CN110835383A - 一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球及其制备方法 - Google Patents

一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球,所述核是Fe3O4,所述壳是苯乙烯(St)和对氯甲基苯乙烯(CMS)、乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBTAC)的共聚物;所述制备方法包括步骤如下:(1)制备经过油酸表面改性的Fe3O4纳米微粒,(2)将Fe3O4纳米微粒分散成预乳液,通过乳液聚合方式,将P(St‑co‑CMS)共聚物包覆在Fe3O4纳米微粒表面,(3)用三甲胺对微粒表面进行季铵化改性,得到具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球。

Description

一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种具有核壳结构的复合微球,具体涉及一种核具有超顺磁性、壳带有阳离子基团的复合微球。
背景技术
磁性高分子微球是通过适当方法将磁性无机粒子与有机高分子结合而形成的具有一定磁性及特殊结构的复合微球。磁性复合微球不仅在外加磁场作用下具有导向功能,还具有普通高分子微球的众多特性,能够通过共聚及表面改性等方法赋予其表面功能基团(如-OH、-COOH、-CHO、-NH2、-SH等),从而具有不同的功能和应用。目前,磁性复合微球已广泛用于生物医学、细胞学和分离工程等诸多领域。
另一方面,阳离子聚合物微球在生物医学、免疫技术、固相载体、高效液相色谱等多种领域的应用也取得了长足发展。微球表面的阳离子电荷加强了静电吸附能力,使有序DNA或药物能够更牢固地吸附在表面,相对于将DNA或药物包覆在微球内部来说,更有利于药物的释放,可以增强治疗和检测效果。这方面的研究和应用引起了越来越多的关注和兴趣。同时,阳离子聚合物微球在电镀、印刷、添加剂、油田助剂等都具有广泛的应用前景。
王静云等(王静云,李瑞法,包永明.接枝聚阳离子磁性微球的合成及抗菌活性[J].功能材料,2011,42(s5):912-915.)采用共沉淀法合成了Fe3O4纳米颗粒,经3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷表面双键功能化,与季铵化的单体进行自由基共聚,得到可以循环使用的聚阳离子接枝的磁性抗菌微球。
专利CN104059204公开了一种表面阳离子磁性聚合物微球及其制备方法和应用,是先将磁性金属氧化物纳米粒子包埋到聚苯乙烯微球中,再将氨基功能化单体苄乙基三甲基氯化铵与苯乙烯在微球表面共聚,得到表面阳离子磁性聚合物微球;可以作为血浆游离小片段DNA的提取试剂。但所述苄乙基三甲基氯化铵与苯乙烯的共聚机理不明。
发明内容
本发明提供一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球及其制备方法,所述微球的核是Fe3O4纳米微球,壳是苯乙烯(St)和对氯甲基苯乙烯(CMS)、乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBTAC)的共聚物;所述微球的制备方法是,先采用共沉淀法制备Fe3O4纳米微球,然后在乳化剂作用下,经过超声波分散成预乳液,然后滴加苯乙烯和对氯甲基苯乙烯进行乳液聚合,苯乙烯和对氯甲基苯乙烯的共聚物包覆在Fe3O4纳米微球表面,得到超顺磁性的微-纳米微球,进而用三甲胺与微球表面的氯甲基进行季铵化反应,得到具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球。具体制备方法包括以下步骤:
(1)分别配制可溶性的二价铁盐的水溶液和可溶性的三价铁盐的水溶液,溶液浓度在0.01mol/L~0.1mol/L之间,并充氮除氧;在氮气保护下,按照二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1∶3~1∶0将两种溶液混合在一起,搅拌均匀;升温至60℃~90℃,在剧烈搅拌下用氨水将溶液pH值调整到7.5~11.5,恒温水浴,反应1h~10h;加入占溶液重量1%~10%的油酸,70℃~90℃保温反应3h~6h;磁分离后,用去离子水洗涤,再用乙醇、丙酮洗涤除去多余的油酸,得到油酸表面改性的Fe3O4纳米颗粒。
所述可溶性的二价铁盐是硝酸亚铁、硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种。
所述可溶性的三价铁盐是硝酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种。
所述Fe3O4纳米颗粒的粒径在5nm~50nm之间。
(2)取步骤(1)中1份~20份Fe3O4纳米颗粒加入到100份含有0.5%~5%乳化剂的去离子水中,超声乳化,形成预乳液;0.3h~1h内滴加1份~100份含有苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的混合单体,充分搅拌0.3h~2h,同时充氮除氧;升温至30℃~90℃,滴加占混合单体重量0.06%~1%的引发剂,0.5h~2h内滴加完,继续反应0.5h~2h,得到Fe3O4/P(St-co-CMS)核壳结构乳液;磁分离后,用去离子水洗涤,再用乙醇、丙酮洗涤,冻干,得到Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒。
所述乳化剂是阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂以任意比例复合的乳化剂。
