[发明专利]一种单分散厚度可控的磁性核壳聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有厚度可控的单分散磁性核壳聚合物的制备方法。

背景技术

磁性材料作为一类重要的功能材料，在环境有害物质分离、催化、信息储存、生物成像以及药物传输等领域具有广泛的应用前景。其中铁基磁性材料，如四氧化三铁，因其高的饱和磁化强度、容易的合成技术以及可控的尺寸与形貌，受到了许多国内外研究者的青睐。然而，单纯的四氧化三铁是化学惰性的，缺少功能基团，另外对于小粒径的四氧化三铁纳米颗粒具有高的表面能，使其易于团聚而大大降低了其应用性能。

对于磁性材料进行核壳结构包裹作为一种有效的解决其稳定性问题以及其应用上的可靠性和广泛性受到了越来越多的重视，通过具备厚度可控性壳层的包覆，不仅可以提高其稳定性还能够拓宽其应用领域。目前，聚合物基质包裹的磁性核壳材料不仅对有机基质具有良好的兼容性，还易于其它有机、无机功能物种的修饰改性，赋予纳米复合材料以特定的性质。例如，可直接用于对废水中有机污染物的高效富集分离；可无机金属浸渍后用于环境污染物的催化降解；可有机修饰后用于抗癌药物的传输与控制释放，可负载显影剂用于生物成像等。

目前，关于聚合物包裹的磁性核壳聚合物材料的合成，主要采用的是对四氧化三铁纳米颗粒进行预修饰改性后，通过自由基聚合来对其进行聚合物包裹。如Takafuji[M. Takafuji, S. Ide, H. Ihara and Z. H. Xu, Preparation of Poly(1-vinylimidazole)-Grafted Magnetic Nanoparticles and Their Application for Removal of Metal Ions, Chem. Mater. 2004, 16, 1977-1983]报道了先对磁性氧化铁表面进行硅烷化修饰，同时以乙烯基咪唑与有机硅烷进行调聚反应，然后将聚乙烯基咪唑再嫁接到磁性核表面得到磁性核壳聚乙烯基咪唑材料；Yang [B. Liu, W. Zhang, F. K. Yang, H. L. Feng and X. L. Yang, Facile Method for Synthesis of Fe₃O₄@Polymer Microspheres and Their Application As Magnetic Support for Loading Metal Nanoparticles, J. Phys. Chem. C., 2011, 115, 15875-15884]报道了以氢键作用为导向，通过蒸馏沉淀聚合的方法在四氧化三铁纳米球的表面包裹一层聚合物。然而，上述这些方法通常需要繁琐的流程、昂贵的试剂、低的产率、工业化制备难度较大，更重要的是，制得的磁性核壳聚合物的分散性差，在应用上受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方法可靠、操作简单、材料性能优异、适于大规模工业化生产的液相合成聚合物包覆磁性四氧化三铁核壳结构材料的制备方法。

本发明是以多酚与醛为聚合物前体物，利用改进的St?ber法来控制聚合物层在磁性四氧化三铁核表面的溶液自组装，得到磁性核壳聚合物材料。 

本发明的关键点在于对催化剂用量、反应体系中溶剂（水或醇水）的调控以及相关条件来制备磁性核壳聚合物材料。

本发明的聚合物包裹磁性材料的制备方法包括以下步骤：

（1）四氧化三铁核壳聚合物的制备

将磁性四氧化三铁纳米球分散于反应溶剂中，在温度为0~80℃搅拌条件下，将反应前体物与催化剂加入，反应3~8 h，即得含聚合物包裹的四氧化三铁核壳材料的乳液；

（2）产物洗涤

   将步骤（1）得到的聚合物包裹的四氧化三铁核壳材料的乳液用磁铁吸附分离，所得到的沉淀物用纯水和乙醇洗涤，干燥后即得聚合物包裹的四氧化三铁核壳材料。

所述的多酚为苯酚、对苯二酚、间苯二酚、间苯三酚所组成的组中的至少一种。

所述的醛为甲醛、乙醛、丙醛组成的组中的至少一种。

所述的碱性水溶液的碱源选自碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸铵、氨水碱性化学试剂组成的组中的至少一种。

所述的碱性水溶液的质量百分浓度为1~30%。

所述的水为蒸馏水。

所述的其它试剂均为分析纯。