CN104194345A - 一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料及其制备方法。本发明在制备PDMS的过程中加入纳米磁性材料，并用弱磁场对其进行磁化处理，从而制备得到在外加磁场的作用下具有磁极性的PDMS，即在外加磁场的作用下，本发明的具有磁极性的聚二甲基硅氧烷便具有同性相斥、异性相吸的性质，可用于微流控芯片中某些活动结构的制备，如微通道节流阀、磁性驱动泵等活动结构的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚二甲基硅氧烷材料及其制备方法，尤其涉及一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷材料及其制备方法。
背景技术
聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其成本低，使用简单，同硅片之间具有良好的粘附性，具有良好的化学惰性等特点，成为一种广泛应用于微流控等领域的聚合物材料，是制作微流控芯片结构的主要材料。在实验室中传统PDMS的合成通常用含有聚二甲基硅氧烷的主剂与固化剂以适当比例混合均匀后，利用抽真空的方式使混合液中的气泡浮至表面并破裂，接着在设计好微通道结构的硅晶片模子上倒入除气泡后的液态PDMS，然后放入恒温箱中加热(温度与时间参数的不同将会制作出不同硬度的PDMS)使其固化，最后把固化后的PDMS从硅晶片上移出，硅晶片上的微通道结构便会印在固化后的PDMS上，将其进行等离子清洗处理之后可以和玻璃永久贴合，贴合后即为具有某种特定微流道结构的微流控芯片。
目前的PDMS只能制作静态的微流控芯片结构，而不能制作活动结构，与目前的PDMS相比，本发明的方法制备得到的磁极性PDMS具有各向异性，在外加磁场的作用下具有同性相斥、异性相吸的特性，可制备微流控芯片中某些活动结构，如微通道节流阀中的活动截流单元、磁性泵中的活动单元等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料及其制备方法。
本发明的技术方案为如下：
一种聚二甲基硅氧烷，其具有磁极性。所述的聚二甲基硅氧烷的磁感应强度优选为0.01～0.05T(即0.01～0.05特斯拉)，具有N、S两个极性。
本发明进一步提供上述所述的具有磁极性的聚二甲基硅氧烷的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂搅拌混合，真空除尽混合液中的气泡，得液态聚二甲基硅氧烷；
(2)按20:1～50:1的质量比在液态聚二甲基硅氧烷中加入磁性纳米颗粒，搅拌混合，用超声波处理分散磁性纳米颗粒后，搅拌混合，真空除尽混合液中的气泡，得液态磁性聚二甲基硅氧烷；
(3)将液态磁性聚二甲基硅氧烷静置于磁场中磁化，固化得具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，即磁极性聚二甲基硅氧烷。
在上述制备方法中，步骤(1)中所述的聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂为本领域常用的制备微流控芯片用聚二甲基硅氧烷预聚体(即原料)和常规固化剂，在本发明不予具体限定，可以实现本发明的聚二甲基硅氧烷预聚体以及固化剂均可使用。本发明可以优选采用室温条件下粘度为70～80mm2/s的聚二甲基硅氧烷预聚体。本发明更优选采用道康宁DC184SYLGARD184(包括A液和B液，分别相当于所述的聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂)。
上述制备方法中，步骤(2)中所述的超声波处理的目的是使磁性纳米颗粒均匀分散在液态聚二甲基硅氧烷中，具体操作按照本领域常规方法进行，优选采用在60～100KHz、20～60℃、处理10～15分钟。
进一步，在上述所述的所有技术方案中，在步骤(3)中所述的固化优选在磁场存在下进行，所述磁场强度为0.01～0.05T，更优选为0.05T。在具体实施方式中，液态磁性聚二甲基硅氧烷置于模子中，然后将其静放在由两块永磁铁形成的磁场中，使磁性聚二甲基硅氧烷磁化至磁感应强度达到0.01～0.05T，一般放置15～20分钟即可达到该磁感应强度要求，最后将盛有磁化的磁性聚二甲基硅氧烷模子和形成磁场的两块磁铁一同放入恒温箱或一同放置在室温中，使磁化的磁性聚二甲基硅氧烷在磁性环境下固化。在磁性环境下固化，有利于在固化之前一直保持其磁极性不变。
进一步，在上述所述的所有技术方案中，在步骤(3)中所述的固化优选在50～100℃下进行。
进一步，在上述所述的所有技术方案中，在步骤(3)中所述的磁化是指将液态磁性聚二甲基硅氧烷置于磁场中静置使液态磁性聚二甲基硅氧烷的磁感应强度达到0.01～0.05T。其中所述的磁场优选由两块永磁铁形成，永磁铁的表磁强度优选大于0.1T。
进一步，在上述所述的所有技术方案中，在步骤(2)所述的磁性纳米颗粒为铁氧体颗粒，所述磁性纳米颗粒的颗粒度优选为1～100nm，更优选为10～30nm，最优选为20nm。其中所述铁氧体颗粒优选为氧化铁颗粒，最优选为四氧化三铁颗粒。
进一步，在上述所述的所有技术方案中，在步骤(2)中所述的液态聚二甲基硅氧烷和磁性纳米颗粒的质量比优选为20:1～50:1，更优选为20:1。
本发明还提供由上述所述的制备方法制备得到的具有磁极性的聚二甲基硅氧烷。该聚二甲基硅氧烷具有良好的各向异性的磁极性，目前还没有带有磁极性的聚二甲基硅氧烷。
本发明的有益效果：本发明提供一种带有磁极性的PDMS及其制备方法。与传统的PDMS相比，本发明的方法制备的PDMS具有各向异性的磁极性，在外加磁场的作用下具有同性相斥、异性相吸的特性，可制备微流控芯片中某些活动结构，如微通道节流阀中的活动截流单元、磁性泵中的活动单元等。
附图说明
图1为本发明的具有磁极性的聚二甲基硅氧烷的制备流程图。
