磁性高分子制备和应用.doc

磁性高分子微球的制备及应用研究进展 摘 要: 磁性高分子微球具有广泛的应用前景, 磁性高分子的制备和应用成了近几年的研究的热点。本文简要综述了近年来制备磁性高分子微球的主要方法和它在各行业的应用。 关键词:磁性高分子微球 原位法 包埋法 应用 综述 1、前言 进入20世纪80年代以来,一场与之相适应的“新材料革命”蓬勃兴起。新材料的开发重点是功能材料、高性能陶瓷材料和复合材料。在功能材料中, 功能高分子材料占有举足轻重的地位,其内容丰富、品种繁多、发展迅速,已成为新技术革命必不可少的关键材料,并将对21世纪人类社会生活产生巨大影响。对功能高分子材料,目前尚无明确的定义,一般认为,是指除了具有一定的力学性能之外,还具有特定功能(如导电性、电磁性、催化性和生物活性等)的高分子材料。现代多学科交叉的特点促进了功能高分子材料的研究与发展,从功能及应用上可将功能高分子材料大致分为以下几类: 电磁功能高分子材料、生物医用高分子材料、化学功能高分子材料和光功能高分子材料。 在人类的材料发展史上，磁性材料领域曾长期为含铁或稀土金属元素的合金和氧化物等无机磁性材料所独占。但由于传统磁性材料必须经过高温冶炼才能得到应用,而且密度大,精密加工成型很困难,加工过程中的磁损耗很大等原因,使得传统磁性材料在高新技术和尖端科技应用受到很大限制。20世纪80年代中期出现了新的交叉学科——有机和高分子磁学。前苏联的科学家Ovchinnikov，西班牙的F.Palacio，日本的T.Sugano，法国的Kahn等为此作出了巨大的贡献。高分子磁性材料因为其结构种类呈现多样性,较适合通过化学方法合成得到磁性能与力学性能、光性能、电性能均较好的综合性能。这类磁性材料还具有磁损耗小和特轻质磁性等特点,很适合应用在超高频装置、超高密度存贮材料、吸波材料、微电子工业和宇航等领域。随着社会发展和科技进步，磁性高分子材料的合成和应用研究成果层出不穷，已成为当今功能高分子材料研究领域中的热点之一。 2 磁性高分子材料的分类及设计准则 结构型有机高分子磁性材料主要包括二炔烃类衍生物的聚合物, 聚合物的配位化合物, 共轭的高自旋聚合物, 含杂环的聚合物自由基等。目前国际上结构性磁性化合物的研究集中在四种化合物类型: 纯有机磁性高分子( 不含金属原子) 、大π键体系的化合物、电荷转移复合物类、含金属原子配合物类。磁性材料的磁性主要来自电子的自旋, 物质具有磁性需要两个条件: 原子具有固有磁矩是必要条件;电子间交换积分大于零是充分条件。因此, 制造分子的( 而不是原子的) 强磁体的关键是制备电子数为奇数的, 至少有一个不成对电子的分子, 再利用聚合、结晶、氢键、掺杂等手段, 加强其分子间的作用力, 使分子有序排列和自旋有序取向, 就能实现有机物质的宏观磁性。 合成有价值的磁性高分子的设计准则: ( 1) 含未成对电子的分子间能产生铁磁相互作用,达到自旋有序化是获得铁磁性高分子的充要条件。 (2) 分子中应有高自旋态的苯基, 含N、NO、O、CN、S 等自由基体系或基态为三线态的4π电子的环戊二烯基阳离子或苯基双阳离子等。 (3) 3d 电子的Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Ru、Os、V、T i 等含双金属有机高分子络合物是顺磁体, 若使两个金属离子间结合一个不含未成对电子的有机基团, 则可引起磁性离子M1M2 间的超交换作用而获铁磁体。 ( 4) 按电荷转移模式设计对称取代二茂金属( Fe、Co、Ni) 及其稠环高分子化合物, 与受体TCNE( 四氰基乙烯) 、TCNQF4 ( 四氟代TCNQ) 等作用可生成电荷转移盐铁磁体。 3.磁性高分子的制备方法 磁性高分子微球是将磁性粒子分散、包裹于高分子材料中或者包被在高分子材料表面形成的具有特殊功能团的微球。这种磁性微球具有两个显著特点: ( 1 ) 具有较好的顺磁性, 能被外加磁场吸引, 但在撤消外加磁场时又能够很好的分散; (2)具有高分子粒子的特性,可以对其表面进行化学修饰从而赋予其表面多种具有生物活性的官能团。 3.1 原位法 该方法首先制得单分散的致密或多孔高分子微球, 此微球根据不同的需要含有可与铁盐形成配位键或离子键的基团, 随后可根据高分子微球所具有的不同功能基, 以不同的方法来制备磁性高分子微球。Ugelstand 等用原位法制备出了磁性高分子微球, 并开发了系列商品化的产品。Ramos 等以聚乙烯基吡啶为基体, 用原位合成法制备了CoO 和Fe2O3 的超顺磁性纳米复合材料。Rabelo 等以丙烯献氰氯乙烯/ 甲基异丁烯酸镐/ 二乙烯基苯的聚合物为基体, 用KOH 和KNO3 氧化亚铁离子,制得了磁性纳米复合材料。Ma 等利用原位法合成粒径均一, 高磁含量的带胺基的聚甲基丙烯酸酸环氧丙醋( P G M A ) 磁性微球,