毫米级官能团化核壳结构磁性颗粒及其制备方法

毫米级官能团化核壳结构磁性颗粒及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种毫米级官能团化核壳结构磁性颗粒及其制备方法。其中，所述的制备方法包括：(1)磁粉与塑料内核的固定；(2)磁颗粒的聚合包被；(3)磁颗粒的官能团化。本发明制备的磁颗粒结构紧密、外貌光整圆形、无漏磁；反应过程简单，条件温和，成本低廉，易于工业化大规模生产。
【专利说明】毫米级官能团化核壳结构磁性颗粒及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁分离材料领域，具体地，本发明涉及一种毫米级、悬挂反应性官能团核壳结构的磁性颗粒的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展及应用，磁性材料与高分子材料的复合即磁性高分子材料，特别是高分子磁颗粒成为新材料研究中最具活力的研究方向。高分子磁颗粒由于其具有超顺磁性的特点，在磁场作用下容易从介质中分离，而且表面富含功能基团(如-0H，-C00H, -NH2等)可结合各种酶、抗体、细胞等生物质，因而在蛋白分离、免疫检测、靶向给药、控制释放、酶固定化和细胞的分离等领域都具有广泛的应用前景。特别是在免疫检测领域，以磁颗粒作为固相载体接枝抗体抗原等生物质，可以使检测的过程操作变得简单省时。另外，磁颗粒在外加磁场下会相应产生磁信号，这也可以作为免疫检测的信号来源，而无需繁琐的后续显色等操作来检测样品含量。总之，基于磁球的免疫检测，不管是在前期样品的分离富集，中期参与反应的大比表面积，还是后期信号的检测，都可以达到特异性高、灵敏度强的优点。
[0003]当前，粒径为纳米级别(1-1OOnm)的高分子磁颗粒是当前最受关注的研究热点，但是上述高分子磁颗粒在应用过程中具有一些问题，例如，由于小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应的存在，纳米颗粒表面原子与内部原子所处环境不同，具有较高表面能，不饱和性、不稳定性，导致纳米颗粒团聚，使其性能下降，影响其使用；又比如纳米磁颗粒的表面原子极具活性，在空气中很容易被氧化，使饱和磁感应强度降低；而且，对于纳米磁颗粒材料来说，电阻率很小(10_8Ω.m)，感应电流大，涡流损耗和趋肤效应(skin effect)也较大，阻碍其广泛应用。
[0004]综上所述，本领域尚缺乏一种不易发生团聚、氧化，应用范围广的高分子磁颗粒及其制备方法。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是提供一种不易发生团聚、氧化，应用范围广的高分子磁颗粒及其制备方法。
[0006]本发明的第一方面，提供了一种毫米级核壳结构磁性颗粒的制备方法，所述方法包括以下步骤:
[0007](A)提供一热塑性塑料内核，其中，所述的热塑性塑料内核为塑料球；
[0008](B)将磁粉与所述热塑性塑料内核混合，升温至T2,进行保温后，缓慢降至室温，得到内核-磁粉层颗粒；其中，T2=(所述热塑性塑料内核熔融温度T1+ (5-30) V )，所述升温的速率兰30C /min ;和/或所述降温的速率兰1.5°C /min ；
[0009](C)用所述内核-磁粉层颗粒与聚合单体、交联剂和引发剂进行聚合包被，得到内核-磁粉层-聚合包被层颗粒；其中，所述的聚合单体、交联剂和引发剂的摩尔比为:聚合单体:交联剂:引发剂=100:8-12:0.5-3 ;或
[0010]在所述内核-磁粉层颗粒上喷涂聚合物溶液，得到内核-磁粉层-聚合包被层颗粒;
[0011]和任选的步骤(D)将所述的内核-磁粉层-聚合包被层颗粒与官能团化单体进行反应，得到所述的核壳结构磁性颗粒。
[0012]在另一优选例中，所述的步骤(B)在无氧条件下进行。
[0013]在另一优选例中，所述的步骤(B)中，所述的磁粉为冻干磁粉。
[0014]在另一优选例中，所述的步骤(B)中，所述的升温在反应器旋转条件下进行。
[0015]在另一优选例中，所述的步骤⑶中，所述的保温时间为5min_lh，较佳地为10-30min，更佳地为 15_25min。
[0016]在另一优选例中，所述的保温指控制温度范围在(T2 ± 5) °C，较佳地控制温度范围在(T2 ± 2) °C，更佳地控制温度范围在(T2±1)°C。
