏈的非共價鍵作用使得該凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性能，其磁性能可以通過凝膠預(yù)聚液中單體、交聯(lián)點(diǎn)或者浸泡液中鐵離子的濃度調(diào)控。
　　 (2)針對SAM凝膠單一磁性響應(yīng)的缺陷，在具有親水-疏水轉(zhuǎn)變的PNIPA凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通過原位化學(xué)共沉淀方法引入Fe3O4納米粒子，制備溫度、磁性雙重響應(yīng)的SNM凝膠。Fe3O4納米粒子吸附在PNIPA凝膠基體中，通過SEM和TEM

4、表征方法觀察到Fe3O4在NC凝膠基體中均勻分散，粒徑約為50nm。研究結(jié)果表明：隨著凝膠中Fe3O4納米粒子含量增加，SNM凝膠的平衡溶脹率和退溶脹率降低，而其Ms增加；隨著凝膠預(yù)聚液中單體NIPA的濃度增加，SNM凝膠Ms增加；隨著凝膠預(yù)聚液中無機(jī)粘土比例增加，SNM凝膠Ms降低，進(jìn)一步說明Fe3O4納米粒子與凝膠網(wǎng)絡(luò)中PNIPA分子鏈的非共價鍵作用使得該凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性能，其磁性能可以通過凝膠預(yù)聚液中單體、交聯(lián)點(diǎn)或者浸泡液中鐵

5、離子的濃度調(diào)控。
　　 (3)目前，聚合物/粘土體系的NC凝膠存在磁性構(gòu)筑時間長和磁性粒子含量難以精確控制的問題。針對這一關(guān)鍵問題，首先通過細(xì)乳液聚合在PS納米粒子內(nèi)部引入15nm的磁性Fe3O4納米粒子，隨后在PS表面接枝可聚合光引發(fā)劑HMEM，成功制備了具有紫外光引發(fā)活性的Fe3O4/PS/HMEM納米微球乳液，微球的粒徑約為105nm，粒徑分布均勻，無裸露的Fe3O4納米粒子存在，雜化微球的Ms為41.89emu/g，無機(jī)

6、Fe3O4含量高達(dá)50wt％。這種新型的Fe3O4/PS/HMEM雜化微球集引發(fā)活性、交聯(lián)作用、磁性響應(yīng)于一體，并且具有磁含量可控的優(yōu)點(diǎn)。
　　 (4)將具有磁性功能和引發(fā)活性的Fe3O4/PS/HMEM雜化微球引入凝膠合成體系充當(dāng)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，在磁性微球乳液中加入單體AAm，通過紫外光引發(fā)微球表面原位自由基聚合，制備具有均一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的MAT凝膠。同時，系統(tǒng)研究了光照時間、磁性乳液濃度、單體濃度對MAT凝膠內(nèi)部形態(tài)、動態(tài)力學(xué)性能、溶