CN102391603B - 一种磁性高分子水凝胶的制备方法 - Google Patents

一种磁性高分子水凝胶的制备方法 Download PDF

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一种磁性高分子水凝胶的制备方法，本发明在磁性高分子水凝胶的形成过程中，铁离子通过扩散作用进入到聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶的三维网络结构中，并通过静电相互作用被阴离子水凝胶中的磺酸根吸附而稳定、均匀的分布于水凝胶中，再通过简单温和的共沉淀法使铁离子在特殊的高分子水凝胶网络微环境中原位生成尺寸在50nm～100nm左右的八面体Fe3O4磁性颗粒，从而得到了Fe3O4磁性颗粒形貌规则且分布均匀的磁性高分子水凝胶，由此方法制备出来的磁性高分子水凝胶不仅克服了磁性分布不均匀的问题，而且凝胶中的磁性颗粒具有平均尺寸在50nm～100nm左右的规则的八面体形貌，从而使磁性水凝胶具有极低的剩磁。

Description

一种磁性高分子水凝胶的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种磁性高分子水凝胶的制备方法。
背景技术
磁性高分子水凝胶将磁性纳米粒子引入到具有良好生物相容性的水凝胶中，它在生物医学领域拥有了广泛的应用前景。这种具有“环境响应”性的智能型水凝胶，在药物缓释体系，靶向治疗，生物传感器，医学分析和医学诊断等方面有着广泛的应用前景。Fe3O4由于其具有的良好的磁性及生物相容性，通常被作为磁性组分而应用于磁性高分子水凝胶材料中。目前，Fe3O4磁性高分子水凝胶材料的合成方法可分为两类，其中最常用的是包埋法，即将事先合成好的磁性颗粒通过物理共混的方法分散到高分子凝胶单体溶液中，然后通过高分子交联反应形成磁性水凝胶，但是该方法存在由于磁性纳米粒子在形成凝胶过程中易发生团聚和沉淀而引起磁性分布不均的问题。另一种为原位合成法，即将制备好的高分子水凝胶材料浸泡于磁性材料前驱体溶液中，然后通过下一步化学反应在水凝胶材料中原位形成无机磁性纳米粒子，该方法虽对磁性分布不均匀的情况有所改善，但在由于在高分子水凝胶中原位合成磁性颗粒，较难控制其尺寸及形貌从而难于得到Fe3O4磁性颗粒形貌规则且分布均匀的磁性高分子水凝胶。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种磁性高分子水凝胶的制备方法，由此方法制备出来的磁性高分子水凝胶不仅克服了磁性分布不均匀的问题，而且凝胶中的磁性颗粒具有平均尺寸在100nm左右的规则的八面体形貌，从而使磁性水凝胶具有极低的剩磁。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种磁性高分子水凝胶的制备方法，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在4-10%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
本发明在磁性高分子水凝胶的形成过程中，铁离子通过扩散作用进入到聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶的三维网络结构中，并通过静电相互作用被阴离子水凝胶中的磺酸根吸附而稳定、均匀的分布于水凝胶中，然后通过简单温和的共沉淀法使铁离子在特殊的高分子水凝胶网络微环境中原位生成尺寸在50nm～100nm左右的八面体Fe3O4磁性颗粒，从而得到了Fe3O4磁性颗粒形貌规则且分布均匀的磁性高分子水凝胶，由此方法制备出来的磁性高分子水凝胶不仅克服了磁性分布不均匀的问题，而且凝胶中的磁性颗粒具有平均尺寸在100nm左右的规则的八面体形貌，从而使磁性水凝胶具有极低的剩磁。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作更详细的说明。
实施例1：
磁性高分子水凝胶的制备方法，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在4%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
通过振动样品磁强计(VSM)表征，证实了本实施例所制备的磁性高分子水凝胶在室温下的饱和磁化强度为22.149emu/g，且表现出超顺磁性。而在SEM的表征中，可观察到在水凝胶高分子网络中有大量单分散的尺寸在50nm左右的八面体Fe3O4磁性颗粒。
实施例2：
磁性高分子水凝胶的制备方法，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在7%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
通过振动样品磁强计(VSM)表征，证实了本实施例所制备的磁性高分子水凝胶在室温下的饱和磁化强度为11.679emu/g，且表现出超顺磁性。而在SEM的表征中，可观察到在高分子水凝胶网络中有大量单分散的尺寸在100nm左右的八面体Fe3O4磁性颗粒。
实施例3：
磁性高分子水凝胶的制备方法，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在10%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
通过振动样品磁强计(VSM)表征，证实了本实施例所制备的磁性高分子水凝胶在室温下的饱和磁化强度为13.634emu/g，且表现出超顺磁性。而在SEM的表征中，可观察到在高分子水凝胶网络中有大量单分散的尺寸在120nm左右的八面体Fe3O4磁性颗粒。

Claims (4)

1.一种磁性高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在4-10%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
2.根据权利要求1所述的磁性高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在4%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
3.根据权利要求1所述的磁性高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在7%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
4.根据权利要求1所述的磁性高分子水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1:以2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠为单体，甲叉双丙烯酰胺为交联剂，通过利用365nm紫外光引发的自由基聚合反应来形成交联密度在10%的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶；
步骤2：将FeSO4与Fe2(SO4)3按照质量之比为11:1的比例混合，加入去离子水配制成1.89M的饱和铁离子溶液；
步骤3：将步骤1中所述的聚2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸钠阴离子水凝胶浸入到步骤2中所述的饱和铁离子溶液内，室温下浸泡24h，使阴离子水凝胶与铁离子完全吸附；
步骤4：配制0.5M的NaOH溶液；
步骤5：将步骤3中吸附了铁离子的水凝胶浸泡到步骤4的NaOH溶液中，水浴加热至50℃，恒温保持12h，得到磁性高分子水凝胶。
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