[0017]在另一优选例中，所述的室温是环境温度，较佳地为4_30°C。
[0018]在另一优选例中，所述步骤(C)中聚合包被的反应条件如下:
[0019](a)将磁颗粒放于反应容器中，加入聚合单体、交联剂和引发剂浸泡l_16h，然后升温至30-130度，无氧水溶液中搅拌反应l_16h后，通过磁分离，大量水清洗3-10次，干燥至恒重；或
[0020](b)将磁颗粒放入反应容器中，用喷雾器将聚合物有机溶液喷洒到不断翻滚的磁颗粒表面，然后进行干燥。
[0021]在另一优选例中，在所述步骤(a)中，缓慢升温(升温速率为=3 0C /min)至30-130°C。
[0022]在另一优选例中，在所述步骤(b)中，所述干燥包括:在真空条件或吹气的条件下干燥磁颗粒，放于干燥器中保存。
[0023]在另一优选例中，所述步骤(D)在酸性或碱性的溶液体系中进行。
[0024]在另一优选例中，所述步骤(D)在搅拌条件下进行。
[0025]在另一优选例中，所述的热塑性塑料内核的制备包括以下步骤:
[0026](a)将热塑性塑料剪裁或采用机械裁剪或高温熔融成型将热塑性塑料制备成一定形状、质量分布均一的塑料块或球；
[0027](b)将一定量(a)步制成的塑料块或球加入到水溶液中，逐渐升温至材料的熔点以上，保温0.5_10h，然后逐渐降至室温。过滤，用水洗涤后烘干至恒重，保存于4_25°C下。
[0028]在另一优选例中，所述的热塑性塑料内核熔融温度指热塑性塑料内核的熔程最高点。
[0029]在另一优选例中，所述的热塑性塑料内核用选自下组的材料制成:聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)，或其组合。`
[0030]在另一优选例中，所述步骤(C)中的聚合单体选自下组:甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(MAA)、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，或其组合。
[0031]在另一优选例中，所述步骤(C)中的引发剂选自下组:偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过硫酸钾(K2S2O8)、亚硫酸钾(K2SO3)、过硫酸胺(NH4)2S2O8，或其组合。[0032]在另一优选例中，所述步骤(C)中的交联剂选自下组:二乙烯基苯(TVB)、四乙二醇二甲基丙烯酸酯(TGD)，或其组合。
[0033]在另一优选例中，所述步骤(D)中的官能团化单体选自下组:乙二胺、己二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、正硅酸四乙酯、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、(2.3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，或其组合。
[0034]本发明的第二方面，提供了一种毫米级核壳结构磁性颗粒，所述的磁性颗粒是通过如本发明第一方面所述的制备方法制备的。
[0035]在另一优选例中，在电镜观察下，所述的磁性颗粒的外貌为光整圆形。
[0036]在另一优选例中，在电镜观察下，所述的磁性颗粒表面无裂纹。
[0037]在另一优选例中，所述磁性颗粒的粒径为0.01-lOOmm，较佳地为0.05_20_，更佳地为0.1-3mm ;和/或
[0038]所述磁性颗粒的磁含量为l_25wt%，较佳地为6_20wt%，以磁性颗粒的总重量计。
[0039]在另一优选例中，所述的磁含量指所述磁颗粒中的Fe3O4的质量百分含量，通过热失重法(TGA)方法测试。
[0040]在另一优选例中，所述磁性颗粒表面悬挂有反应性官能团，且所述的反应性官能团含量为I μ mol/g-10000 μ mol/g ;较佳地,所述的反应性官能团选自下组:环氧基、羟基、
氨基、磺酰基，或其组合。
`[0041]在另一优选例中，所述的反应性官能团含量为I μ mol/g-1000 μ mol/g。
[0042]在另一优选例中，所述磁性颗粒的磁强度M为O < MS 20emu/g,较佳地，