所述混合单体中苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的重量比是1∶0.3~1∶0.1。
所述引发剂是过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种。
所述引发剂是氧化还原引发体系,所述氧化还原引发体系由1份~2份氧化剂与1份还原剂构成,所述氧化剂是过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种,所述还原剂是水溶性的亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚铁盐中的一种。
(3)取步骤(2)中100份Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒,分散到无水乙醇中,40℃~60℃恒温水浴,滴加20份~200份三甲胺溶液,1h内滴加完毕,然后反应1h~6h;磁分离,用去离子水、乙醇洗涤,冻干,得到具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球。
所述三甲胺溶液是浓度为30%~60%三甲胺的乙醇溶液。
所述具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球,其粒径在0.01μm~100μm之间。
具体实施例
实施例1
分别配制浓度为0.05mol/L的硫酸亚铁和硫酸铁的水溶液,充氮除氧,然后按照二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1∶1.8,分别取100ml硫酸亚铁水溶液和180ml硫酸铁水溶液,并把两种溶液混合在一起;升温至70℃,在强烈搅拌下用氨水将溶液pH值调整到9,反应3h,然后加入6.6g油酸,85℃保温反应5h;磁分离,除去水,再用100ml去离子水洗涤,然后用100ml乙醇、100ml丙酮分三次洗涤,晾干,得到油酸表面改性的Fe3O4纳米颗粒。采用透射电子显微技术检测,粒径15nm。
取2g制备的油酸表面改性的Fe3O4纳米颗粒,加入到100ml含有2%乳化剂的去离子水中,其中乳化剂是1份十二烷基硫酸钠和1份OP-10组成的复合乳化剂;用超声波发生器进行乳化,形成稳定预乳液;在机械搅拌下,0.5h内滴加20g苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的混合单体,其中混合单体中苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的摩尔比是1∶0.2;滴加完成后,搅拌1h,同时充氮除氧;逐渐升温至85℃,1h内匀速滴加10ml过硫酸钾水溶液(浓度1%),继续反应1h;磁分离,除去水,再用500ml去离子水分三次洗涤,然后用100ml乙醇、100ml丙酮分三次洗涤,晾干,得到Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒。
取10g制备的Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒,分散到50ml无水乙醇中,搅拌分散,50℃恒温水浴;1h内滴加15ml三甲胺的乙醇溶液(浓度33%),继续反应3h;磁分离,除去乙醇,用100ml无水乙醇洗涤,再用500ml去离子水分三次洗涤,晾干,得到具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球。采用透射电子显微技术检测,微球平均粒径112nm。
实施例2
分别配制浓度为0.08mol/L的硫酸亚铁和硫酸铁的水溶液,充氮除氧,然后按照二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1∶2.5,分别取100ml硫酸亚铁水溶液和250ml硫酸铁水溶液,并把两种溶液混合在一起;升温至80℃,在强烈搅拌下用氨水将溶液pH值调整到8,反应3h,然后加入8.2g油酸,85℃保温反应5h;磁分离,除去水,再用100ml去离子水洗涤,然后用100ml乙醇、100ml丙酮分三次洗涤,晾干,得到油酸表面改性的Fe3O4纳米颗粒。采用透射电子显微技术检测,粒径27nm。
取2g制备的油酸表面改性的Fe3O4纳米颗粒,加入到100ml含有1%乳化剂的去离子水中,其中乳化剂是1份十二烷基硫酸钠和1份OP-10组成的复合乳化剂;用超声波发生器进行乳化,形成稳定预乳液;在机械搅拌下,0.5h内滴加30g苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的混合单体,其中混合单体中苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的摩尔比是1∶0.15;滴加完成后,搅拌1h,同时充氮除氧;逐渐升温至45℃,0.5h内同时滴加10ml过硫酸钾水溶液(浓度1%)和10ml亚硫酸氢钠水溶液(浓度1%),继续反应1h;磁分离,除去水,再用500ml去离子水分三次洗涤,然后用100ml乙醇、100ml丙酮分三次洗涤,晾干,得到Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒。
取10g制备的Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒,分散到50ml无水乙醇中,搅拌分散,50℃恒温水浴;1h内滴加10ml三甲胺的乙醇溶液(浓度33%),继续反应3h;磁分离,除去乙醇,用100ml无水乙醇洗涤,再用500ml去离子水分三次洗涤,晾干,得到具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球。采用透射电子显微技术检测,微球平均粒径251nm。

