[发明专利]一种表面改性的铁粉以及铁粉的表面改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面改性的铁粉以及铁粉的表面改性方法，尤其是涉及一种采用含有巯基或氨基官能团的二氧化硅对铁粉进行改性的方法，使铁粉具有更好的生物相容性，属于生物医用材料技术领域。

背景技术

铁粉通常指尺寸小于1mm的铁的颗粒集合体，颜色为黑色，习惯上按粒度分为粗粉、中等粉、细粉、微细粉和超细粉五个等级。粒度为150～500μm范围内的颗粒组成的铁粉为粗粉，粒度在44～150μm为中等粉，10～44μm的为细粉，0.5～10μm的为极细粉，小于0.5μm的为超细粉。铁粉是粉末冶金的主要原料，也可作为橡塑产品填充用。铁粉由于其磁学性质，可用于磁分离材料，是磁铁的主要原料之一，也可用作医药生物材料，例如，作为热疗袋填料及药物递载。铁粉作为无机材料，生物体对其有排异性，因此用作生物医药材料时需要进行生物适应性的表面改性，目前改性的手段有三种，即直接连接官能团、SiO₂包覆及生物相容性的聚合物包覆，其中SiO₂包覆是常用手段。目前已有的技术中主要直接采用纯的SiO₂层进行处理，处理后包覆不均匀、包覆层过厚，生物相容性不好，对其应用造成限制。

发明内容

针对现有铁粉的生物相容性表面改性技术的局限性，本发明提供了一种铁粉的表面改性方法，该方法对溶胶凝胶法制备SiO₂层的方法进行了改进，在铁粉的表面能够均匀地包覆一层表面带有官能团的功能化SiO₂层，SiO₂层表面的氨基或巯基官能团可以与生物分子实现特异性连接，增加生物相容性，克服了现有技术的不足。

本发明还提供了一种表面改性的铁粉，该铁粉表面包覆带有巯基或氨基的SiO₂层，SiO₂层与铁粉基材结合牢固，生物相容性好，可以很好地实现与生物分子的特异性连接，性质稳定。

本发明技术方案如下：

一种铁粉的表面改性方法，该方法通过在铁粉表面包覆一层表面带有官能团的二氧化硅的方式对铁粉进行表面改性，所述官能团为巯基或氨基，二氧化硅层的包覆包括以下步骤：

（1）将铁粉分散到乙醇中，在搅拌下滴加烷氧基硅烷，滴完后继续搅拌，直至得到分散均匀的悬浮液；

（2）在步骤（1）所得的悬浮液中滴加氨水，加完后继续搅拌，直至得到分散均匀的悬浮液；

（3）在上述步骤（2）得到的悬浮液中加入含有巯基或氨基的烷氧基硅烷，继续搅拌20-60小时，然后将悬浮液离心分离，得到表面改性的铁粉。

目前，传统的溶胶凝胶制备二氧化硅的方法一般是将烷氧基硅烷与水解所需试剂直接混合水解得到SiO₂，这种方法水解聚合速度快，容易造成包覆不均匀和包覆层过厚，反应过程需要对条件严格控制，操作性不强，处理后的部分铁粉的磁性会受到影响。本发明SiO₂的包覆分两步，首先是通过步骤（1）和（2）包覆薄的纯SiO₂层，之后通过步骤（3）包覆官能团层，分步操作反应容易控制，容易形成均匀、致密、厚度适宜的溶胶凝胶SiO₂层。此外，该方法包覆过程均在室温下进行，工艺简单、低能耗、环保，易于控制。

上述表面改性方法中，所述表面带有官能团的二氧化硅层（简称二氧化硅层）的厚度为1-4纳米。厚度过大会降低产品的磁性，影响使用。

上述表面改性方法中，所述铁粉为微米级铁粉，优选的粒度为0.5～500 微米。

上述步骤（1）中，烷氧基硅烷选自正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯。

上述步骤（1）中，铁粉和烷氧基硅烷的重量比为1：0.001-0.005。

上述步骤（1）中，乙醇的用量没有特定的要求，原料加入后便于搅拌即可。

上述步骤（1）中，滴完烷氧基硅烷后，继续搅拌的目的是增加硅烷试剂的与铁粉的连结性，一般的搅拌时间在5-10h。

上述步骤（1）中，烷氧基硅烷以滴加的方式加入，以防止其团聚。

上述步骤（2）中，氨水的加入是为了使烷氧基硅烷充分水解，氨水一般过量加入

上述步骤（2）中，加完氨水后，继续搅拌5-20h。

上述步骤（3）中，含有氨基的烷氧基硅烷选自氨丙基三甲氧基硅烷或氨丙基三乙氧基硅烷，含有巯基的烷氧基硅烷选自巯丙基三甲氧基硅烷或巯丙基三乙氧基硅烷。

上述步骤（3）中，含有巯基或氨基的烷氧基硅烷的用量为步骤（1）中铁粉和烷氧基硅烷总质量的0.05-0.3%。