CN104200948A - 纳米氧化铁基3d打印用磁性材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了纳米氧化铁基3D打印用磁性材料及其制备方法，具体步骤为将聚丙烯酸与四氢呋喃混合，加入壳聚糖，室温搅拌，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌，然后加入平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热搅拌，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。其中纳米氧化铁粉含量为40~50%，聚丙烯酸含量10~20%，壳聚糖含量为10~20%，3-氨丙基三甲氧基硅烷含量为10~20%，聚乙烯吡咯烷酮含量为5~15%，四氢呋喃含量为10~20%。本发明提供的磁性材料可在50~60℃的温度范围内进行3D打印，可在打印成型后的纳米氧化铁基磁性材料的稳定性好，饱和磁化强度高。

Description

纳米氧化铁基3D打印用磁性材料及其制备方法

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种纳米氧化铁基3D打印用磁性材料及其制备方法。

背景技术

氧化铁磁性纳米颗粒在磁共振成像对比度增强、组织修复、免疫测定、高热疗法、药物释放和细胞分选等方面有着广阔的应用前景。将超顺磁性氧化铁粒子应用于分子和细胞成像，在细胞和分子水平活体评价生物过程。铁氧化物纳米颗粒的性质，如尺寸、电荷、表面性质和聚集态等都不仅会影响磁共振成像的效果，而且还会影响它们在体内的稳定性、分布、代谢、调理以及血管系统的清除等。根据不同的应用需求，合理构建磁性纳米材料的物理化学性质，如合理的表面改性、纳米化学和连接相关的生物分子能够有效克服当前细胞成像的一些局限性，例如迅速有效的摄取纳米粒子、有效放大成像信号和提高成像质量等。磁性铁氧化颗粒在没有任何表面修饰的情况下，具有非常高的比表面积。颗粒易发生团聚。形成块状，导致颗粒尺寸增加。颗粒之间由于磁性吸引和范德华力作用易发生聚沉，表面改性通常是必不可少的。所以通过表面修饰降低颗粒的表面能是得到具有可溶性和可分散性磁性纳米颗粒的重要手段。同时适当的表面修饰或分子修饰还可以调节磁性纳米颗粒的生物相容性和反应特,从而满足其在生物医学领域的不同应用需求。

三维打印成形技术是一种基于喷射技术，从喷嘴喷射出液态微滴或连续的熔融材料束，按一定路径逐层堆积成形的快速成形技术。自国外提出基于喷射粘接剂粘接粉末工艺的三维打印成形技术以来，经过十几年的发展，已经开发出多种新材料新工艺的三维打印成形技术，并已生产出相应的三维打印机。根据其使用的不同材料类型，三维打印成形技术可分为粘接材料三维打印成形、光敏材料三维打印成形和熔融材料三维打印成形三种工艺。在制药方面，基于粘接材料的三维打印技术不产生热，能够生成药物所需要的多孔结构，在可控释放药物的制作上有独特的优势。国外实验室利用这种多喷嘴三维打印技术，将几种用量相当精确的药打人生物相融的、可水解的聚合物基层中，实现可控释放药物的制作。

当前能用于3D打印的磁性材料非常罕见，而磁性材料在医疗领域的应用已十分广泛，纳米氧化铁基3D打印用磁性材料将显著扩展3D打印技术的应用范围。

发明内容

本发明属于磁性材料技术领域，涉及一种纳米氧化铁基3D打印用磁性材料及其制备方法。该磁性材料制备方法的特征为将聚丙烯酸与四氢呋喃混合，加入壳聚糖，室温搅拌，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌，然后加入平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热搅拌，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。本发明制备的磁性材料应用领域广泛，包括气敏材料及传感器、高密度磁存储、医疗器械、电子电器、废水处理等。

