磁性高分子材料的制備及應(yīng)用

磁性高分子材料的制備及應(yīng)用摘要磁性高分子材料分為復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩類,分別闡述了復(fù)合型和結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀,強(qiáng)調(diào)了磁性高分子材料的發(fā)展意義, 本文旨在探討有關(guān)高分子磁性材料制備、性質(zhì)及應(yīng)用的最新研究成果。并對其理論和應(yīng)用領(lǐng)域的開拓前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵字 磁性 高分子 功能材料 制備方法 應(yīng)用前言磁性材料是古老而用途十分廣泛的功能材料，最早人們使用的磁性材料大多由天然磁石制成的,后來開始利用磁鐵礦燒結(jié)成磁性材料,其中以含鐵族和稀土元素為主,由于其資源豐富、價(jià)格低廉、磁性能好等原因,目前仍在工業(yè)電器以及電動(dòng)設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用,但是因其密度大、脆硬、變形大、難以制成精密制品等缺點(diǎn),所以對高分子磁性材料的研究成為一個(gè)重要方向。近來對結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料的研究取得了進(jìn)展,合成了許多有機(jī)磁性高分子材料磁性聚合物微球自70年代中后期以來便受到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，有關(guān)磁性聚合物微球的制備和應(yīng)用的研究論文逐年增加，國外學(xué)者針對磁性聚合物微球的制備及在生物醫(yī)藥工程靶向藥物臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用也申請了不少的專利，有些已經(jīng)商品化。磁性高分子材料的分類磁性高分子材料通?？煞譃閺?fù)合型和結(jié)構(gòu)型兩種。復(fù)合型磁性高分子材料是已實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的重要磁性高分子材料 ,能夠作為功能材料應(yīng)用的主要有磁性橡膠、磁性塑料、磁性高分子微球磁性聚合物薄膜等。復(fù)合型磁性高分子材料中的磁性無機(jī)物主要是鐵氧體類磁粉和稀土類磁粉。稀土磁粉出現(xiàn)后,樹脂粘結(jié)磁體飛速發(fā)展。作粘結(jié)劑的高分子主要是橡膠、熱固性樹脂和熱塑性樹脂。橡膠類粘結(jié)劑主要用于柔性復(fù)合磁體的制造,但與塑料相比,一般成型加工困難。熱固性粘結(jié)劑一般用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白質(zhì)、生物多糖、脂類等生物高分子和人工合成的接有各式各樣功能基團(tuán)的合成高分子。目前國內(nèi)外研究較多的是以核徑跡蝕刻膜為基板的納米磁性材料,它實(shí)際上是采用模板法,以聚碳酸酷核徑跡蝕刻膜為基體,在其中電沉積磁性粒子,利用其規(guī)整膜孔來控制得到的有序納米磁性材料。磁性高分子材料的研究現(xiàn)狀1復(fù)合型磁性高分子材料復(fù)合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡膠中添加磁粉和其他助劑,均勻混合后加工而成的一種復(fù)合型材料。復(fù)合型磁性高分子材料根據(jù)磁性填料的不同可以分為:鐵氧體類、稀土類和納米晶磁粒類。根據(jù)不同方向上的磁性能的差異,又可以分為各向同性和各向異性磁性高分子材料。能夠作為功能材料應(yīng)用的主要有磁性橡膠、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性聚合物薄膜等。復(fù)合型磁性高分子材料中的磁性無機(jī)物主要是鐵氧體類磁粉和稀土類磁粉。稀土永磁材料是近年來備受關(guān)注的磁性材料,其粘結(jié)磁體的磁性可超過燒結(jié)鐵氧體及其它金屬合金,從第一代的SmCo系到第二代的NdFeB系,發(fā)展非常迅速。目前我國的NdFeB產(chǎn)量居世界前列,質(zhì)量逐步提高,并且已有一些自己的專利技術(shù)。20世紀(jì)90年代以后,又出現(xiàn)了新型稀土磁性材料,如稀土金屬間化合物，稀土永磁材料及納米晶復(fù)合交換藕合永磁材料等。稀土磁粉出現(xiàn)后,樹脂粘結(jié)磁體飛速發(fā)展。作粘結(jié)劑的高分子主要是橡膠、熱固性樹脂和熱塑性樹脂。橡膠類粘結(jié)劑包括天然橡膠和合成橡膠,主要用于柔性復(fù)合磁體的制造,但與塑料相比,一般成型加工困難。熱固性粘結(jié)劑一般用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。熱塑性粘結(jié)劑主要為聚酞胺、聚丙烯、聚乙烯等,聚酞胺P(A)類最為常見,綜合考慮機(jī)械加工性、耐熱性、吸濕性,目前最常用的PA基體是Nylon6、Nylon66等。除了上述這些聚合物基體外,劉穎等還用結(jié)構(gòu)型的磁性高分子二茂金屬高分子鐵磁體(OPM)粉作粘結(jié)劑與快淬NdFeB磁粉復(fù)合制成磁性高分子粘結(jié)NdFeB磁性材料,其磁性能比環(huán)氧樹脂粘結(jié)NdFeB的磁性能高。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白質(zhì)、生物多糖、脂類等生物高分子和人工合成的接有各式各樣功能基團(tuán)的合成高分子。將合成高分子作為微球殼層的研究報(bào)導(dǎo)較多,同時(shí),考慮到生物高分子的優(yōu)良特性,近年來對生物磁性高分子微球的研究也正成為新型生物材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?？梢杂糜谥苽浯判跃酆衔锬さ木酆衔锘w較多,原則上能用于制備高分子膜的聚合物都可以,如纖維素、氟碳塑料、聚醋、聚酞胺等。作者曾用聚偏氟乙烯和醋酸纖維素作基體膜,在其中分散磁性氧化鐵粒子用于氣體分離。聚醋磁性薄膜多用來制成磁帶。目前國內(nèi)外研究較多的是以核徑跡蝕刻膜為基板的納米磁性材料,它實(shí)際上是采用模板法,以聚碳酸酷核徑跡蝕刻膜為基體,在其中電沉積磁性粒子,利用其規(guī)整膜孔來控制得到的有序納米磁性材料。2藥物載體磁性高分子微球作為藥物載體的磁性高分子微球，是一種新型的功能高分子材料，由超順磁性納米粒子與高分子材料或無機(jī)材料等結(jié)合形成的聚合物磁性高分子微球作為給藥物載體，具有以下優(yōu)點(diǎn): 1藥物隨著載體被吸附到靶區(qū)周圍，使靶區(qū)很快達(dá)到所需濃度，而在其它部位分布量相應(yīng)減少，因此可降低給藥量; 2 藥物絕大部分在局部作用，相對減少了藥物對人體正常組織的副作用，特別是降低對肝、脾、腎等造血和排泄系統(tǒng)的損害; 3 加速產(chǎn)生藥效，提高療效; 4 藥物載體由磁定位，實(shí)現(xiàn)了靶向給藥;5固定磁場或交變磁場可誘導(dǎo)磁性載體發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)了化療和熱療同步進(jìn)行所以，磁性聚合物微球自 70 年代中后期以來便受到了國內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，有關(guān)磁性聚合物微球的制備和應(yīng)用的研究論文逐年增加，國外學(xué)者針對磁性聚合物微球的制備及在生物醫(yī)藥工程、靶向藥物、臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用也申請了不少的專利，有些已經(jīng)商品化目前，在靶向藥物系統(tǒng)中，載體磁性高分子微球主要由磁性微粒$基體材料和治療藥物三部分組成，按結(jié)構(gòu)可分為三類: 一是以高分子材料為核，磁性材料為殼層的核/殼式結(jié)構(gòu); 二是內(nèi)層$外層皆為高分子材料，中間層為磁性材料的夾心式結(jié)構(gòu); 三是內(nèi)核為磁性材料，外殼為聚合物的核/殼式結(jié)構(gòu)，目前，該類微球研究得最多。