一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球及其制备方法，羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为包括核心和外层的核‑壳式结构，其中，外层包裹在核心的外围，核心为四氧化三铁纳米粒子聚集体，外层为苯乙烯‑丙烯酸共聚物。本申请羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的粒径均匀，且磁性聚苯乙烯纳米球表面具有丰富的羧基，可进一步发生多种有机反应，引入多种功能基团，生成具有各种功能的磁性聚苯乙烯纳米球；制备方法简单、条件温和、经济环保，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球及其制备方法。
技术介绍
磁性聚合物粒子是一种新型的功能材料，一般是由无机磁性物质与有机高分子材料的复合而成，同时兼备无机物质的磁学性质和高分子材料的表面性质，在生物医药、分离工程、环境治理、隐身材料、催化剂等领域具有广泛的应用前景。目前，制备磁性聚合物粒子方法主要是单体聚合法和分散法，单体聚合法是将磁性四氧化三铁纳米粒子分散到反应液中，再在四氧化三铁纳米粒子表面聚合单体形成磁性聚合物纳米粒子；分散法是将磁性四氧化三铁纳米粒子分散到聚合物内部形成磁性聚合物纳米粒子。磁性聚苯乙烯是目前最重要且广受关注的一种磁性聚合物纳米粒子。关于其制备方法已有文献报道。例如，Jiang等用微乳液聚合法制备出粒径为270nm～370nm磁性Fe3O4/PS复合纳米球，并研究了磁性聚苯乙烯纳米球吸附油脂的性能(JournalofMagnetismandMagneticMaterials,2015,394,14-21)。Gu等采用微乳液聚合法制备出粒径为105nm磁性聚苯乙烯纳米粒子(JournaloftheAmericanChemicalSociety,2006,128,15582-15583)。Tang等在苯乙烯和甲基丙烯酸共聚物表面原位沉积Fe3O4或Fe2O3纳米粒子形成反式核-壳式结构的磁性聚苯乙烯纳米粒子(JournalofColloidandInterfaceScience,2005,281,432-436；ColloidandPolymerScience,2004,282,1198-1205)。然而，聚苯乙烯为表面惰性聚合物，无法与生物大分子反应，限制了磁性聚苯乙烯在生物领域应用。因此，发展一种制备羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米材料的方法具有重要的理论和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球及其制备方法，本申请羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球表面具有丰富的羧基官能团，可进一步发生多种有机反应，获得具有各种功能的磁性聚苯乙烯纳米球；本申请制备方法简单、温和、经济环保。一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为包括核心和外层的核-壳式结构，其中，外层包裹在核心的外围，核心为四氧化三铁纳米粒子聚集体，外层为苯乙烯-丙烯酸共聚物。羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，优选为粒径为40nm～70nm的球形颗粒。这样能进一步提高羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的功能性。为了进一步提高羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的性能，优选，核心为球状，核心的直径为35nm～65nm，外层的厚度为4nm～8nm。本申请羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为铁磁性疏水材料；羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球表面具有丰富的羧基官能团。上述羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的制备方法，采用乳液聚合法，在磁性四氧化三铁纳米粒子表面聚合苯乙烯-丙烯酸混合单体，制得核-壳式结构的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球。上述所得的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球内部填充了铁磁性的四氧化三铁纳米粒子。为了更加简单、温和、经济环保，同时确保所得产品的综合性能，上述制备羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的方法，包括顺序相接的以下步骤：1)采用溶剂热法或共沉淀法制备出油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子、油酸包裹的四氧化三铁纳米粒子或油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子；2)将油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子、油酸包裹的四氧化三铁纳米粒子或油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子分散到十二烷基硫酸钠溶液中，并在超声条件下形成磁性四氧化三铁乳状液；3)将苯乙烯和丙烯酸单体分散到十二烷基硫酸钠溶液中，并在超声条件下形成苯乙烯-丙烯酸的单体乳状液；4)将磁性四氧化三铁乳状液与苯乙烯-丙烯酸的单体乳状液混合均匀，加入引发剂，在氮气气氛中、加热搅拌条件下进行聚合反应，待反应结束后，自然冷却到室温，所得沉淀经磁分离、洗涤、干燥后，制得核-壳式结构的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球。优选，步骤4)中聚合反应为在80±10℃的条件下，反应12-24h；步骤4)中搅拌为将各物料混合均匀，对具体的速度没有要求；步骤2)中的超声功率为400W；步骤3)中的超声功率为200W。为了进一步提高所得羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的功能性，磁性四氧化三铁乳状液中四氧化三铁的质量体积浓度为6430.5mg/L～14275.8mg/L。