本发明提出的纳纳米氧化铁基3D打印用磁性材料，由下列重量比的原料组成：

纳米氧化铁                      40~50%，

聚丙烯酸                        10~20%，

壳聚糖                         10~20%，

3-氨丙基三甲氧基硅烷            10~20%，

聚乙烯吡咯烷酮                   5~15%，

四氢呋喃                       10~20%。

所述的纳米氧化铁基3D打印用磁性材料，其制备方法包括以下步骤：

1）将重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将聚丙烯酸与四氢呋喃混合，加入壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热至50~60℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。

将该材料在50~60℃进行3D打印，测试成型后材料的密度、拉伸强度及饱和磁化强度。

本发明制备的磁性材料可制成薄膜阵列，具有良好的耐候性、耐光性、磁性和对紫外线具有良好的吸收和屏蔽效应，可广泛应用于塑料、皮革、电子、高磁记录材料、催化剂以及生物医学工程等方面。

有益效果

本发明的优点在于：

（1）将纳米氧化铁分散在具有一定粘度的胶体溶液中，氧化铁分布均匀，打印成型材料比表面积高。

（2）本发明制备的3D打印材料是一种流体材料，打印过程不会堵塞3D打印机喷头，适用于现有的多数3D打印机。

（3）制备工艺简单，生产成本低，便于推广和应用。

（4）打印成型后的磁性材料的饱和磁化强度高，达到78emu/g。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明

实施例1

将15g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将10g聚丙烯酸与10g四氢呋喃混合，加入10g壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入10g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、15g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入45g平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热至50℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.89g/cm³，拉伸强度为138.1MPa，饱和磁化强度为75emu/g。

实施例2

将5g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将20g聚丙烯酸与15g四氢呋喃混合，加入10g壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入10g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入40g平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热至60℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。将该材料在60℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.63g/cm³，拉伸强度为129.3MPa，饱和磁化强度为54emu/g。

实施例3

将5g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将10g聚丙烯酸与10g四氢呋喃混合，加入15g壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入10g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入50g平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热55℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.98g/cm³，拉伸强度为101.7MPa，饱和磁化强度为78emu/g。

实施例4

将5g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将10g聚丙烯酸与20g四氢呋喃混合，加入10g壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入15g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入40g平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热50℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。将该材料在60℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.46g/cm³，拉伸强度为96.2MPa，饱和磁化强度为46emu/g。

实施例5

将5g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将15g聚丙烯酸与10g四氢呋喃混合，加入20g壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入10g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入40g平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热60℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。将该材料在60℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.69g/cm³，拉伸强度为106.8MPa，饱和磁化强度为57emu/g。

实施例6

将10g重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；在氮气氛围下，将10g聚丙烯酸与10g四氢呋喃混合，加入10g壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入20g 3-氨丙基三甲氧基硅烷、10g聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入40g平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热50℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。将该材料在50℃进行3D打印，成型后材料的密度为2.61g/cm³，拉伸强度为111.1MPa，饱和磁化强度为53emu/g。

Claims (2)

1.一种纳米氧化铁基3D打印用磁性材料，其特征在于：由下列重量比的原料组成：

纳米氧化铁                      40~50%，

聚丙烯酸                        10~20%，

壳聚糖                         10~20%，

3-氨丙基三甲氧基硅烷            10~20%，

聚乙烯吡咯烷酮                   5~15%，

四氢呋喃                       10~20%。

2.权利要求1所述纳米氧化铁基3D打印用磁性材料，其制备方法包括以下步骤：

1）将重均分子量为1~3万的聚乙烯吡咯烷酮粉碎成100~120目的颗粒；

2）按重量配比称取原料；

3）在氮气氛围下，将聚丙烯酸与四氢呋喃混合，加入壳聚糖，室温搅拌30分钟，再依次加入3-氨丙基三甲氧基硅烷、聚乙烯吡咯烷酮颗粒，室温搅拌30分钟，然后加入平均粒径为20纳米的氧化铁粉，加热至50~60℃，搅拌30分钟，冷却至室温，得纳米氧化铁基3D打印用磁性材料。