Claims (2)

1.一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球,其特征在于核是Fe3O4纳米微球,壳是苯乙烯(St)和对氯甲基苯乙烯(CMS)、乙烯基苄基三甲基氯化铵(VBTAC)的共聚物。
2.如权利要求1所述的一种具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球,其特征在于制备方法包括以下步骤:
(1)分别配制可溶性的二价铁盐的水溶液和可溶性的三价铁盐的水溶液,溶液浓度在0.01mol/L~0.1mol/L之间,并充氮除氧;在氮气保护下,按照二价铁离子与三价铁离子的摩尔比为1∶3~1∶0将两种溶液混合在一起,搅拌均匀;升温至60℃~90℃,在剧烈搅拌下用氨水将溶液pH值调整到7.5~11.5,恒温水浴,反应1h~10h;加入占溶液重量1%~10%的油酸,70℃~90℃保温反应3h~6h;磁分离后,用去离子水洗涤,再用乙醇、丙酮洗涤除去多余的油酸,得到油酸表面改性的Fe3O4纳米颗粒;
所述可溶性的二价铁盐是硝酸亚铁、硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种;
所述可溶性的三价铁盐是硝酸铁、硫酸铁和氯化铁中的一种;
所述Fe3O4纳米颗粒的粒径在5nm~50nm之间;
(2)取步骤(1)中1份~20份Fe3O4纳米颗粒加入到100份含有0.5%~5%乳化剂的去离子水中,超声乳化,形成预乳液;0.3h~1h内滴加1份~100份含有苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的混合单体,充分搅拌0.3h~2h,同时充氮除氧;升温至30℃~90℃,滴加占混合单体重量0.06%~1%的引发剂,0.5h~2h内滴加完,继续反应0.5h~2h,得到Fe3O4/P(St-co-CMS)核壳结构乳液;磁分离后,用去离子水洗涤,再用乙醇、丙酮洗涤,冻干,得到Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒;
所述乳化剂是阴离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂以任意比例复合的乳化剂;
所述混合单体中苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的重量比是1∶0.3~1∶0.1;
所述引发剂是过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种;
所述引发剂是氧化还原引发体系,所述氧化还原引发体系由1份~2份氧化剂与1份还原剂构成,所述氧化剂是过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵中的一种,所述还原剂是水溶性的亚硫酸盐、亚硫酸氢盐、亚铁盐中的一种;
(3)取步骤(2)中100份Fe3O4/P(St-co-CMS)纳米颗粒,分散到无水乙醇中,40℃~60℃恒温水浴,滴加20份~200份三甲胺溶液,1h内滴加完毕,然后反应1h~6h;磁分离,用去离子水、乙醇洗涤,冻干,得到具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球;
所述三甲胺溶液是浓度为30%~60%三甲胺的乙醇溶液;
所述具有核壳结构和超顺磁性的阳离子型复合微球,其粒径在0.01μm~100μm之间。
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