附图标号：1.PDMS主剂、2.PDMS固化剂、3.液态PDMS、4.磁性纳米颗粒、5.液态磁性PDMS、6.液态磁极性PDMS、7.固态磁极性PDMS。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术
人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从生物或化学公司购买。
本发明实施例所用材料：
PDMS主剂和PDMS固化剂：道康宁DC184SYLGARD184，其中所述PDMS主剂相当于本发明中所述的聚二甲基硅氧烷预聚体，PDMS固化剂相当于本发明中所述的固化剂。
永磁铁：表磁强度应大于0.1T的永磁铁。
磁性纳米颗粒：四氧化三铁颗粒。
实施例1
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到，制备方法流程图如图1所示：
(1)将PDMS主剂1和PDMS固化剂2按质量比10:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS 3；
(2)将液态PDMS 3中加入磁性纳米颗粒4(四氧化三铁颗粒，颗粒度20nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒4均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS 5；其中所述液态PDMS 3和磁性纳米颗粒4的质量比为20:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS 5的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.05T，得液态磁极性PDMS 6；
(4)液态磁极性PDMS 6在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS 7,其磁极性的磁感应强度为0.05T，具有N、S两个极性。
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS 6的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS 6在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS 6不接触，最终产品不包括永磁铁。
实施例2
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到：
(1)将PDMS主剂和PDMS固化剂按质量比10:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS；
(2)将液态PDMS中加入磁性纳米颗粒(四氧化三铁颗粒，颗粒度40nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS；其中所述液态PDMS和四氧化三铁颗粒的质量比为20:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.05T，得液态磁极性PDMS；
(4)液态磁极性PDMS在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS，其磁极性的磁感应强度为0.04T，具有N、S两个极性。
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS不接触，最终产品不包括永磁铁。
实施例3
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到：
(1)将PDMS主剂和PDMS固化剂按质量比10:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS；
(2)将液态PDMS中加入磁性纳米颗粒(四氧化三铁颗粒，颗粒度60nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS；其中所述液态PDMS和磁性纳米颗粒的质量比为20:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.05T，得液态磁极性PDMS；
(4)液态磁极性PDMS在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS,其磁极性的磁感应强度为0.03T，具有N、S两个极性。
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS不接触，最终产品不包括永磁铁。
实施例4
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到：
(1)将PDMS主剂和PDMS固化剂按质量比10:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS；
(2)将液态PDMS中加入磁性纳米颗粒(四氧化三铁颗粒，颗粒度20nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS；其中所述液态PDMS和磁性纳米颗粒的质量比为30:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.05T，得液态磁极性PDMS；
(4)液态磁极性PDMS在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS,其磁极性的磁感应强度为0.03T，具有N、S两个极性。
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS不接触，最终产品不包括永磁铁。
实施例5
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到：