6^ M ^ 20emu/g。
[0043]应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在
此不再一一累述。
【专利附图】

【附图说明】
[0044]图1显示了实施例1所制备EVA内核的外形图(a)，实施例11所制备聚合后磁珠的外形图(b);实施例11所制备聚合后磁珠的电镜图(c,d,e);实施例11制备完成后磁珠的剖面图(f，g)。
[0045]图2-5显示了分别为实施例1所制备EVA内核、实施例4所制备甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)包裹后磁珠、实施例8羧基官能团磁珠、实施例11所制备氨基官能团后磁珠的FTIR图。
[0046]图6显示了实施例11中所制备的磁珠的磁滞回线。
[0047]图7显示了实施例11中所制备的磁珠的磁含量。
[0048]图8显示了对比例1、2中聚合后磁珠表面的电镜图(a-h)。
[0049]图9显示了实施例8中所制备的羧基磁珠的官能团含量。
[0050]图10显示了实施例12中所制备试剂与罗氏Elecsys试剂的相关趋势图。
[0051]图11显示了本发明磁珠的分层结构示意图。
【具体实施方式】[0052]本发明人经过长期而深入的研究，意外地发现，通过控制磁珠制备过程中磁粉层形成时的升温、降温速率，并在一定的聚合物层聚合包被的反应条件下，可制成性能优异的毫米级磁珠。本发明的毫米级磁珠粒径约为0.01-lOOmm，具有表面平整，无裂纹等优点，并且很好地克服一些纳米级磁珠所具有的电阻率小(10_8Ω.πι)，感应电流大，涡流损耗和趋肤效应(skin effect)较大等缺陷。基于上述发现，发明人完成了本发明。
[0053]术语
[0054]如本文所用，术语“磁性微球”、“磁微球”、“磁性颗粒”、“磁颗粒”可互换使用，均指具有磁性，能够与酶、抗体、细胞等生物质结合，用于分离、检测等实验的磁性微粒。优选的本发明磁性微球特指本发明的毫米级磁性微球。
[0055]术语“高分子磁颗粒”指具有磁性材料与高分子材料的复合结构，并能够用于分离、检测等实验的磁性微粒。一种优选的高分子磁颗粒为本发明所述的具有“内核-磁粉层-聚合包被层”的核壳结构的磁性颗粒。
[0056]术语“悬挂官能团的磁性微粒”与“表面官能团化的磁性微粒”或“表面具有官能团修饰的磁性微粒”可互换使用，均指聚合包被层被反应性官能团所修饰的磁性颗粒或磁性微粒。
[0057]毫米级核壳结构磁性颗粒的制备
[0058]为解决纳米磁性微球所存在的团聚、易氧化、涡流损耗和趋肤效应大等问题，发明人设计了粒径为0.01-1OOmm,具有“内核_磁粉层_聚合包被层”的核壳结构的毫米级磁性颗粒，并研究了其制备工艺。
[0059]具体地，所述的毫米级核壳结构磁性颗粒的制备方法，包括以下步骤:
[0060]⑷提供一热塑性塑 料内核,其中,所述的热塑性塑料内核为塑料球。
[0061](B)将磁粉与所述热塑性塑料内核混合，升温至所述热塑性塑料内核熔融温度以上5-30°C，保温5min-lh后，缓慢降至室温，得到内核-磁粉层颗粒；其中，所述的升温速率和保温时间需控制在一定范围内，以保证磁粉层与热塑性塑料内核的相容性。在本发明的一个优选例中，所述的升温速率为=3°C /min，所述的降温速率为=1.5°C /min。
[0062](C)将所述内核-磁粉层颗粒与聚合单体、交联剂和引发剂混合进行聚合包被，得到内核-磁粉层-聚合包被层颗粒；磁颗粒表面为无机磁粉(如Fe3O4),表面要包裹一层高分子聚合物，采用直接聚合法，聚合物在磁粉表面形成致密互穿网络是最关键的工艺，这就要求单体，引发剂，交联剂的配比和种类、温度和升温速率是最关键的因素。其中，所述的聚合单体、交联剂和引发剂的摩尔比为:聚合单体:交联剂:引发剂=100 =8-12:0.5-3，以确保聚合包被层与内核-磁粉层颗粒形成紧密、光整的圆形结构，进而得到较好的磁分离性能。
[0063]或在所述内核-磁粉层颗粒上喷涂聚合物溶液，得到内核-磁粉层-聚合包被层颗粒；优选地，所述的聚合物溶液是用聚合单体与引发剂在有机溶剂中进行聚合反应形成，其中，所述聚合单体:引发剂的摩尔比优选为聚合单体:引发剂=100:0.5-3。
[0064]和任选的步骤⑶将所述的内核-磁粉层-聚合包被层颗粒与官能团化单体进行反应，得到所述的核壳结构磁性颗粒。优选地，当所述的核壳结构磁性颗粒是氨基磁珠时，进行所述步骤(D)。
[0065]在另一优选例中，所述的步骤(B)在无氧条件下进行。
[0066]在另一优选例中，所述的步骤(B)中，所述的磁粉为冻干磁粉。[0067]在另一优选例中，所述的步骤⑶中，所述的升温在旋转条件下进行，以确保升温过程中磁粉与所述热塑性塑料内核受热均匀。
[0068]所述步骤(C)中聚合包被过程可以采用本领域常规的方法，一种优选的反应条件如下:
[0069](a)将一定量的磁颗粒放于反应容器中，加入聚合单体、交联剂和引发剂浸泡l_16h，然后升温至30-130度，无氧水溶液中搅拌反应l_16h后，通过磁分离，大量水清洗3-10次，一定温度下干燥至恒重；和/或
[0070](b)将一定量的磁颗粒放入反应容器中，用喷雾器将一定量的聚合物有机溶液喷洒到不断翻滚的磁颗粒表面，然后在真空条件或吹气的条件下干燥磁颗粒，放于干燥器中保存。
[0071]通过上述方法进行聚合包被，可以得到结构紧密、外貌光整且无漏磁现象的聚合包被层。
[0072]在另一优选例中，所述步骤(D)在酸性或碱性的溶液体系中进行。
[0073]在另一优选例中，所述步骤(D)在搅拌条件下进行。
[0074]在另一优选例中，所述的热塑性塑料内核的制备包括以下步骤:
[0075](a)将热塑性塑料剪裁或采用机械裁剪或高温熔融成型将热塑性塑料制备成一定形状、质量分布均一的塑料块或球；
[0076](b)将一定量(a)步制成的塑料块或球加入到水溶液中，逐渐升温至材料的熔点以上，保温0.5-10h，然`后逐渐降至室温。过滤，用水洗涤后烘干至恒重，保存于4-25°C下。
[0077]在另一优选例中，所述的热塑性塑料内核用选自下组的材料制成:聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)，或其组合。
[0078]在另一优选例中，所述步骤(C)中的聚合单体选自下组:甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(MAA)、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸羟乙酯，或其组合。
[0079]在另一优选例中，所述步骤(C)中的引发剂选自下组:偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过硫酸钾(K2S208)、亚硫酸钾(K2S03)、过硫酸胺(NH4) 2S208，或其组合。
[0080]在另一优选例中，所述步骤(C)中的交联剂选自下组:二乙烯基苯(TVB)、四乙二醇二甲基丙烯酸酯(TGD)，或其组合。
[0081]在另一优选例中，所述步骤(D)中的官能团化单体选自下组:乙二胺、己二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、正硅酸四乙酯、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、(2.3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，或其组合。
[0082]本发明的一种优选的制备毫米级核壳结构磁性颗粒的方法如下:
[0083](A)热塑性塑料内核的裁剪、成型:(a)将热塑性塑料剪裁或采用机械裁剪或高温熔融成型将热塑性塑料制备成一定形状、质量分布均一的塑料块或球；(b)将一定量(a)步制成的塑料块或球加入到水的盐(NaCl、Na2SO4等)溶液中，逐渐升温至材料的熔点以上，保温0.5-10h，然后逐渐降至室温。过滤，用水洗涤后烘干至恒重，放4-25度条件下保存待用。
[0084](B)磁粉与塑料内核的固定:在无氧条件下，向反应容器中，加入塑料内核和冻干纳米级磁颗粒，边旋转边缓慢升温至塑料内核熔融温度以上5-30度，保温5min-lh后，缓慢降温至室温，用筛子筛去多余磁粉，磁颗粒放干燥器中备用。[0085](C)磁颗粒的聚合包被:(a)将一定量的磁颗粒放于反应容器中，加入聚合单体、交联剂和引发剂，然后再升温至30-130度，无氧水溶液中搅拌反应l_16h后，通过磁分离，大量水清洗3-10次，一定温度下干燥至恒重；(b)将一定量的磁颗粒放入反应容器中，用喷雾器将一定量的聚合物有机溶液喷洒到不断翻滚的磁颗粒表面，然后在真空条件或吹气的条件下干燥磁颗粒，放于干燥器中保存。
[0086](D)磁颗粒的官能团化:将上述聚合物包被后的磁珠，在酸性或碱性的溶液体系搅拌条件下，加入官能团化单体，一定温度下反应一定时间，取出，用磁分离，大量水清洗至中性。
[0087]毫米级核壳结构磁性颗粒
[0088]一种毫米级核壳结构磁性颗粒，其特征在于，所述的磁性颗粒是通过上述的制备方法制备的。优选地，在电镜观察下，所述的磁性颗粒的外貌为光整圆形。
[0089]所述磁性颗粒为毫米级，粒径为0.01-1OOmm,较佳地为0.05_20mm。
[0090]在另一优选例中，所述磁颗粒的磁含量为l_25wt%，较佳地为l_20wt%。
[0091]所述的磁性颗粒表面悬挂有反应性官能团，且所述的反应性官能团含量为I μ mol/g-10mmol/g ;较佳地,所述的反应性官能团选自下组:环氧基、羟基、氨基、磺酰基，或其组合。
[0092]在另一优选例中，所述磁性颗粒的磁强度M为O < M≤20emu/g。
[0093]本发明的主要优点包括:
[0094](I)本发明同现有技术相比，制备的是毫米级的磁颗粒，将纳米磁颗粒通过物理熔融的方法直接固 定到塑料内核上，这种方法结合了微观纳米技术和宏观技术，使制备的毫米级磁颗粒既具有超顺磁性、表面积大的特点，又解决了纳米磁颗粒团聚的问题。
[0095](2)本技术还针对纳米磁颗粒在应用过程中容易被空气氧化、容易形成涡流损耗，趋肤效应等问题，在纳米磁颗粒表面高分子聚合物包覆。这一表面处理工艺一方面解决了纳米磁颗粒的上述问题，另一方面给纳米磁颗粒表面赋予了反应性官能团，扩大了磁颗粒的应用范围。
[0096](3)本发明的磁颗粒应用到蛋白分离，免疫试剂盒中，对样本的前处理要求低，样品前处理过程简单快捷，可高速、大通量的检测大批样本，便于操作和生产。
[0097](4)本发明的制备方法所制备的磁颗粒结构紧密、外貌光整圆形、无漏磁；反应过程简单，条件温和，陈本低廉，易于工业化大规模生产。
[0098]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
[0099]实施例1.球型乙烯醋酸乙烯酯(EVA)内核的制备
[0100]300g通过熔融磨具法制备类似球状(粒径在1.5mm左右，质量均一)的EVA树脂(Tm=75 °C )，加入1200mL含3%的聚乙烯醇PVA (PD=500)水溶液中，搅拌均匀，升温至90-1IO0C，搅拌lh，缓慢冷却至室温，抽滤、洗涤、干燥，得球型EVA树脂。产率95%以上。图1 (a)为本实施例所制备EVA内核的外形图，图2为实施例1所制备的EVA内核的FTIR图，从图中可以看出，EVA内核为透明球状，EVA内核材料的各个FTIR特征峰明显。
[0101]实施例2.球型聚乙烯(PE)内核的制备[0102]5g通过水下切割法制备类似圆柱体(直径为1.5mm左右，高为2.0左右，质量均一)的PE树脂(Tm=100°C左右)加入到50mL含5%的聚乙烯醇PVA(PD=500)水溶液中，然后采用滴加法加入到IL的聚乙二醇溶液中，搅拌均匀，升温至110-130°C，搅拌30min，缓慢冷却至室温，抽滤、洗涤、干燥，得球型PE树脂。产率70%以上。
[0103]实施例3.球型聚苯乙烯(PS)内核的制备
[0104]40g的通过造粒法制备的类似球型聚苯乙烯树脂(粒径在1.5mm左右，质量均一)加入到IL含聚乙二醇和30g磁颗粒(300nm左右)的水溶液中，搅拌均匀后升温至200°C反应30min，然后快速降温，抽滤、洗涤、干燥，得球型PS树脂。产率100%。
[0105]实施例4.磁粉与EVA内核的固定
[0106]将实施例1所制备的20g EVA内核和5g磁粉，加入到IL的容器中，混匀放入旋转仪中，缓慢(升温速率~2V /min)升温至90°C在此温度下保温20min，然后缓慢(降温速率~10C /min)冷却，用筛子过滤去多余粉，得到表面固定磁粉的磁颗粒。磁含量>15%，磁粉残留量小于5%。(磁含量=(制备好的磁颗粒质量-EVA内核的质量)/磁颗粒的质量))
[0107]实施例5.磁颗粒的聚合物包被(环氧基磁珠的制备)
[0108]将实施例4所制备的磁颗粒5g加入到IOOmL的容器中，然后加入含有0.01g偶氮二异丁腈(AIBN,0.06mmol))和二乙烯基苯(0.09mg,0.7mmol)的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA, 1.095mg,7.7mmol)溶液1.1mL,混匀，然后向反应器中加入20mL3%的PVA水溶液，通N2除氧20min后升温至65°C反应3h，磁分离、洗涤，干燥至恒重。实验所得磁珠的红外光谱如图3所示，从谱 图上可以看出磁珠表面在907cm—1处存在环氧基的特征峰，说明磁珠表面含环氧基官能团。本发明磁珠的分层结构示意图如图11所示。
[0109]实施例6.磁颗粒的聚合物包被(环氧基磁珠的制备)
[0110]将1.5g GMA 单体(10.55mmol)和引发剂 AIBN0.5wt%(0.0075g，相比于单体质量)加入到4.6mL的丙酮溶液中，液氮冷冻-抽真空-充氮气反复三次后，密闭，在65°C条件下反应8h。所得的聚合物溶液冷却后用丙酮溶液稀释至浓度5%，待用。
[0111]将5g实施例4所制备磁颗粒加入到1000容器中，在不断翻滚的条件下用喷雾的方法将上述制备好的5wt%浓度的PGAM聚合物丙酮溶液喷到磁颗粒表面，然后抽真空，干燥至恒重。
[0112]对比例1.高分子内核与磁粉的固定
[0113]1.改变保温时间
[0114]将实例I所制备的20g EVA内核和2g磁粉，加入到IL的容器中，混匀放入旋转仪中，缓慢升温(升温速率~2°C /min)至90°C，在此温度下保温30min，然后缓慢(降温速率~10C /min)冷却，用筛子过滤去多余粉，得到表面固定磁粉的磁颗粒，磁珠的形貌如图8(a)所示。
[0115]从图8可以看出，有机高分子材料与无机磁粉(如Fe3O4)通过物理升温熔融方法固定，当保温时间过长时，高分子聚合物和无机磁粉之间产生应力，从而导致磁珠不圆(图8(a)) ο
[0116]2.改变升温速率
[0117]将实例I所制备的20g EVA内核和2g磁粉，加入到IL的容器中，混匀放入旋转仪中，快速升温(升温速率=8°C/min)至90°C，在此温度下保温20min，然后缓慢(降温速率~10C /min)冷却，用筛子过滤去多余粉，得到表面固定磁粉的磁颗粒，磁珠的形貌如图8(b)所示。
[0118]从图8可以看出，当升温速率过快时，高分子聚合物和无机磁粉之间产生应力，从而导致磁珠表面产生裂纹(b)。
[0119]从上述对比例I中可知，在磁粉固定于高分子内核的过程中，控制保温时间长度和升温速率，对于形成表面光整的圆形磁珠至关重要。
[0120]对比例2.磁颗粒的聚合物包被
[0121]1.引发剂和交联剂过量
[0122]将实例4所制备的磁颗粒5g加入到IOOmL的容器中，然后加入含有0.1g偶氮二异丁腈(AIBN)和二乙烯基苯(0.18mg, 1.4mmol)的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA, 1.095mg,7.7mmol)溶液1.1mL,混匀，然后向反应器中加入20mL3%的PVA水溶液，通N2除氧20min后，缓慢升温至65°C反应3h，磁分离、洗涤，干燥至恒重，结果如图8 (c)所示，可以看出，表面未形成光整圆形，可能是由于引发剂和交联剂过量，导致聚合体系发生爆聚。
[0123]2.升温速率过快
[0124]将实例4所制备的磁颗粒5g加入到IOOmL的容器中，然后加入含有0.1g偶氮二异丁腈(AIBN)和二乙烯基苯(0.09mg,0.7mmol)的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA, 1.095mg,
7.7mmol)溶液1.1mL,混匀，然后向反应器中加入20mL3%的PVA水溶液，通N2除氧20min后，直接将反应器放入65°C水浴中反应3h，磁分离、洗涤，干燥至恒重，结果如图8(d)、8(e)，8(f)所示，表面不光整，出现裂纹，可能是由于聚合反应直接加入65度的反应体系中，引发剂在瞬间被引发，聚合反应发出大量的热，导致反应体系温度超过65°C，磁颗粒的EVA内核受热膨胀，致使磁颗粒的磁粉层在聚合物交联体系还未形成或不是很牢固时受到EVA内核膨胀所产生的应力而导致磁粉层出现裂纹或不规整。
[0125]3.引发剂和交联剂过少
[0126]将实例4所制备的磁颗粒5g加入到IOOmL的容器中，然后加入含有0.05g偶氮二异丁腈(AIBN)和二乙烯基苯(0.045mg,0.35mmol)的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA,
1.095mg，7.7mmol)溶液1.1mL,混匀，然后向反应器中加入20mL3%的PVA水溶液，通N2除氧20min后，缓慢升温至65°C中反应3h，磁分离、洗涤，干燥至恒重。磁珠的形貌如电镜图8(g),8(h)所示:可以看出，磁珠表面出现较明显的裂纹，可能是由于引发剂和交联剂浓度太低，聚合单体未能充分被引发聚合形成坚固的互穿网络。
[0127]从上述对比例2中可知，在磁颗粒的聚合物包被过程中，控制引发剂、交联剂以及聚合单体三者的摩尔比有助于形成表面光整的圆形磁珠，且升温速率对于聚合包被层的形成有很大的影响。
[0128]实施例7.羟基磁珠的制备
[0129]将实施例4所制备 的磁颗粒5g加入到IOOmL的容器中，然后加入含有0.01g偶氮二异丁腈(AIBN)、二乙烯基苯(0.09mg,0.7mmol)、甲基丙烯酸轻乙酯(ΗΕΜΑ,Ο.537mg,4.13mmol)的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA, 0.547mg, 3.85mmol)溶液1.1mL,混匀，静放lOmin，然后向反应器中加入20mL3%的PVA水溶液，通N2除氧20min后升温至65°C反应3h，磁分离、洗涤，干燥至恒重。
[0130]实施例8.羧基磁珠的制备[0131]将实施例4所制备的磁颗粒5g加入到IOOmL的容器中，然后加入含有0.01g偶氮二异丁腈(AIBN)、二乙烯基苯(0.09mg,0.7mmol)、甲基丙烯酸轻乙酯(ΗΕΜΑ,Ο.537mg,
4.13mmol)的丙烯酸(GMA，0.525mg，7.28mmol)溶液1.1mL,混匀，然后向反应器中加入20mL3%的PVA水溶液，通N2除氧20min后升温至65°C反应3h，磁分离、洗涤，干燥至恒重。羧基官能团磁珠的FTIR图如图5所示。从谱图上可以看出磁珠表面存在羧基官能团的特征峰(3350cm—1)。图9为所制备的羧基磁珠的官能团含量的电位滴定图测定图，图中显示，实验所制备的羧基官能团含量为223 μ mol/g。
[0132]实施例9.磁珠的官能团化(羟基磁珠的制备)
[0133]将实施例5或6所制备的环氧基磁珠5g，加入到50mL5%的氢氧化钠甲醇溶液中，室温震荡反应3h。此时磁珠表面的环氧基官能团转化为二羟基。磁分离，洗涤，干燥至恒重。
[0134]实施例10.磁珠的官能团化(羟基磁珠的制备)
[0135]类似于实施例8:将实施例5或6所制备的环氧基磁珠5g，加入到50mL20%的硫酸溶液中，37震荡反应8h。磁分离，洗涤，干燥至恒重。
[0136]实施例11.磁珠的官能团化(氨基磁珠的制备)
[0137]将实施例5或6所制备的环氧基磁珠5g加入到50mL65%的乙二胺水溶液中，37度反应5h得到表面悬挂氨基官能团的磁珠，官能团结果如下所示:
实施例11所制备聚合后磁珠的外形图如图1 (b)所示，
电镜图如图l(c，d，e)所示。磁珠的剖面图如图(f，g)所示，从图中可以看出，实验所制备的磁颗粒结构紧密，核壳结构，外貌光整圆形。
[0138]图4为实施例11中所制备的磁珠的FTIR图，从图上可以看出磁珠表面在907CHT1上的环氧基特征峰消失，而在3366CHT1和1560处出现氨基的特征峰，说明环氧基官能团已完全转化为氨基官能团。
[0139]图6为实施例11中所制备的磁珠的磁滞回线,从图中可以看出，磁颗粒具有超顺磁性，磁强度为12emu/g。
[0140]图7为实施例11中所制备的磁珠的热失重曲线(TG)，从图中可以看出，磁珠的Fe3O4的含量为12.08%ο
[0141]实施例11中所制备的磁珠的性能参数如下表所示，其中，背景I和背景2是两组平行样，样品I和样品2是两组平行样；氨基官能团的测定过程中，样品I和样品2加入ITL反应剂进行反应，背景I和背景2未加入ITL反应剂进行反应。
[0142]其中，Al是以水做参照(也就是空白)测试的样品1、样品2、背景I和背景2的吸光值;A1是以背景I做参照(也就是空白)测试样品1、样品2、背景I和背景2的吸光值；A2是以背景2做参照(也就是空白)测试样品1、样品2、背景I和背景2的吸光值；Ave=Al和A2的平均值；微球表面氨基密度=Λ0Α*10*400/14150*微球质量。(Λ OA即AA(Icm)ave, Δ OA= Δ A (Icm) ave=样品 Ave2-背景 Ave2)。
[0143]
【权利要求】
1.一种毫米级核壳结构磁性颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (A)提供一热塑性塑料内核，其中，所述的热塑性塑料内核为塑料球； (B)将磁粉与所述热塑性塑料内核混合，升温至T2，进行保温后，缓慢降至室温，得到内核-磁粉层颗粒；其中，T2=(所述热塑性塑料内核熔融温度T1+ (5-30) V )，所述升温的速率=3°C /min ;和/或所述降温的速率兰1.5°C /min ； (C)用所述内核-磁粉层颗粒与聚合单体、交联剂和引发剂进行聚合包被，得到内核-磁粉层-聚合包被层颗粒；其中，所述的聚合单体、交联剂和引发剂的摩尔比为:聚合单体:交联剂:引发剂=100:8-12:0.5-3 ;或 在所述内核-磁粉层颗粒上喷涂聚合物溶液，得到内核-磁粉层-聚合包被层颗粒； 和任选的步骤(D)将所述的内核-磁粉层-聚合包被层颗粒与官能团化单体进行反应，得到所述的核壳结构磁性颗粒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的热塑性塑料内核用选自下组的材料制成:聚乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)，或其组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(C)中的聚合单体选自下组:甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸(MAA)、苯乙烯(St)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，或其组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(C)中的引发剂选自下组:偶氮二异丁腈(AIBN)、过氧化二苯甲酰(BPO)、过硫酸钾(K2S208)、亚硫酸钾(K2SO3)、过硫酸胺(NH4)2S2O8,或其组合。·
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(C)中的交联剂选自下组:二乙烯基苯(TVB)、四乙二醇二甲基丙烯酸酯CTCD)，或其组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(D)中的官能团化单体选自下组:乙二胺、己二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、正硅酸四乙酯、(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、(2.3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，或其组合。
7.一种毫米级核壳结构磁性颗粒，其特征在于，所述的磁性颗粒是通过如权利要求1所述的制备方法制备的。
8.根据权利要求7所述的核壳结构磁性颗粒，其特征在于，所述磁性颗粒的粒径为0.01-lOOmm，较佳地为0.05_20mm，更佳地为0.1-3mm ;和/或 所述磁性颗粒的磁含量为l_25wt%，较佳地为6-20wt%，以磁性颗粒的总重量计。
9.如权利要求7所述的磁性颗粒，其特征在于，所述磁性颗粒表面悬挂有反应性官能团，且所述的反应性官能团含量为lymol/g-10000ymol/g ;较佳地,所述的反应性官能团选自下组:环氧基、羟基、氨基、磺酰基，或其组合。
10.如权利要求7所述的磁性颗粒，其特征在于，所述磁性颗粒的磁强度M为O< M ^ 20emu/g,较佳地，6 ^ M ^ 20emu/g。
【文档编号】C08L25/06GK103819708SQ201410062587
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】李子樵, 何月英, 朱维军 申请人:上海蓝怡科技有限公司