四氧化三铁与苯乙烯-丙烯酸混合单体的质量比为0.056～1.182。苯乙烯与丙烯酸单体的体积比为0.0256～39。引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵，引发剂与苯乙烯-丙烯酸混合单体的质量比为0.0082～0.102；步骤2)中十二烷基硫酸钠溶液浓度为0.0337～0.1014mol/；步骤3)中十二烷基硫酸钠溶液为0.01～0.012mol/L。本专利技术有益效果：1.羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的表面具有丰富的羧基官能团，可进一步发生多种有机反应，引入多种功能基团，生成具有各种功能的磁性聚苯乙烯纳米球；2.羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球具有良好的分散性和均匀性；3.羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为铁磁性疏水材料，能分散于多种非极性溶剂，在生物医药、分离工程、环境治理、催化工程等领域具有潜在的应用价值。4.采用乳液聚合法，在磁性四氧化三铁纳米粒子表面聚合苯乙烯-丙烯酸混合单体，制备羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的方法简单，条件温和，经济环保。附图说明图1为实施例1所制备的产物的扫描电子显微镜检测图。图2为实施例1所制备的产物的透射电子显微镜检测图。图3为实施例1所制备的产物的X-射线粉末衍射检测图。在图3中，横坐标为衍射角2-Theta(degree)，纵坐标为强度Intensity(a.u.)；经过与标准图谱(JCPDS:77-1545)进行对照，产物衍射峰位于30.1°、35.5°、43.1°、53.4°、57.0°、62.6°、70.9°、74.0°，分别对应于立方相四氧化三铁的衍射峰(220)，(311)，(400)，(422)，(511)，(440)，(620)，(533)。图4为实施例1所制备的产物的红外光谱图，在图4中，横坐标为波数Wavelength/cm-1，纵坐标为透光率％Transmittance。图5为实施例1制备的产物的磁滞回线图，在图5中，横坐标为磁场强度H(Oe)，纵坐标为饱和磁化强度M(emu/g)，图(a)为原始图，图(b)为局部放大图，由图可知饱和磁化强度为33.8emu/g，剩磁为2.7emu/g，矫顽力为34.7Oe，得知所获得的聚苯乙烯纳米球具有铁磁性。图6为实施例1所制备的产物的水接触角图，由图6可知羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的接触角为127±2.0°，为疏水性材料。图7实施例2制备的产物的扫描电子显微镜检测图。图8实施例3制备的产物的扫描电子显微镜检测图。图9实施例4制备的产物的扫描电子显微镜检测图。图10实施例5制备的产物的扫描电子显微镜检测图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1步骤1.称取1059.5mg乙酰丙酮铁加入到20mL二苯醚中，再加入2mL油胺、1mL乙二醇、2mL油酸，搅拌均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，其特征在于，羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为包括核心和外层的核‑壳式结构，其中，外层包裹在核心的外围，核心为四氧化三铁纳米粒子聚集体，外层为苯乙烯‑丙烯酸共聚物。

【技术特征摘要】
1.一种羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，其特征在于，羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为包括核心和外层的核-壳式结构，其中，外层包裹在核心的外围，核心为四氧化三铁纳米粒子聚集体，外层为苯乙烯-丙烯酸共聚物。2.如权利要求1所述的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，其特征在于，为粒径为40nm～70nm的球形颗粒。3.如权利要求1或2所述的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，其特征在于，核心为球状，核心的直径为35nm～65nm，外层的厚度为4nm～8nm。4.如权利要求1或2所述的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球，其特征在于，羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球为铁磁性疏水材料；羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球表面具有羧基官能团。5.权利要求1-4任意一项所述的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的制备方法，其特征在于，采用乳液聚合法，在磁性四氧化三铁纳米粒子表面聚合苯乙烯-丙烯酸混合单体，制得核-壳式结构的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球。6.如权利要求5所述的羧基功能化磁性聚苯乙烯纳米球的制备方法，其特征在于，包括顺序相接的以下步骤：1)采用溶剂热法或共沉淀法制备出油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子、油酸包裹的四氧化三铁纳米粒子或油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子；2)将油酸-油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子、油酸包裹的四氧化三铁纳米粒子或油胺包裹的四氧化三铁纳米粒子分散到十二烷基硫酸钠溶液中，并在超声条件下形...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志明，吴晓栋，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34