磁性纳米颗粒纤维素材料制造技术

本发明专利技术涉及基于纳米尺寸细菌纤维素模板的铁磁性材料。更具体而言，本发明专利技术提供无团聚物的磁性纳米颗粒纤维素材料和形成该磁性纳米颗粒纤维素材料的方法。此外，磁性纳米颗粒物理附着在纤维素材料上且均匀分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁性纳米颗粒纤维素材料
技术介绍
具有大的面积-体积比率的磁性纳米颗粒是人们日益关注的领域。考虑 到磁性纳米颗粒作为不同聚合物材料的填料的潜在广泛应用，可易于理 解，与聚合物中微米尺寸M相比，它们表现较差是由于大表面积纳米颗粒难以处理的结果。对此解释主要在于以下事实大的表面积也带来实现 均匀分布纳米颗粒体系的问题，这是由于与颗粒-聚合物/液体相互作用相 比易于发生颗粒-颗粒相互作用。结果通常是纳米颗粒的严重团聚和聚集。 该团聚进而影响许多宏观性能，如机械的、光学的和磁的性能等，因为宏 观凡变上的这些性质受到纳米X^水平相互作用紧密程度的影响.为利用 用作有机复合材料中填料的纳米尺寸磁性纳米颗粒的效果，控制分散因而 是不可避免的先决M。磁性纳米颗粒的团聚可以解释为短程各向同性力和长程各向异性 力以及无机纳米颗粒表面和复合材料间相容性差的结果。文献中已提出 不同策略来消除或减小相互作用力。例如，据报道，非极性溶剂体系中 团聚的主要原因可以解释为与短距离范德华吸引力的强烈影响有关，其 假定颗粒间偶极-偶极相互作用相对较弱(Lalatonne等人，Nature Materials,第3巻，2004年2月)。Lalatonne等人表明通过在纳米 颗粒间产生足够数目碳原子的非极性间隔物，这很大程度上降低了非极 性溶剂中的相互作用，故而可以在很大程度上克服10nm磁赤铁矿团聚 体(纳米颗粒簇)的产生。相反，随着粒度增加以及偶极力占优，已表 明出现从分离的颗粒到无规取向线性团聚/聚集的突然转变。然而，因 为大部分液体和聚合物体系表现出不同的极性度，所以不能通过用 一种 涂层对纳米颗粒进行表面改性来简单解决磁性纳米颗粒的分散，这是由于对特定液体聚合物体系具有最佳溶解性的表面涂层与对不同化学特 性的不同体系具有最佳溶解性的表面涂层并不相同。另外，由于获得涂敷的团聚物而非单个颗粒的潜在风险，所以磁性纳米颗粒的涂敷工序可能潜在地使得分散甚至更难。当磁性材料是通过使已在沉淀相中的过渡金属盐发生沉淀而产生时，由于颗粒间的磁力，所以快速形成团聚物。4当颗粒干燥时形成相当强的团聚物，即极难将这些颗粒分布在聚合物 中。因此，既然无法实现与纳米观尺度相关的功能材料性能，所以与颗粒位于纳米级范围(l-200nm)相关的以及它们由单独晶体组成的独特 特性就不能够被利用。团聚是主要问题，因为宏观尺度上杂化材料的磁性取决于团聚程度 并且与杂化材料中颗粒间的偶极力和交换偶联度有关。还研究了涂敷纳 米颗粒。但是，该技术存在几个问题，如不存在仅仅一种涂层对不同聚 合物在所有情形下都起作用，也还没有提出对于聚合物基体如何优化涂 层以具有最佳溶解性的解决方案。美国专利20070卯923提出结合于表面的胺化基团可用于防止团聚。E. Sourty 等人 (Ferrite-loaded membranes of microfibrillar Bacterial Cellulose Prepared by in Situ Precipitation. Chem. Mater"第 10巻，第7期，1998年)涉及原位制备的微纤维细菌纤维素并讨论了制 备均一纳米复合材料极其困难。其建议使用附着有铁氧体的微纤维来应 用造纸技术。然而，透射电子显微照片表明仍存在团聚问题.美国专利20050245658公开了可润湿聚合物，其具有可离子交换基 团以形成陷俘于聚合物结构内的金属氧化物。此外，还公开了合成磁性纳米复合材料的技术，其中聚合物附着有可离子交换基团.Yano 等人(Optically transparent composites reinforced with networks of bacterial nanofibres， Adv. Mater.笫17巻，笫153-155页, 2005年)已表明干燥的细菌纤维素可在真空下采用诸如环氧、丙烯酸 和酚醛之类的树脂浸渍。该新材料重量增加并获得新的物理性质。Yano 等人所用的树脂产生了机械稳定且柔性的透明材料。通过使用类似于 Yano等人的方法，可制得含磁性纳米颗粒的新材料。因此在磁性纳米颗粒纤维素材料
内存在解决团聚问题的 需求。尤其是，因为团聚进而影响许多宏观性能，如机械的、光学的和磁的性能等，这是因为宏观;d上的这些性质受到纳米xJL水平相互作用紧密程度的影响。
技术实现思路
通过本专利技术方法和材料可解决前述问题。因此，本专利技术的一个目的是提供使用纤维素材料形成这种磁性材料的方法。在本专利技术的另一方 面，提供具有高机械性能的无团聚物的磁性纳米颗粒材料。因此，本专利技术的一个优点为提供在纳米级上具有有序互连有机和无 机相的磁性纳米颗粒纤维素和新方法。此外，具有纤维素纳米纤维网作为支架(scaffold)的新磁性纳米颗粒纤维素材料可以用于生产功能性 纳米新材料。此外，它还可以用于无机纳米颗粒在纤维素网内的原位沉 淀，以在有机基体内产生均匀分布的纳米颗粒，并制备基于细菌纤维素 的具有非常低的表观密度的纳米功能性轻质"泡沫状"材料以及提供制 备基于该纤维素的磁性水凝胶的可能性。在一个实施方案中，该新方法提供制备高机械性能纳米颗粒功能性 杂化膜的可能性。在另一个实施方案中，提供流延三维磁性聚合物复合 材料。该复合材料是通过用聚合物、预聚物或单体液浸渍支架，接着固 化而获得的.磁性纳米颗粒纤维素材料可以用于广泛的应用中。为阐明广泛应用 领域，下面提出若干不同应用而不以任何方式进行限制.磁性纳米颗粒 纤维素材料可以用于声学工业(扬声器膜)、磁性过滤体系、化学分析 方法、分离方法等。本专利技术另外的优点是提供产品，如超细磁性过滤器/筛、外场激活 的磁性过滤设备、催化载体结构高灵敏度磁性膜、具有均一/均匀分布 纳米颗粒的磁性膜、微波吸收体、基于纳米颗粒的磁性泡沫、用于基于 铁磁流体阻尼器的支撑结构和用于制备特征在于均匀分布纳米颗粒的 纳米复合材料的模板结构，即灵敏电磁开关、发生器、磁执行器、磁性 存储介质等。该方法使得能够生产高度可重复生产的磁性纳米颗粒纤维素材料。在还一个实施方案中，使用聚合物磁性纳米颗粒纤维素材料提供了 新型"纳米复合材料，，，其中所有成分均为纳米级并且无机纳米颗粒相分 布在材料(纤维素纳米纤维网)内。因为细菌纤维素水凝胶为易得材料， 其由于纳米级原纤而具有高机械完整性，具有进行改性以用于特定应用可能性的所专利技术材料变得尤为受关注.因为易于直接浸渍冻干的细菌纤 维素，所以还可以在上述改性上进行另外的改性。浸渍冻干的气凝胶后， 各种单体可用于原位聚合/交联。为产生刚性复合材料，可将反应性单体有效浸入材料中并且在材料内交联。这种改性可潜在改进功能化材 料。应当指出，均匀分布磁性纳米颗粒的作用当然主要是影响材料的磁 性能。然而，均匀分布纳米颗粒的作用为影响几种其它重要的材料性能， 如光散射、机械性能、表面积不减小等。通过下面的描述和实施例，本专利技术的其它目的和优点将变得显而易见。 定义为本专利技术之目的，术语"纤维素材料"意在包括天然纤维素。纤维素 见于植物、 一些动物和一些细菌如微纤维中，所述微纤维根据有机体来源直径为2-20nm。纤维素材料存在于自然界作为植物细胞壁和其它有 机体如细菌或被囊动物中的增强相。纤维素见于棉、纸、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成磁性纳米颗粒纤维素材料的方法，所述方法包括以下步骤：　ａ．提供在溶液中的纤维素材料，　ｂ．将步骤（ａ）的所述纤维素材料加到金属离子溶液中，　ｃ．使在步骤（ｂ）的所述溶液中形成的金属氢氧化物／氧化物络合物沉淀，将所述 沉淀的络合物分散／分布到所述纤维素材料上，　ｄ．将所述沉淀的金属氢氧化物／氧化物络合物加到碱性溶液中，使所述氢氧化物／氧化物络合物转化为磁性纳米颗粒，以及　ｅ．对步骤（ｄ）的所述材料进行冷冻干燥或溶剂交换，以保持无团聚物和使物理 附着于所述纤维素材料上磁性纳米颗粒均匀分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德T奥尔森，美艾哈迈德赛义德萨米尔阿齐兹，拉尔斯贝里隆德，乌尔夫W格德，
申请(专利权)人：瑞典树木科技公司，
类型：发明
国别省市：SE[]