3光致磁性轉(zhuǎn)變高分子磁性材料磁性材料所具有的單電子和有序態(tài)等特征往往與光學(xué)性能或電學(xué)性能相關(guān),這就使得制備同時(shí)具有磁性和光電性能的材料成為可能。這種多功能材料有很大應(yīng)用前景。依靠氫鍵自組裝將超分子陽離子與導(dǎo)電鹽相結(jié)合,在氨基和冠醚氧原子12之間形成氫鍵作用。雖然原子和原子之間的氫鍵作用與鍵相比很弱,但也足夠使冠醚在體系中有序地排列。離子的有序排列使得體系具有半導(dǎo)體的性質(zhì),同時(shí)體系的磁性能被認(rèn)為是海森堡反鐵磁性鏈的模型。 光致磁性轉(zhuǎn)變高分子磁性材料具有一維電子體系結(jié)構(gòu),因?yàn)槠溟_環(huán)和閉環(huán)的光異構(gòu)體在開環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)不具有磁性,而閉環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)具有鐵磁性分子間交換作用,所以帶有這種結(jié)構(gòu)片斷的高分子具有光致磁性轉(zhuǎn)變性能。據(jù)報(bào)道,普魯士蘭結(jié)構(gòu)的分子磁體具有光誘導(dǎo)磁化性能。而且這種性能不止局限于普魯士蘭結(jié)構(gòu),有些其它物質(zhì)也有光誘導(dǎo)磁化性能。研究發(fā)現(xiàn),()(22)(2)在藍(lán)光照射條件下會使磁化率增加,而且這種光誘導(dǎo)效應(yīng)是完全可逆的。當(dāng)加熱至250以上時(shí),物質(zhì)會回到基態(tài),即光照之前狀態(tài)。有人合成了含有非線性光學(xué)生色團(tuán)雜化分子高分子磁體,并研究了磁性和非線性光學(xué)性能之間的相互影響,報(bào)道了光致變色高分子磁體在表現(xiàn)鐵磁性有序的同時(shí),也具有光致變色性質(zhì)。市場與應(yīng)用1高儲存信息的新一代記憶材料 利用磁性高分子有可能成膜等特點(diǎn),在亞分子水平上形成均質(zhì)的高分子磁膜,可大大提高磁記錄密度,以開發(fā)高存信息的光盤和磁帶等功能記憶材料。2輕質(zhì)、寬帶微波吸收劑 磁性高分子與導(dǎo)電材料復(fù)合可制成電、磁雙損型輕質(zhì)、寬帶微波吸波劑,這在航天、電磁屏蔽和隱身材料等方面獲得重要用途。3磁控傳感器的開發(fā)利用磁場變化控制溫度、溶劑和氣體等的傳感器件以及受光、熱控制的新型電磁流體的開發(fā)是磁性高分子重要的應(yīng)用方向。4生物體中的藥物定向輸送低密度可任意加工的磁性高分子的誕生,可實(shí)現(xiàn)生物體中的藥物定向輸送和大大提高療效,并有可能引起醫(yī)療事業(yè)的一場變革。5低磁損高頻、微波通訊器件的開發(fā)今年來,低磁損的高頻、微波通訊電子器件的開發(fā)已為世人矚目,目前,四川師范大學(xué)已用OMP鐵磁性材料制作了多種軍用和民用電子器件。6磁性塑料又稱塑料磁鐵 兼有磁性材料和塑料的特性。由于磁性塑料機(jī)械加工性能好、易成型,且尺寸精度高、韌性好、重量輕、價(jià)格便宜、易批量生產(chǎn),因此對電磁設(shè)備的小型化、輕量化、精密化和高性能化具有重大意義。7磁性橡膠鐵氧體填充橡膠永磁體曾大量用于制造冷藏車、電冰箱、電冰柜門的墊圈。北京化工研究院曾研制出專用于風(fēng)扇電機(jī)的磁性橡膠,應(yīng)用于計(jì)算機(jī)散熱風(fēng)扇。磁性高分子材料的發(fā)展前景以高分子化學(xué)和無機(jī)磁學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的磁性高分子材料,是高分子功能材料研究的熱點(diǎn)。復(fù)合型磁性高分子材料,由于其具有高磁性、易加工和成本低等優(yōu)點(diǎn),使它廣泛應(yīng)用于微型電機(jī)、辦公用品、家電用品和自動(dòng)控制等領(lǐng)域,但如何提高磁性微粒在高分子基體材料中的分散度是提高其磁性能的關(guān)鍵。結(jié)構(gòu)型磁性高分子材料,由于其具有輕質(zhì)、低磁損、常溫穩(wěn)定、易加工及抗輻照等優(yōu)點(diǎn),且其介電常數(shù)、介電損耗、磁導(dǎo)率和磁損耗基本不隨頻率和溫度變化,其適合制造輕、小、薄的高頻、微波電子器件,廣泛應(yīng)用于軍工、通訊、航天等高技術(shù)領(lǐng)域,改進(jìn)合成方法以提高它的磁性能是以后研究的重點(diǎn)。磁性高分子微球作為一種新型的有機(jī)一無機(jī)復(fù)合功能材料,由于其兼具高分子的眾多特性和磁響應(yīng)性,它被用做酶、細(xì)胞、藥物等的載體廣泛地應(yīng)用到了生物醫(yī)學(xué)、細(xì)胞學(xué)和生物工程等領(lǐng)域。對于磁性高分子微球,如何制得高磁響應(yīng)性、高比表面和單分散性好的微球,以及高分子結(jié)構(gòu)的精細(xì)化和功能化是以后研究的熱點(diǎn)。隨著新技術(shù)的廣泛應(yīng)用,高分子磁性材料必將會有更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。利用磁性高分子的許多新穎性技術(shù)參數(shù)和良好的縮波性,可設(shè)計(jì)出各種小微帶天線、微波網(wǎng)絡(luò)、微帶電路和微帶元器件。若能突破它的研制設(shè)計(jì)技術(shù),將對我國現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù),衛(wèi)星通信,移動(dòng)通信,艦船、裝甲或武器裝備以及偵察遙控技術(shù)產(chǎn)生重要影響參考文獻(xiàn)2 1 楊雄波. 磁性高分子微球的制備及性能研究D.華中科技大學(xué) , 20052 2 胡書春,周祚萬. 磁性高分子微球研究進(jìn)展J材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào) , 2003,(04)1王敏.磁性塑料開發(fā)前景佳.塑膠工業(yè),2002.2孫酣經(jīng).化工新材料.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.3賴武銓,梁獻(xiàn)鏢,龐尚武.各向異性磁性橡膠制造新工藝4林冬,陳勐,李佑明等.磁性橡膠J.特種橡膠制品, 1987,(2): 15王延梅,封麟先,潘才元.高分子金屬微球的磁性能研究6.功能高分子學(xué)報(bào), 2000, 13 (2): 1297劉穎.磁性高分子粘結(jié)NdFeB的性能.復(fù)合材料學(xué)報(bào),7 王軍紅,馬衍偉. 高分子基磁性納米復(fù)合物的研究進(jìn)展J.材料導(dǎo)報(bào), 2007,(07)8 楊偉燕,成瑾,趙軍霞. 橡膠納米復(fù)合材料研究進(jìn)展及其發(fā)展前景J. 甘肅科技, 2006,(10)8 . ,1963,29:19109,.,2001,294:150310,. ,2002,124:890311Petra S, M iroslav S. 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