(1)将PDMS主剂和PDMS固化剂按质量比10:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS；
(2)将液态PDMS中加入磁性纳米颗粒(四氧化三铁颗粒，颗粒度20nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS；其中所述液态PDMS和磁性纳米颗粒的质量比为40:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.05T，得液态磁极性PDMS；
(4)液态磁极性PDMS在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS,其磁极性的磁感应强度为0.025T，具有N、S两个极性。
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS不接触，最终产品不包括永磁铁。
实施例6
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到：
(1)将PDMS主剂和PDMS固化剂按质量比8:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS；
(2)将液态PDMS中加入磁性纳米颗粒(四氧化三铁颗粒，颗粒度20nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS；其中所述液态PDMS和磁性纳米颗粒的质量比为20:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.045T，得液态磁极性PDMS；
(4)液态磁极性PDMS在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS,其磁极性的磁感应强度为0.05T，具有N、S两个极性
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS不接触，最终产品不包括永磁铁。
实施例7
一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷，按如下方法制备得到：
(1)将PDMS主剂和PDMS固化剂按质量比10:1混合均匀，搅拌3min后，将混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态PDMS；
(2)将液态PDMS中加入磁性纳米颗粒(氧化铁颗粒，颗粒度20nm)，搅拌混合5min后，在80KHz频率的超声波处理，使磁性纳米颗粒均匀分散在液态PDMS中，搅拌混合，混合液放入25℃恒压真空箱除气，直至气泡完全去除，得液态磁性PDMS；其中所述液态PDMS和磁性纳米颗粒的质量比为20:1；
(3)将盛有液态磁性PDMS的模子放到由两块永磁铁形成的磁场中静置10min，磁场的强度为0.05T，得液态磁极性PDMS；
(4)液态磁极性PDMS在存在步骤(3)所述的磁场条件下，在80℃固化，使其完全固化，得本发明的具有磁极性的PDMS，固态磁极性PDMS,其磁极性的磁感应强度为0.05T，具有N、S两个极性。
在步骤(4)中，将盛有液态磁极性PDMS的模子和设置有形成磁场的两块永磁铁的模子一同放入80℃的恒温箱中固化，实现液态磁极性PDMS在磁场存在下固化。永磁铁和液态磁极性PDMS不接触，最终产品不包括永磁铁。
Claims (9)
1.一种聚二甲基硅氧烷，其特征在于，所述的聚二甲基硅氧烷具有磁极性。
2.根据权利要求1所述的聚二甲基硅氧烷，其特征在于，所述的聚二甲基硅氧烷的磁感应强度为0.01～0.05T，具有N、S两个极性。
3.一种具有磁极性的聚二甲基硅氧烷的制备方法，包括如下步骤：
(1)将聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂搅拌混合，真空除尽混合液中的气泡，得液态聚二甲基硅氧烷；
(2)按20:1～50:1的质量比在液态聚二甲基硅氧烷中加入磁性纳米颗粒，搅拌混合，用超声波处理分散磁性纳米颗粒后，搅拌混合，真空除尽混合液中的气泡，得液态磁性聚二甲基硅氧烷；
(3)将液态磁性聚二甲基硅氧烷静置于磁场中磁化，固化得具有磁极性的聚二甲基硅氧烷。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中所述的聚二甲基硅氧烷预聚体和固化剂的质量比为8:1～12:1。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中所述的固化是在磁场存在下进行，所述磁场强度为0.01～0.05T。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的固化在50～100℃下进行。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中所述的磁化是指将液态磁性聚二甲基硅氧烷置于磁场中静置至液态磁性聚二甲基硅氧烷的磁感应强度达到0.01～0.05T。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)所述的磁性纳米颗粒为铁氧体颗粒。
9.根据权利要求3～8的任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的磁性纳米颗粒的颗粒度为1～100nm。
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| CN115242119B (zh) * | 2022-08-03 | 2024-06-04 | 东北电力大学 | 一种微锥纳米颗粒结构摩擦纳米发电机制备方法及其装置 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |