文章编号:100123555(2010)0320228207
收稿日期:2010201213;修回日期:2010204203.
基金项目:陕西省教育厅项目(09J K802),咸阳师范学院专项科研基金资助项目(09XS YK213);
陕西省自然科学基础研究计划项目(2009J Q2015).
作者简介:马占营(19802),女,硕士,E 2m ai:l m az h anyi ng @163.co m .
磁性功能高分子材料的制备及其催化性能
马占营
1*
,何仰清2,徐维霞1,邓玲娟1,范广
1
(1.咸阳师范学院化学与化工学院,陕西咸阳712000;2.西安理工大学应用化学系,陕西西安710048)
摘 要:以Fe 3O 4微粒作为载体,糠醛单体为主要原料通过酸催化聚合2热处理的方法制备了磁性功能高分子PFD /F e 3O 4光催化材料.采用透射电子显微镜(TE M )、X 2射线衍射(XRD )、红外光谱(IR )、热重分析(TG 2DT A )以及紫外2可见光谱(UV 2V i s)等技术对样品的形貌、结构、光吸收特性等进行了表征.以亚甲基蓝溶液的脱色降解为模型反应,考察了样品的光催化性能.结果表明,在自然光照射下,反应40m i n 后,PFD /F e 3O 4对亚甲基蓝溶液的脱色率达到85%左右,COD 去除率为47.37%.关 键 词:磁性Fe 3O 4;功能高分子的制备;光催化中图分类号:O643.32
文献标识码:
A
在多相光催化反应所用的半导体光催化剂中,
纳米T i O 2以其无毒、性能稳定,光催化活性高、对有机物降解无选择性、矿化彻底等优点而备受青睐.但由于纳米颗粒细微,不易沉淀而难回收,不利于催化剂的再生和再利用.故要实现此技术应用于大规模的废水处理,必须解决催化剂的回收问题.文献[1]采用纳米磁性粒子和T i O 2光催化剂纳米粒子复合,制备了可磁分离的复合光催化剂,然而该复合光催化剂只有在紫外光下才能表现出光催化活性,这又限制了对自然光的利用,因此,研究开发容易实现磁分离回收以及能够响应可见光提高太阳能利用率的光催化剂就成为当前光催化研究中的关键课题.
共轭高分子具有丰富、可调的能带结构,可在
整个紫外2可见区表现出很好的光谱响应[2,3]
;当其链上有作为电子供体的共轭基团存在时,在能量大于其带隙能的辐射下由P 2P *跃迁产生光生电荷,分离后的电荷在催化剂表面乃至扩散层引起氧化还原反应[425]
,将吸附在其表面的物质降解矿化,从
而实现光催化[6,7]
.因此,主链为P 电子大共轭体系聚合物在光电材料、半导体材料、催化及耐热性等方面具有潜在的应用价值.文献[3]将两种具有不同结构的共轭高分子聚糠醇2苯酚以及聚对苯撑在一定温度下热活化处理后得到系列功能高分子,将其用作催化剂在自然光照射下处理染料废水时,均
可以表现出较高的光催化活性.
糠醛及其衍生物在特定反应条件下经开环及交联反应后,能生成具有高度不饱和的大P 键结构,且随着体系共轭程度的增大,电子离域性显著增加,这就为电子的迁移提供了可能性并赋予其半导体性能[8]
,并且糠醛系高分子高度共轭的大P 键结
构对光具有良好的吸收性能[9]
,因此,糠醛系功能高分子有望在自然光下表现出光催化活性.若将糠醛系功能高分子与铁磁性微粒复合研制成磁性悬浮负载型光催化剂,则可实现磁分离回收.
本文采用Fe 3O 4磁性微粒为载体,以糠醛单体为主要原料合成了磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4光催化材料,采用TE M 、XRD 、FT 2I R 、TG 2DT A 、UV 2V is 等技术对这种材料的形貌、结构、光吸收特性等进行了表征;并以染料亚甲基蓝为模型污染物,考察了材料的催化性能.
1实验部分
1.1磁性功能高分子材料的制备
药品:Fe 3O 4粉体(A .R.)上海化学试剂公司;糠醛(A .R.)南京化学试剂一厂;H 2S O 4(A .R.)南京化学试剂有限公司;亚甲基蓝(A .R.)上海恒信化学试剂有限公司.
采用酸催化聚合2热处理法合成[10]
:将5m l 糠醛溶解在50m l 无水乙醇中,向其中加入一定量的
第24卷第3期分 子 催 化
Vo.l 24,No .3 2010年6月
J O URNAL OF MOLECULAR CATAL YSIS(C H I NA)
Jun . 2010
Fe 3O 4微粒并超声2h 得到稳定的悬浊液;控制反应温度为80e ,向上述分散体系中滴加1m l 3mol #L 21
的H 2S O 4溶液,反应40m in 后,溶液变黑,4h 后再向体系中滴加0.5m l 3mol #L 21
的H 2S O 4溶液,恒温缩合90m i n 后,室温下陈化8h 得到黑色溶
胶,继续陈化4d 得到黑色凝胶,研磨后水洗至滤
液中无S O 422
为止,最后用无水乙醇洗涤两次,得到前驱物,标记为P .将P 于300e 下隔绝空气热处理5m i n ,得到磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4微粒.糠醛的聚合机理如下
[11]
:
图1酸催化糠醛聚合反应机理
F i g .1Sche m atic ill ustratio n f or the ac i d 2cata lyzed poly m er izati on of furf uryl dehyde
1.2催化剂表征
日本电子株式会社(JEOL)J E M 23010超高分辨
型透射电子显微镜;日本理学公司D /Max2550VB +/PC 型全自动X 射线衍射仪,Cu K A 辐射,管流50mA ,管压40kV ,扫描速度10Deg #m i n 21
;日本Ne 2us870型傅立叶变换红外光谱仪;ZC T 2B 型热重2差热分析仪(TG 2DT A),中国北京金信正数码科技发展有
限公司生产,升温速率5e #m i n 21
,空气气氛;美国Perkin 2E l m er 公司La mbd 950型紫外可见近红外光谱仪;UV 22102PC 型2紫外可见分光光度计.1.3光催化实验
取100mL 浓度为10mg/L 的染料溶液于烧杯中,加入100mg 功能高分子PFD /Fe 3O 4催化剂,首先在避光条件下搅拌10m i n ,使MB 在催化剂表面达到吸附平衡,然后,去掉避光罩,在室温、空气氧和自然光(2009年5月晴天9:00-11:00,咸阳地区)条件下进行反应,反应一定时间后取样立即分离去除催化剂,测脱色液的吸光度值,以染料溶液的脱色率D %表征该催化剂的活性.脱色率D 为:D =(A 02A t )/A 0@100%,其中,A 0:染料溶液在反应体系中避光条件下吸附10m i n 后的吸光度值,A t :反应时间为t 时染料溶液的吸光度值.将脱色后的染料溶液进行UV 2vis 光谱测定,以研究染料在该催化剂上的降解程度.
2结果与讨论
2.1微观形貌分析
图2为纯Fe 3O 4微粒以及磁性功能高分子
PFD /Fe 3O 4微粒的TE M 照片.图2a 中,Fe 3O 4微粒呈无规则形状,由于Fe 3O 4微粒之间的静磁作用而表现出严重团聚现象;图2b 中,PFD /Fe 3O 4微粒具有核壳结构,粒径约在0.8~1.5um 之间,由于Fe 3O 4为磁性微粒,对电子的吸收能力强于高分子PFD ,因此位于核部分的Fe 3O 4呈深暗色,而壳层PFD 则呈浅色
[12]
.与图2a 相比,PFD /Fe 3O 4微粒
在介质中的分散性较好,Fe 3O 4核由于受到PFD 壳层的部分屏蔽,其静磁团聚作用被减弱.
为了进一步验证磁性功能高分子的核壳结构,将PFD /Fe 3O 4微粒与相同量的纯Fe 3O 4微粒加入到一定量的2.0mol/L H 2S O 4溶液中,立即或者浸泡不同时间后取上清液用KSCN 溶液进行显色实验.实验结果证明,纯Fe 3O 4微粒的硫酸溶液遇KSC N 立即显红色,而PFD /Fe 3O 4微粒的硫酸溶液遇KS CN 后呈无色,即使浸泡4h 后,加入KS CN 溶液仍为无色,继续浸泡12h 后略呈浅红色;这说明Fe 3O 4微粒被高分子PFD 包覆,只有经过长时间浸泡(12h)Fe 3O 4才能被H 2S O 4溶解为Fe 3+
,在显色试验中,遇到SC N 2
形成[Fe(SC N )n ]32n
配离子,而使溶液显红色.此外,将浸泡不同时间后的PFD /Fe 3O 4微粒也进行了TE M 分析(图略),分析结果表明,浸泡4h 后仍能明显看到深色的核和浅色的壳,但浸泡12h 后,由于部分Fe 3O 4被H 2S O 4溶解,所以核部分的深色区域明显减少.由此更加证明PFD /Fe 3O 4复合微粒核壳结构的真实性.
229
第3期 马占营等:磁性功能高分子材料的制备及其催化性能
(a 纯F e 3O 4微粒,b PFD /Fe 3O 4微粒)
图2纯Fe 3O 4微粒以及磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4微粒的TE M 照片F i g .2TE M i m ages of pure F e 3O 4and m agne ti c f unc ti ona l pol y m er PFD /F e 3O 4
2.2晶型结构分析
图3为PFD /Fe 3O 4微粒的X 2射线衍射(XRD)谱图.图中在2H 值为18.20b 、30.18b 、35.63b 、43.30b 、57.18b 、62.88b 以及74.30b 处出现的衍射峰分别对应于Fe 3O 4晶体(111)、(220)、(311)、(400)、(511)、(440)和(533)的衍射晶面(JCPDS 7420748),这表明样品中的Fe 3O 4具有立方尖晶石结构.图中衍射峰比较尖锐说明样品中的Fe 3O 4晶化度较好
.
图3PFD /F e 3O 4微粒的XRD 谱图
F i g .3XRD spec tru m ofm agne ti c f unc tiona l pol y m er
PFD /Fe 3O 4
2.3红外光谱分析
图4为纯的PFD 以及磁性功能高分子PFD /
Fe 3O 4的I R 光谱图.a 图中,3300c m 21
处的宽吸收带是表面吸附水分子的伸缩振动吸收峰[13]
,
1703.26~1544.23c m 21
处的宽吸收峰分别对应于2C =O 、2C=C 的特征吸收峰,二者由于宽化而重叠,这归因于热处理过程中分子链间的相互进攻,发生
交联反应,使高分子不饱和度增加,共轭程度增大
[14]
;1174和1015c m 21
处的吸收峰为五元杂环结
构=C 2O 2C=的伸缩振动吸收峰[15]
;与PFD 相比,
PFD /Fe 3O 4复合微粒的I R 光谱中仍存在2C=O 、2C =C 、=C 2O 2C=的吸收峰红移且宽化,这可能是由于Fe 的3d 空轨道与呋喃环上的O 原子的孤对电子形成了O y Fe R 配位键
[16]
,而且PFD 中空的P
*
轨道和充满电子的P 轨道也可以与Fe 原子的价原子轨道形成R 2P 配键,这两种作用使得聚合物分子链上的电子云密度发生变化,改变了PFD 分子中原子间的振动频率[17]
,同时,PFD /Fe 3O 4复合微粒的I R 光谱中=C 2O 2C=吸收峰的存在,证明复合微粒中的高分子并未炭化
[18]
.此外,575.98和485c m
21
处的Fe 2O 键的吸收峰很弱(如图中圆圈标注所示)说明糠醛单体在Fe 3O 4微粒表面发生原位聚合,将Fe 3O 4微粒完全包覆(已被TE M 结果证实);与纯的Fe 3O 4相比
[19]
,该吸收峰向低波数位移;这是由于
呋喃环与Fe 原子形成配位键后,削弱了原Fe 3O 4中
Fe 2O 键的吸收强度[20]
.
2.4热稳定性分析
图5为磁性PFD /Fe 3O 4微粒的前驱物P 的TG 2DT A 曲线.由图5可知,前驱物P 的热失重过程大致分为三个阶段:第一失重阶段(25~116e )为表面吸附水、乙醇等小分子的脱附过程;在DT A 曲线上,69e 附近的吸热峰对应于水的吸热脱出.第二失重阶段(116~208e )对应于表面吸附的未聚单体以及小分子低聚物的脱附过程;在DT A 曲线上,159e 附近有相应的吸热峰出现.第三阶段(208~
230 分 子 催 化 第24卷
图4纯的PFD以及磁性功能高分子PFD/Fe
3O
4
的I R光谱图
F i g.4Infrared spectra of pure PFD and magneti c f uncti ona l
pol y m er PFD/F e
3O
4
500e)的失重为前驱物P中高分子的分解所致,此阶段的失重较大;相应的D TA曲线上有一个以240e为峰值的吸热峰和两个分别以310e和469 e为峰值的放热峰出现,与文献报道数据相近[10,15].其中,240e附近的吸热峰应归于糠醛单体聚合过程中形成的一些大分子聚合物的脱附,而310e和469e附近的放热峰主要归因于高聚物发生了交联反应或取代基团的减除反应以及聚糠醛分子链的热分解.交联反应或取代基团的减除反应有利于在主链上产生双键,形成具有更高共轭度的聚合物[14],与I R表征结果一致.Sharan et al[8]的研究表明,共轭程度的增大,使体系电子离域性显著增加,而呈现半导体性能.此升温过程中,由于Fe3O4微粒外层被聚糠醛有机物包覆,并未出现被氧化现象,这说明当选择热处理温度为300e时,复合微粒中的Fe3O4并不会被氧化为Fe2O3.在XRD中也未检测到Fe2O3相的存在.继续升温至700e时,相应的D T A曲线上于560e左右出现一个小的放热峰,而且样品略呈红棕色,这说明Fe3O4微粒表面包覆的聚糠醛有机大分子被分解完全后,单纯的Fe3O4微粒还是会被氧化,但相应的TG曲线上并未出现明显的失重或增重现象,这可能是由于样品量较少,氧化过程中增重或失重量较少,仪器检测不到.
由以上T G曲线反映的失重数据可以计算出磁性PFD/Fe3O4微粒中Fe3O4的质量分数约为22%.此外,我们也采用化学分析法[21]对磁性PFD/Fe3O4微粒中Fe3O4的质量分数进行了测定,分析结果表明其中Fe3O4的质量分数为19.17%,与TG2D TA
分
图5磁性功能高分子PFD/F e
3
O
4
的前驱物
P的TG2DT A曲线
F i g.5TG2DT A curve of t he precursor P of m ag netic functio na l
poly m er PFD/F e
3
O
4
析结果相近.
2.5光吸收性能分析
图6是纯Fe3O4、PFD/Fe3O4微粒的紫外2可见光吸收曲线.由图6可知,Fe3O4和PFD/Fe3O4微粒在紫外2可见光区均有较强的吸收,且二者吸收曲线的峰形相似;与纯的Fe3O4相比,PFD/Fe3O4在紫外和可见光区的吸收强度明显增大,这可能是由于复合微粒中的PFD具有特殊P电子结构,其禁带宽度与可见光能量相当[22].该结果为PFD/ Fe3O4复合微粒在自然光照射下进行光催化反应提供了可能性
.
图6Fe
3
O
4
以及PFD/F e
3
O
4
磁性功能
高分子的紫外2可见吸收曲线
F i g.6UV2V is absorptio n spectra of pure Fe
3
O
4
and
magneti c f uncti onal poly m er PFD/F e
3
O
4
2.6磁性PFD/F e3O4微粒的催化性能
2.6.1亚甲基蓝染料的脱色和降解实验中以10
231
第3期马占营等:磁性功能高分子材料的制备及其催化性能
mg #L 21
亚甲基蓝水溶液作为污染物模型,对磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4微粒的光催化性能进行评价,并与纯T i O 2和纯PFD 的光催化性能进行了对比,其结果如图7所示.从图中可以看出,磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4在自然光照射下,反应40m in 时,对MB 染料溶液的脱色率达到85%左右,而T i O 2在相同条件下对MB 染料溶液的脱色率只有20%;这说明PFD /Fe 3O 4的催化活性优于无机半导体T i O 2.从图中还可以看出,PFD /Fe 3O 4磁性微粒与PFD 催化剂的催化活性相近;这说明适量磁性载体的引入对PFD 的光催化活性影响较小,材料中PFD 和Fe 3O 4的成分比对PFD /Fe 3O 4的催化性能的影响在后续实验中我们会进一步研究.所得磁性催化剂PFD /Fe 3O 4在外加磁场作用下,可以快速实现固液分离(如图9),不会造成对水体的污染.相比之下,纯T i O 2以及纯PFD 光催化剂由于回收困难,使用成本高,从而难以广泛应用
.
图7自然光下催化剂对MB 水溶液的光催化特性比较F i g .7t he degradati on curve ofM B sol utio n with different
cata l yst vs na t ura l li ght ti m e
图8为MB 溶液在PFD /Fe 3O 4催化剂上光照前(0m i n )以及光照不同时间后(10m i n and 40m i n )的UV 2V is 光谱.可以看出,催化反应前MB 在665和297nm 处有明显的光吸收.其中,665nm 处的吸收带与分子中的强生色基团以及由整个染料分子形成的大共轭体系有关;297n m 处的吸收峰归属于分子
中芳烃或多环芳烃的本证吸收[23]
.随着反应时间的延长,665n m 处的吸收峰强度迅速减弱,未出现其它降解中间体的吸收峰,说明MB 分子被吸附或降解了[3]
.
根据文献方法[24]
将对染料脱色40m i n 后的催化剂用无水乙醇进行洗涤,洗涤液为无色.同时
,
图8M B 溶液在PFD /Fe 3O 4催化剂上光照前(0m i n)、光照不同时间(10m in 、40m i n)后的UV 2V is 光谱F i g .8UV 2V is absorp tio n spectra ofMB soluti on on PFD /F e 3O 4parti c les before (0m i n)and after natura l li ght irrad i a ti on(10m i n and 40m i n)
对于使用后的PFD /Fe 3O 4催化剂表面结构进行了红外表征,并与使用前PFD /Fe 3O 4催化剂的I R 光谱进行了对比,结果发现使用前后两者峰形基本一致,并且在使用后的PFD /Fe 3O 4的I R 光谱上未出现任何降解碎片和染料分子的特征吸收.这说明磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4是一类很好的光催化剂,对染料亚基蓝具有很好的脱色降解作用.
2.6.2亚甲基蓝染料的矿化 采用文献方法[25]
对染料脱色后所得溶液的化学耗氧量(COD )进行了平行测定(见表1).结果表明,所得磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4催化剂在MB 悬浮体系中反应40m i n 时,可使染料分子部分矿化,矿化度达到47.37%.而亚甲基蓝在T i O 2上,于250W 高压汞灯
下照射3h 后,对MB 矿化度仅为42.2%.这说明磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4复合微粒的催化性能优于无机半导体T i O 2. 图9为PFD /Fe 3O 4磁性功能高分子分散在亚甲基蓝染料溶液中,在外加磁场作用下的定向运动照片.可以看出,在外加磁场作用下,PFD /Fe 3O 4可沿着磁场方向做定向运动,聚集到磁铁一面的瓶壁上,说明磁性功能高分子PFD /Fe 3O 4具有很好的磁响应性能,一方面可以通过外界磁场调整方向,使其接收垂直照射的自然光,增大光照面积;另一方面,借助外加磁场可以快速实现催化剂的固液分离,有利于回收.将回收的催化剂经再生处理后可以重复循环使用,从而大大降低了催化剂的使用成本,这对于其工业化应用有重要的实际意义.
232
分 子 催 化 第24卷
表1染料M B 在不同催化剂上的矿化度
Table 1COD data ofMB sol u ti on and decolorized o ne on d ifferent cata l ysts
Co m parison COD (mg /L)
Co nfidence i n terva l M ine ra liza ti on ra te of COD (%)
on PFD /Fe 3O 4
a 37.736.234.3
b 18.617.421.036.1 4.1219.0 4.55047.37o n T i O 2
c 35.936.433.5
d 20.1
18.7
22.4
35.3 3.7320.4 4.64
042.2
confi dence leve :l 0.95,vol u m e :10mL
a and c No li ght irrad i atio n and a ir cond iti on ,adsorptio n ti m e :10m i n
b Under natural light and air conditio n ,reacti on ti m e :40m i n d 250W high pressure l amp ,reactio n ti m e :3.0
h
图9磁性功能高分子PFD /F e 3O 4在外加磁场
作用下的定向运动照片
F ig .9The photo sho wi ng magneti c capture of the m ag netic functio na l pol y me r PFD /Fe 3O 4
3结 论
采用酸催化聚合2热处理的方法成功实现了糠醛单体在Fe 3O 4颗粒表面的原位聚合,从而形成具有核壳结构的PFD /Fe 3O 4复合微粒,其中Fe 3O 4呈
立方尖晶石结构,复合微粒的粒径约为0.8~1.5L m;样品的紫外2可见光吸收表明该磁性功能高分子材料可以吸收紫外可见区的全程光波.光催化实验结果表明,在自然光照射下,反应40m i n 后,PFD /Fe 3O 4对亚甲基蓝溶液的脱色率达到85%左右,COD 去除率为47.37%.Fe 3O 4磁性微粒的引入,使得该催化剂可以借助外加磁场实现固液分离.参考文献:
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P repara tion ofM agnetic Functiona l Poly m er M a ter ials
and Its Cata lytic Property
MA Zhan2yi n g1,H E Y ang2qi n g2,X U W ei2xi a1,DE NG L i n g2juan1,FAN Guang1
(1.De pa rt m e nt of che m istr y,Xianyang N or ma l University,xianyang712000,P.R.China;
2.D e part m e nt of A pplie d Che m istry,X i'a n Unive rsit y of Tec hnology,X i'an710048,P.R.Ch i n a)
Abstr act:PFD/Fe3O4magnetic f uncti o na l pol y m er materials were successf u ll y prepared vi a ac i d2cata l y zed&heat2 treated process usi n g f u rf ur yldehyde mono mer and Fe3O4powder.TE M,X RD,I R,T G2DT A and UV2V is tec h2 n iques were e mployed to c haracterize the morphology,surface str ucture,and optical absorption properties of the sa mp le.Photocata l y tic degradation perf or m ance was investigated usi n g methylene blue poll u tan.t The results sho wed that the decolorizi n g efficiency of theMB sol u ti o n reached about85%at radiati o n ti m e of40m i n and m i n2 eralizi n g effic iency was47.37%.
K ey w ord s:Magnetic Fe3O4;Functional pol y m er preparati o n;Photo catalysis
234分子催化第24卷
1磁性塑料的介绍~~~~~~~ 磁性塑料是高分子磁性材料中的一种。高分子磁性材料是一种具有记录声、光、电等信息并能重新释放的功能高分子材料，是现代科学技术的重要基础材料之一。 有机高分子磁性材料作为一种新型功能材料，在超高频装置、高密度存储材料、吸波材料和微电子等需要轻质磁性材料的领域具有很好的应用前景。 磁性高分子材料的出现大大改善了烧结磁体的这些缺点,它具有重量轻、有柔性、加工温度不高、结构便于分子设计、透明、绝缘、可与生物体系和高分子共容、成本低等优点,但是磁性高分子材料的磁性能较低,如何提高其磁性能成为磁性高分子材料研究的主要热点。磁性高分子材料广泛应用于冰箱、冷藏柜、冷藏车的门封磁条,标识教材,广告宣传,电子工业以及生物医学等领域,是一种重要的功能材料 特点：有机磁性材料的优点：a、结构种类的多样性；b、可用化学方法合成；c、可得 到磁性能与机械、光、电等方面的综合性能；d、磁损耗小、质轻、柔韧性好、加工性能优越；用于超高频装置、高密度存储材料、吸波材料、微电子工业和宇航等需要轻质磁性材料的领域 2磁性塑料的分类及举例 高分子磁性材料分为结构型和复合型两种：结构型磁性材料是指高分子材料本身具有强性；复合型磁性材料是指以塑料或橡胶为黏结剂与磁粉混合黏结加工而制成的磁性体。 结构型磁性材料：结构型高分子磁性材料的种类主要有：高自旋多重度高分子磁性材料；自由基的高分子磁性材料；热解聚丙烯腈磁性材料；含富勒烯的高分子磁性材料；含金属的高分子磁性材料；多功能化高分子磁性材料等. 复合型磁性材料：复合型磁性塑料是指在塑料中添加磁粉和其他助剂，塑料起黏结剂作用。磁性塑料根据磁性填料的不同可以分为铁氧体类、稀土类和纳米晶磁类。根据不同方向磁性能的差异，又可以分为各向同性和各向异性磁性塑料。 3磁性材料的应用 3.1磁性橡胶 磁性橡胶铁氧体填充橡胶永磁体曾大量用于制造冷藏车、电冰箱、电冰柜门的垫圈。北京化工研究院曾研制出专用于风扇电机的磁性橡胶，应用于计算机散热风扇。日本铁道综合技术研究所开发出利用磁性橡胶的磁性复合型减振材料。德国大陆轮胎公司将磁粉混入轮胎侧胶料形成磁性胶条，再通过轮胎胎侧扭力测量装置采用传感器从旋转轮胎胎侧的磁性胶条上采集信号，以获取大量有关汽车和路面之间力的有用数据，有利于驾驶员在不同路况下对车的控制。 3.2磁性塑料 磁性塑料又称塑料磁铁，兼有磁性材料和塑料的特性。根据填充磁粉类型可分为铁氧体类磁性塑料和稀土类磁性塑料。由于磁性塑料机械加工性能好、易成型，且尺寸精度高、韧性好、重量轻、价格便宜、易批量生产，因此对电磁设备的小型化、轻量化、精密化和高性能化有重大意义。它可以记录声、光、电信息，因而广泛用于电子电气、仪器仪表、通讯、日用品等诸多领域，如制造彩色显像管会聚组件、微电机磁钢、汽车仪器仪表、分电器垫片和气动元件磁环等。 3．3医学、诊断学领域的应用 磁性高分子微球能够迅速响应外加磁场的变化，并可通过共聚赋予其表面多种功能基团(如
《功能高分子材料》复习 1、说明离子交换树脂的类型及作用机理？试述离子交换树脂的主要用途。 类型与作用机理：（1）离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。能解离出阳离子、并能与外来阳离子进行交换的树脂被称作阳离子交换树脂；能解离出阴离子、并能与外来阴离子进行交换的树脂被称作阴离子交换树脂。 （2）按其物理结构的不同，可将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型和载体型三类。 （3）氧化还原树脂。指带有能与周围活性物质进行电子交换、发生氧化还原反应的一类树脂。在交换过程中，树脂失去电子，由原来的还原形式转变为氧化形式，而周围的物质被还原。 （4）两性树脂。两性树脂中的两种功能基团是以共价键连接在树脂骨架上的，互相靠得较近，呈中和状态。但遇到溶液中的离子时，却能起交换作用。树脂使用后，只需大量的水淋洗即可再生，恢复到树脂原来的形式。 （5）热再生树脂。在同一树脂骨架中带有弱酸性和弱碱性离子交换基团。（6）螯合树脂。 用途：（1）水处理。水处理包括水质的软化、水的脱盐和高纯水的制备等。（2）冶金工业。离子交换是冶金工业的重要单元操作之一，离子交换树脂还可用于选矿。（3）原子能工业。利用离子交换树脂对核燃料进行分离、提纯、精制、回收等。离子交换树脂还是原子能工业废水去除放射性污染处理的主要方法。（4）海洋资源利用。利用离子交换树脂，可从许多海洋生物中提取碘、溴、镁等重要化工原料。（5）化学工业。离子交换树脂普遍用于多种无机、有机化合物的分离、提纯，浓缩和回收等。离子交换树脂用作化学反应催化剂，可大大提高催化效率。（6）食品工业。离子交换树脂在制糖、酿酒、烟草、乳品、饮料、调味品等食品加工中都有广泛的应用。（7）医药卫生。离子交换树脂在医药卫生事业中被大量应用。（8）环境保护。离子交换树脂在废水，废气的浓缩、处理、分离、回收及分析检测上都有重要应用。
磁性高分子材料的制备及应用 摘要 磁性高分子材料分为复合型和结构型两类,分别阐述了复合型和结构型磁性高分子材料的研究和应用现状,强调了磁性高分子材料的发展意义,本文旨在探讨有关高分子磁性材料制备、性质及应用的最新研究成果。并对其理论和应用领域的开拓前景进行了展望。 关键字磁性高分子功能材料制备方法应用 前言 磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料，最早人们使用的磁性材料大多由天然磁石制成的,后来开始利用磁铁矿烧结成磁性材料,其中以含铁族和稀土元素为主,由于其资源丰富、价格低廉、磁性能好等原因,目前仍在工业电器以及电动设备中得到广泛应用,但是因其密度大、脆硬、变形大、难以制成精密制品等缺点,所以对高分子磁性材料的研究成为一个重要方向。近来对结构型磁性高分子材料的研究取得了进展,合成了许多有机磁性高分子材料磁性聚合物微球自70年代中后期以来便受到了国内外学者的普遍关注，有关磁性聚合物微球的制备和应用的研究论文逐年增加，国外学者针对磁性聚合物微球的制备及在生物医药工程靶向药物临床医学等领域的应用也申请了不少的专利，有些已经商品化。 磁性高分子材料的分类 磁性高分子材料通常可分为复合型和结构型两种。复合型磁性高分子材料是已实现商品化生产的重要磁性高分子材料,能够作为功能材料应用的主要有磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球磁性聚合物薄膜等。复合型磁性高分子材料中的磁性无机物主要是铁氧体类磁粉和稀土类磁粉。稀土磁粉出现后,树脂粘结磁体飞速发展。作粘结剂的高分子主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂主要用于柔性复合磁体的制造,但与塑料相比,一般成型加工困难。热固性粘结剂一般用环氧树脂、酚醛树脂。磁性高分子微球所采用的高分子材料主要是蛋白质、生物多糖、脂类等生物高分子和人工合成的接有各式各样功能基团的合成高分子。目前国内外研究较多的是以核径迹蚀刻膜为基板的纳米磁性材料,它实际上是采用模板法,以聚碳酸酷核径迹蚀刻膜为基体,在其中电沉积磁性粒子,利用其规整膜孔来控制得到的有序纳米磁性材料。 磁性高分子材料的研究现状 1复合型磁性高分子材料 复合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡胶中添加磁粉和其他助剂,均匀混合后加工而成的一种复合型材料。复合型磁性高分子材料根据磁性填料的不同可以分为:铁氧体类、稀土类和纳米晶磁粒类。根据不同方向上的磁性能的差异,又可以分为各向同性和各向异性磁性高分子材料。能够作为功能材料应用的主要有磁性橡胶、磁性塑料、磁性高分子微球、
纳米磁性材料的制备和研究进展综述 一．前言 纳米材料又称纳米结构材料 ,是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围内的材料 (1-100 nm) ,或由它们作为基本单元构成的材料 ,是尺寸介于原子、分子与宏观物体之间的介观体系。磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。因此 ,纳米磁性材料的特殊磁性可以说是属于纳米磁性。 司马迁《史记》记载黄帝作战所用的指南针是人类首次对磁性材料的应用。而今纳米磁性材料广泛应用于生物学，磁流体力学，原子核磁学，机体物理学，磁化学，
天文学，磁波电子学等方面。随着雷达、微波通信、电子对抗和环保等军用、民用科学技术的,微波吸收材料的应用日趋广泛 ,磁性纳米吸波材料的研究受到人们的关注。纳米磁性材料也对人们的生产与生活带来诸多的利益。 本次综述，主要针对磁性纳米材料的制备方法和研究进展两个问题进行阐述。首先，介绍磁性纳米材料的发展历史，可以追溯到黄帝时期。其次，介绍磁性纳米材料的分类。------再次，重点介绍磁性纳米材料是怎么制备的。其制备方法一般分为三大类：1.由上到下，即由大到小，将块材破碎成纳米粒子，或将大面积刻蚀成纳米图形等。2.由下到上，即由小到大，将原子，分子按需要生长成纳米颗粒，纳米丝，纳米膜或纳米粒子复合物 3. 气相法、液相法、固相法等。第四、介绍磁性纳米材来噢的现状和发展前景。最后，将全文主题扼要总结，并且找出研究的优缺点和差距，提出自己的见解。 二、主题 1、纳米磁性材料的发展史 磁性材料是应用广泛、品类繁多、与时俱进的一类功能材料，磁性是物质的基本属性之一。人们对物质磁性的认识源远流长，早在公元前四世纪,人们就发现了天然的磁石(磁铁矿Fe3O4),，据传说，那是黄帝大战蚩尤于涿鹿，迷雾漫天，伸手不见五指，黄帝利用磁石指南的特性，制备了能指示方向的原始型的指南器，遂大获全胜．古代取其名为慈石，所谓“慈石吸铁，母子相恋”十分形象地表征磁性物体间的互作用。人们对物质磁性的研究具有悠久的历史,是在十七世纪末期和十八世纪前半叶开始发展起来的。1788年,库仑(Coulomb)把他的二点电荷之间的相互作用力规律推广到二磁极之间的相互作用上。1820年,丹麦物理学家奥斯特(Oersted)发现了电流的磁效应;同年法国物理学家安培(Ampere)提出了分子电流假说,认为物质磁性起源于分子电流。
有机磁性材料研究综述 摘要:有机磁性材料是最近二十多年发展起来的新型的功能材料,因为其结构的多样性,可用化学方法合成,相比传统磁性材料具有比重低、可塑性强等等优点，因此在新型功能材料方面有着广阔的应用前景。本文综述了高分子有机磁性化合物的发展和研究近况，及其有机高分子磁性材料的分类及其应用前景。 关键词：有机磁性材料结构型复合型 Review on the research of organic magnetic material Abstract: organic magnetic material is a new functional material in recent twenty years, because of the diversity of its structure, synthetized by chemical method , compared with the traditional magnetic materials with a low specific gravity, high plasticity, and so on, so it has a broad application prospect in the new functional materials.This paper reviews the development and research status of high polymer organic magnetic materials’compounds, classification and its application prospect. Key word: organic magnetic material intrinsic complex
高分子有机磁性材料 1 引言 磁性材料是一簇新兴的基础功能材料。虽然早在3000多年前我国就已发现磁石相互吸引和磁石吸铁的现象, 并在世界上最先发明用磁石作为指示方向和校正时间的应用, 在《韩非子》和东汉王充著的《论衡》两书中所提到的“司南”就是指此, 但毕竟只是单一地应用了天然的磁性材料。人类注意于磁性材料的性能特点、制造、应用等的研究、开发的发展历史尚不到100年时间。经过近百年的发展, 磁性材料已经形成了一个庞大的家族,按材料的磁特性来划分, 有软磁、永磁、旋磁、记忆磁、压磁等; 按材料构成来划分, 有合金磁性材料, 铁氧体磁性材料, 分类情况如下: 上述材料尽管种类繁多, 庞杂交叉, 但都属于无机物质的磁性材料或以无机物质为主的混合物质磁性材料。 近年来, 由于一种全新的磁性材料的面世, 使磁性材料家族喜添新成员, 这就是高分子有机磁性材料,其独特之处在于它属于纯有机物质的磁性材料。过去
一般认为, 有机高分子化合物是难于具有磁性的, 因此本身具有磁性的有机高分子化合物的出现, 就是高分子材料研究领域的一个重大突破。有机高分子磁性材料的发现被国内外专家认为是80年代末科学技术领域最重要的成果之一, 它的发现在理论和应用上可与固体超导和有机超导相提并论。有可能在磁性材料领域产生一系列新技术。 2高分子有机磁性材料的主要性能特点 由于高分子有机磁性材料既属于高分子有机材料, 又属于磁性材料, 对这类材料的研究属于交叉科学,人们对这类新型材料的研究和认识尚处于起步阶段,因此尽管专家们已对其进行了多方面的测量、试验和分析、研究, 但对其特性的认识仍很不系统、很不准确、很不全面。从现已了解到的一些测试数据和分析情况可以初步看出其主要的性能特点: (1) 该材料是采用与过去所有磁性材料的制备方法完全不同的高分子化工工艺制成的高分子有机物质,是高分子有机物再加上二茂铁的络合物, 分子量高达数千。该类材料和元件制备的主要工艺流程如图1。 有机物的主要构成元素是碳、氢、氮,结构和化学性能十分稳定。将磁粉加工
功能高分子材料研究进展 摘要 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。本文主要论述了在工程上应用较广和具有重要应用价值的一些功能高分子材料，如吸附分离功能高分子、反应型功能高分子、光功能高分子、电功能高分子、医用功能高分子、液晶高分子、高分子功能膜材料等。 关键词:高分子材料；功能高分子；功能材料； Abstract Functional polymer materials is an important branch of polymer science, it is the study of various functional polymer molecular design and synthesis of relationship between structure and properties and application technology as a new material. its importance is that contains every kind of polymer has special function it light functional polymer materials mainly include chemical functional polymer materials electric magnetic functional polymer materials acoustic functional polymer materials, polymer liquid crystal sections medical polymer materials, the research of this field mainly includes the study of the function of the molecular structure and formation of various sorts of special relationship, which is from the macro and go deep into the micro, and from the quantitative and semi-quantitative into from the chemical composition and structure principle to explain the special function of regularity, to explore and this paper mainly discusses the synthesis of new functional materials. Keywords：high polymer materials; functional polymer; functional Materials;
第22卷第4期高分子材料科学与工程Vol.22,No.4 2006年7月POLYMER MAT ERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Jul.2006表面含羧基磁性高分子复合微球的制备 赵吉丽1,韩兆让1,王 莉1,刘春丽1,余 娜1,张群利2 (1.吉林大学化学学院,吉林长春130023;2.东北林业大学包装工程系,黑龙江哈尔滨150040) 摘要:用化学共沉淀法制备了F e3O4纳米微粒,并对F e3O4微球表面进行改性,以磁性Fe3O4为核,通过苯乙烯和丙烯酸的乳液共聚,制备了粒径均匀、以苯乙烯和丙烯酸共聚物为壳、表面含有一定羧基的磁性高分子纳米复合微球。测定了此微球的形态、结构和粒径,探讨了聚合单体、乳化剂等因素对微球合成的影响。 关键词:纳米Fe3O4;乳液聚合;核壳粒子;磁性高分子复合微球 中图分类号:T Q316.33+4 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2006)04-0204-04 近几十年来,性质特殊的磁性高分子复合微球备受关注[1]。它是一种高分子生物材料,既保留了高分子的特性,又具有超顺磁性,因此可方便地利用磁场进行定位。当微球经过共聚或表面改性后,其表面可引入不同的功能基团(如-COOH、-NH2、-OH、-SO3H、-CH3Cl 等),从而使材料获得了新的性能,例如,可在室温下形成Schiff碱共价结合蛋白质、酶和细胞等生物活性物质,还可用于磁场分离,因而在细胞分离核酸分离、免疫检测以及靶向药物等生物化学和生物医学方面有着广泛的应用前景。 目前,人们已采用分散聚合[2]、悬浮聚合、乳液聚合、微乳液聚合[3]、双乳液聚合[4]、反相乳液聚合[5]等方法对磁性高分子微球的制备进行了广泛的研究。本文利用改进的乳液聚合法制备了磁性高分子微球,并对其制备过程的影响因素进行了考察。 1 实验部分 1.1 材料 FeCl2 4H2O:分析纯;FeCl3 6H2O:分析纯;无水Na2CO3:分析纯;十二烷基苯磺酸钠(SDBS):化学纯;油酸:化学纯;苯乙烯(St):分析纯;丙烯酸(AA):化学纯,单体经减压蒸馏除去阻聚剂;偶氮二异丁腈(AIBN):分析纯,重结晶后使用;二乙烯苯(DVB):分析纯;经碱洗除去阻聚剂;氨水(质量分数为25%～28%):分析纯;蒸馏水。 1.2 磁性高分子微球的合成 1.2.1 油酸改性的磁性Fe3O4的制备[3,6,7]:在500mL三口瓶中,加入27g FeCl3 6H2O和12 g FeCl2 4H2O,用100mL蒸馏水溶解,激烈搅拌下,快速加入80mL质量分数为25%～28%的浓氨水,反应10m in,然后加入11mL油酸,加热到70℃反应30min,继续加热到110℃,以除去水蒸汽和未反应的氨水,静置,冷却至室温,多次用蒸馏水(每次用150mL)洗涤,干燥,保存。 1.2.2 羧基磁性高分子微球的制备:将0.5g 上述制备的磁性纳米粒子(M P)、0.5m LDVB、0.1g无水Na2CO3和0.4g SDBS依次加入体积为60mL的蒸馏水中,在N2气氛下移入250 m L三颈圆底烧瓶中,充分搅拌乳化30min,升温至70℃,加入0.04g AIBN,保持N2气氛,加热到75℃时,滴加含有0.06g AIBN和体积比为10∶1的St与AA的混合液11mL,以300r/min的速度搅拌,反应10h。所得乳液呈棕色。 收稿日期:2005-06-20;修订日期:2005-09-08 联系人:韩兆让,主要从事高分子纳米材料与仿生材料研究,E-mail:hanz r@https://www.doczj.com/doc/da10761633.html,
材料科学前沿 题目：纳米铁氧体磁性材料学院：理学院 班级：Y130802 姓名：陈国红 学号：S1*******
摘要：铁氧体纳米磁性材料是一类非常重要的无机功能材料，其应用涉及到电子、信息、航天航空、生物医学等领域。综述了纳米结构铁氧体磁性材料化学制备方法的研究进展，以及它们的应用，分析了其存在的问题，展望了研究和开发纳米结构铁氧体磁性材料的新性能和新技术的应用前景。 关键词：纳米磁性材料；铁氧体；制备；应用
铁氧体是从20世纪40年代迅速发展起来的一种新型的非金属磁性材料。与金属磁性材料相比，铁氧体具有电阻率大、介电性能高、在高频时具有较高的磁导率等优点。随着科学技术的发展，铁氧体不仅在通讯广播、自动控制、计算技术和仪器仪表等电子工业部门应用日益广泛，已经成为不可缺少的组成部分，而且在宇宙航行、卫星通讯、信息显示和污染处理等方面，也开辟了广阔的应用空间。在生产工艺上，铁氧体类似于一般的陶瓷工艺，操作方便易于控制，不像金属磁性材料那样要轧成薄片或制成细粉介质才能应用。由于铁氧体性能好、成本低、工艺简单、又能节约大量贵金属，已成为高频弱电领域中很有发展前途的一种非金属磁性材料 l铁氧体的晶体结构 铁氧体作为一种具有铁磁性的金属氧化物，是由铁和其他一种或多种金属组成的复合氧化物。实用化的铁氧体主要有以下几种晶体类刑 1．1尖晶石型铁氧体 尖晶石型铁氧体的化学分子式为MnFe 20 4 或M0Fe 2 3 ，M是指离子半径与二价 铁离子相近的二价金属离子(Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+、Co2+等)或平均化学价为 二价的多种金属离子组(如Li 0.5Fe 0.53 )。以Mn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物 MnFe 20 4 称为锰铁氧体，以Zn2+替代Fe2+所合成的复合氧化物ZnFe 2 4 称为锌铁氧体。 通过控制替代金属，可以达到控制材料磁特性的目的。由一种金属离子替代而成的铁氧体称为单组分铁氧体。由两种或两种以上的金属离子替代可以合成出双组 分铁氧体和多组分铁氧体。锰锌铁氧体(Mn—ZnFe 2O 4 )和镍锌铁氧体(Ni—ZnFe 2 4 ) 就是双组分铁氧体，而锰镁锌铁氧体(Mn—Mg—ZnFe 2O 4 )则是多组分铁氧体。 1．2磁铅石型铁氧体 磁铅石型铁氧体是与天然矿物——磁铅石Pb(Fe 7.5Mn 3.5 Al o.5 Ti 0.5 )0 19 有类似晶 体结构的铁氧体，属于六角晶系，分子式为MFe l20 19 或Bao·6Fe 2 3 ，M为二价金 属离子Ba2+、Sr2+、Pb2+等。通过控制替代金属，也可以获得性能改善的多组分铁氧体。 1．3石榴石型铁氧体 石榴石型铁氧体是指一种与天然石榴石(Fe，Mg) 3A1 2 (Si0 4 ) 3 有类似晶体结构
第三章功能高分子材料 3．1 概述 功能高分子是高分子化学的一个重要领域，它是研究各种功能性高分子材料的分子设计和合成、结构和性能关系以及作为新材料的应用技术。它主要包括化学功能高分子材料、光功能高分子材料、电、磁功能高分子材料、声功能高分子材料、高分子液晶、医用高分子材料几部分，这一领域的研究主要包括研究分子结构、组成与形成各种特殊功能的关系，也就是从宏观乃至深入到微观，以及从半定量深入到定量，从化学组成和结构原理来阐述特殊功能的规律性，从而探索和合成出新的功能性材料。 3．1．1 功能高分子材料的概念和分类 高分子材料按其使用性能可以分为结构高分子材料和功能高分子材料，结构高分子材料具有较高的比刚度和比强度，可以代替金属作为结构材料，如我们熟知的工程塑料和聚合物基复合材料。 对功能高分子材料，目前尚未有明确的定义，一般认为是指
除了具有一定的力学功能之外还具有特定功能（如导电性、光敏性、化学性和生物活性等）的高分子材料，所谓材料的功能，从根本上说，是指向材料输入某种能量，经过材料的传输转换等过程，再向外界输出的一种作用。材料的这种作用与材料分子中具有的特殊功能的基团和分子结构分不开的。 请注意，不可将功能高分子和功能高分子材料混为一谈，这两者是有明显区别的。功能高分子材料从组成和结构上可以分为结构型和复合型两大类。结构型功能高分子材料是指在高分子链中具有特定功能基团的高分子材料，这种材料所表现的特定功能是由高分子本身的因素决定的。构成结构型功能高分子材料中的高分子叫功能高分子，而复合型功能高分子材料，是指以普通高分子材料为基体或载体，与具有某些特定功能（如导电、导磁）的其它材料进行复合而制得的功能高分子材料，这种材料的特殊功能不是由高分子本身提供的。 功能高分子材料涉及范围广、品种繁多，还未有统一的分类方法，一般按其使用功能来分类，大致可以分为以下几类：（1）化学功能高分子材料 主要包括离子交换树脂，高分子催化剂、高分子试剂、螯合树脂、高分子絮凝剂和高吸水性树脂等。
磁性高分子材料的分类 磁性高分子材料通常可分为复合型和结构型两种。前者是指以高分子材料与各种无机磁性物质通过混合粘结、填充复合、表面复合、层积复合等方式加工制得的磁性体，如磁性橡胶、磁性树脂、磁性薄膜、磁性高分子微球等；后者是指不用加入无机磁性物，高分子结构自身具有强磁性的材料，由于比重小、电阻率高，其强磁性来源与传统无机磁性材料很不相同,因此具有重要的理论意义和应用前景。 1、复合型磁性高分子材料 复合型磁性高分子材料主要是指在塑料或橡胶中添加磁粉和其他助剂，均匀混合后加工而成的一种复合型材料。复合型高分子磁性材料分为树脂基铁氧体类高分子共混磁性材料和树脂基稀土填充类高分子共混磁性材料两类，简称为铁氧体类高分子磁性材料和稀土类高分子磁性材料，目前以铁氧体类高分子磁性材料为主。 （1）铁氧体类高分子磁性材料 铁氧体类高分子磁性材料具有质轻、柔韧、成型后收缩小、制品设计灵活等特点，可制成薄壁或复杂形状的制品。但是其磁性不仅比烧结磁铁的差,也比稀土类磁性塑料的差。如果大量填充磁粉，制品的加工性和强度都会下降。所以铁氧体类高分子磁性材料主要用于家电和日用品。 （2）稀土类高分子磁性材料 填充稀土类磁粉制作的高分子磁性材料属于稀土高分子磁性材料。它与烧结型稀土类磁铁相比，虽然在磁性和耐热性方面较差，但
其成型性和力学性能优良，组装和使用方便，废品率低。稀土类高分子磁性材料的磁性虽不如稀土类烧结磁铁，但优于铁氧体类烧结磁铁，其力学强度、耐热性能和磁性能均优于铁氧体类高分子磁性材料。稀土类高分子磁性材料的加工性能较出色，可以满足电子工业对电子电气元件小型化、轻量化、高精密化和低成本的要求，可应用于小型精密电机、通讯设备传感器、继电器、仪器仪表、音响设备等多种领域，将成为今后高分子磁性材料发展的方向。 （3）复合型磁性高分子材料的粘结剂 目前磁性塑料的粘结剂主要是橡胶、热固性树脂和热塑性树脂。橡胶类粘结剂包括天然橡胶和合成橡胶，主要用于柔性复合磁体制造；热固性粘结剂一般用环氧树脂和酚醛树脂；热塑性粘结剂主要为聚酰胺(PA)、聚丙烯和聚乙烯等,其中PA类最常见，目前最常用的PA基体是尼龙6、尼龙66和尼龙12等。 （4）影响复合型磁性高分子材料性能的影响因素 影响复合型高分子材料磁性能的主要是磁粉的用量和粒径。磁性高分子材料的磁性能基本上不受高分子种类的影响，而主要取决于磁粉的性质和用量；磁粉的粒径对磁性高分子材料的磁性能有较大的影响，一般如果磁粉粒径较大，粒度分布不均匀，则其在复合材料中的分散不均匀，导致内退磁现象增强，还会造成应力集中，降低物理机械性能。磁粉粒径较小时，磁粉在高分子材料中分散均匀，且退磁能力也越小。当粒径足够小时，各颗粒成为单畴，这样当磁粉的粒径接近磁畴的临界晶粒直径时，磁性材料的矫顽力会大大增加。因此从理
磁光材料的研究现状 1.综述 磁光材料是具有磁光效应的材料，磁光效应包括法拉第效应、磁光克尔效应、塞曼效应和磁致线双折射效应（科顿-穆顿效应和瓦格特效应）等。磁光材料需要同时具备一定的光学特性和磁学特性。 1.1法拉第效应 法拉第效应指偏振光通过磁场下的介质后，偏振面因磁场作用而发生偏转。 其中是沿着光线传播方向看去偏振面的旋转角，叫做法拉第转角；V是Verdet 常数，与材料性质有关；B是磁感应强度在光线传播方向上的投影；d是光在介质中传播的距离。当磁感应强度投影B与光线传播方向同向时，偏振面右旋，<0；反之，偏振面左旋，>0。 与普通旋光效应不同的是，光线通过介质后再反射，原路返回再次通过介质，偏振面会在原来的基础上再旋转角，而不是恢复原状。这为利用法拉第效应的磁致旋光材料提供了一种新的应用空间，如磁光调制器、磁光隔离器等。 目前，对法拉第效应磁光材料的研究相对透彻，应用也相对广泛。以钇铁石榴石（，简称YIG）为代表的稀土铁石榴石（）材料是常见的法拉第效应磁光材料[1]。 1.2磁光克尔效应 磁光克尔效应指线偏振光在磁化的介质表面反射后，在磁场作用下偏振面发生偏转，偏转角度称为磁光克尔转角。根据磁场强度方向的不同，磁光克尔效应分为三种：极向克尔效应：磁场方向垂直于介质表面，通常，随入射角的减小而增大； 横向克尔效应：磁场方向平行与介质表面且垂直于入射面，光线的偏振方向不会发生变化，p偏振光入射时会发生微小的反射率变化； 纵向克尔效应：磁场方向平行与介质表面且平行于入射面，随入射角的减小而减小，纵向克尔效应的强度比极向克尔效应小几个数量级，不易观察。 1 / 8
应用最广的是极向克尔效应，可用来进行磁光存储和观察磁体表面或磁性薄膜的磁畴分布。 1.3塞曼效应 塞曼效应指光源位于强磁场中时，分析其发光的谱线，发现原来的一条谱线分裂成三条或更多条。原子位于强磁场中时，破坏自旋-轨道耦合，一个能级分裂成多个能级，而且新能级间有一定的间隔，能级的分裂导致了谱线的分裂。能级分裂的方式与角量子数J和朗德因子g有关。 塞曼效应证明了原子具有磁矩，而且磁矩的空间取向量子化。塞曼效应可应用于测定角量子数和朗德因子，还可分析物质的元素组成。 1.4磁致线双折射效应 磁致线双折射效应指透明介质处于磁场中时，表现出单轴晶体的性质，光线入射能产生两条折射线。在铁磁和亚铁磁体中的磁致线双折射效应称作科顿-穆顿效应，反铁磁体中的磁致线双折射效应称作瓦格特效应[2]. 磁致线双折射效应可用于测量物质能级结构，研究单原子层磁性的微弱变化等2.研究现状 本章将介绍多种磁光材料的前沿应用和理论研究，并结合本人所学知识给出相应的评价和启发。个人评价用加粗字体给出。 2.1利用法拉第效应进行焊接检测[3] 根据法拉第效应，偏振光通过磁场中的介质后，偏振面转过一定角度，通过偏振角一定的偏振片后，就会表现为不同的亮度。工作时，将光源、起偏器、反射镜、直流电磁铁、光反射面、磁光薄膜、检偏器、CMOS成像装置和焊件按图1组装。 2 / 8
高分子材料的合成工艺 1.1 基本概念 单体(Monomer)----高分子化合物是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化合物，也称为高分子、大分子等。一般把相对分子质量高于10000的分子称为高分子。高分子通常由103～105个原子以共价键连接而成。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小分子则被称为“单体”。 链节(Repreat unit)----链节指组成聚合物的每一基本重复结构单元。 聚合度(Dregree of Polymerization)----衡量聚合物分子大小的指标。以重复单元数为基准，即聚合物大分子链上所含重复单元数目的平均值，以n表示；以结构单元数为基准，即聚合物大分子链上所含结构单元数目的平均值，以x表示。聚合物是由一组不同聚合度和不同结构形态的同系物的混合物所组成，因此聚合度是统一计平均值。 自由基----是指带电子的电中性集团，具有很高的反应活性。 引发剂（Initiator）----又称自由基引发剂，指一类容易受热分解成自由基（即初级自由基）的化合物，可用于引发烯类、双烯类单体的自由基聚合和共聚合反应，也可用于不饱和聚酯的交联固化和高分子交联反应。 分子量（molecular weight）----化学式中各个原子的相对原子质量的总和，就是相对分子质量（Relative molecular mass），用符号Mr表示。 分子量分布（molecular weight distribution）----由于高聚物一般由不同分子量的同系物组成的混合物，因此它的分子量具有一定的分布，分子量分布一般有分布指数和分子量分布曲线两种表示方法。 均聚物(Homopolymer)----由一种单体聚合而成的聚合物。 共聚物(Copolymer)----由一种以上单体聚合而成的聚合物，生产聚合物的聚合反应成为共聚反应。 无规共聚物(Random Copolymerization)---- 在高分子链中不同单体单元的序列分布无规则。A和B两种单元在链中的排列顺序是不能预示的。在烯类单
常用高分子材料汇总
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常用高分子材料总结 塑料：1、热固性塑料 2、热塑性塑料：①通用塑料（五大通用塑料） ②工程塑料（通用工程塑料特种工程塑料） 工程塑料具有更高的力学强度，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，具有较高的尺寸稳定性， 五大通用工程塑料为：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚。 分 类 名称概述性能特点加工性能主要应用 酚醛树脂（PF）酚类和醛类缩聚而 成的合成树脂的总 称。最常用的是苯 酚和甲醛 力学强度高；性能稳定；坚硬耐磨； 耐热、阻燃、耐腐蚀；电绝缘性良好； 尺寸稳定性好；价格低廉；色深，难 于着色 本身很脆，成型时需排气，须加入纤 维或粉末状填料。有层压和模压 电绝缘材料（俗称电 木）、家具零件、日用品、 工艺品、耐酸用的石棉 酚醛塑料 3
热固性塑不饱和聚酯 （UP） 由二元酸(或酸酐) 与二元醇经缩聚而 制得的不饱和线型 热固性树脂 力学强度高，强度接近钢材，可用作 结构材料，可在常温常压下固化 在不饱和聚酯中加入苯乙烯等活性 单体作为交联剂（影响其性能），并 加入引发剂和促进剂，可以在低温或 室温下交联固化形成。 主要用途是玻璃纤维增 强制成玻璃钢，大型化 工设备及管道，飞机零 部件，汽车外壳小型船 艇，透明瓦楞板，卫生 盥洗器皿、 氨 基 塑 料 脲甲醛 树脂UF 氨基模塑料俗称电 玉粉，是由氨基树 脂为基质添加其他 填充剂、脱模剂、 固化剂、颜料等， 经过一定塑化工艺 制成 （UF）坚硬耐刮伤、有较好的耐电 弧性和一定的机械强度，有自熄性、 无臭、无味、耐热性、耐水性比酚醛 塑料稍差，外观美丽鲜艳，耐霉菌， 制造电器开关、插座、照明器具 （MF）的吸水性比脲醛树脂要低， 而且耐沸水煮，耐热性也优于脲醛塑 料一般可在150-200℃范围内使用， 并有抗果汁、洒类饮料的沾污，密胺 餐具而出名 （UMF）制品具有优良 的耐电弧性能和很高的 机械强度，以及良好的 电绝缘性和耐热性；耐 电弧防爆电器设备配 件，要求高强度的电器 开关和电动工具的绝缘三聚氰 胺甲醛 树脂MF 脲三聚 氰胺甲 4
作者简介:吴颉,1978年生,硕士研究生,研究方向为高分子材料化学。 开发与应用 磁性高分子微球的制备及应用 吴 颉 王 君 景晓燕 张密林 (哈尔滨工程大学化学工程系,哈尔滨 150001) 摘 要 本文对新型功能材料磁性高分子微球的组成、制备方法、应用及其发展前景进行了 简要介绍。 关键词 磁性高分子微球,磁性载体,固定化酶 The preparation and utilization of magnetic microspheres Wu Jie Wang J un Jing Xiaoyan Zhang Milin (Department of Chemical Engineering ,Harbin Engineering University ,Harbin 150001)Abstract The composition ,preparation ,application and development prospect of magnetic microspheres are re 2 viewed in this article 1 K ey w ords magnetic microspheres ,magnetic carrier ,immobilized enzyme 磁性高分子微球是最近发展起来的一种新型功 能高分子材料。它兼具磁性粒子和高分子粒子的特性,既可方便地从介质中分离,又可对其表面进行修饰从而赋予其表面多种功能团。因为其具有优异的特性,得以广泛地应用于精细化工、生物医学、生物工程学、细胞学等诸多领域。近年来适应不同要求的磁性高分子微球已成为一个新的研究热点。本文就磁性高分子微球的制备及应用作简要介绍。 1 磁性高分子微球的制备 111 组成材料 目前制备的磁性高分子微球主要有核-壳式结构和壳-壳-核结构。核-壳式结构中,核既可为 磁性材料,也可由聚合物组成,壳则相应为聚合物或无机物。通过单体共聚可以在磁性微球表面载上一定的功能团,实现磁性微球的表面功能化。如果单体共聚反应困难或表面无功能团,则可通过功能团 的转化得到所需的功能团。 制备磁性微球通常应用的磁性物质有:纯铁粉、羰基铁、磁铁矿、正铁酸盐、铁钴合金等,尤以Fe 3O 4磁流体居多。与磁性材料结合的高分子材料中天然高分子材料有壳聚糖、明胶、纤维素等,合成高分子材料最常用的是聚丙烯酰胺(PAM )和聚乙烯醇(PVA )。其中天然高分子材料因具有价廉易得、生物相容性好、可被生物降解等优点,得到了广泛的研究和应用。112 制备方法 磁性高分子微球的制备方法主要有包埋法、单体聚合法、化学转化法、生物合成法等。11211 包埋法 包埋法是运用机械搅拌、超声分散等方法使磁性粒子均匀悬浮于高分子溶液中,通过雾化、絮凝、沉积、蒸发等手段制得磁性高分子微球。磁性粒子表面与亲水性高分子之间存在一定的亲和力,所以 第30卷第8期 化工新型材料 Vol 130No 182002年8月 N EW CHEMICAL MA TERIAL S Aug.2002
功能高分子材料 ▲1、什么是功能高分子？什么是特种高分子？两者的区别和关系如何？ （1）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。 功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。 （2）特种高分子材料：是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料的范畴。 （3）功能高分子属于特种高分子材料的范畴。特种高分子材料可细分为功能高分子和高性能高分子两类。 ▲2、功能和性能有什么区别？功能高分子和高性能高分子有什么不同？ （1）性能：材料对外部作用的抵抗特性。（2）功能：指从外部向材料输入信号时，材料内部发生质和量的变化而产生输出的特性。 （3）功能高分子：是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应输出的高分子材料。 （4）高性能高分子：是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。 （从实用的角度看，对功能材料来说，人们着眼于它们所具有的独特的功能； 而对高性能材料，人们关心的是它与通用材料在性能上的差异。） 3B、功能高分子材料的类型 （1）力学功能材料：①强化功能材料，②弹性功能材料。 （2）化学功能材料：①分离功能材料，②反应功能材料，③生物功能材料。 （3）物理化学功能材料：①耐高温高分子，②电学功能材料，③光学功能材料，④能量转换功能材料。 （4）生物化学功能材料：①人工脏器用材料，②高分子药物，③生物分解材料。 这一分类，实际上包括了所有特种高分子材料。国内一般采用按其性质、功能或实际用途划分为8种类型。 （1）反应性高分子材料，（2）光敏型高分子，（3）电性能高分子材料，（4）高分子分 离材料，（5）高分子吸附材料，（6）高分子 智能材料，（7）医药用高分子材料，（8）高 性能工程材料。 ▲1、什么是活性聚合？阴离子活性聚合的 特征是什么？ （1）活性聚合：是指引发速度远远大于增 长速度，并且在特定条件下不存在链终止反 应和链转移反应，亦即活性中心不会自己消 失的反应。二氯乙基氯/乙酸乙酯引发 （2）阴离子活性聚合的基本特点：①聚合 反应速度极快；②单体对引发剂有强烈的选 择性；③无链终止反应；④多种活性种共存； ⑤相对分子质量分布很窄。 ▲2、通过哪些途径可实现阳离子活性聚 合？哪些单体适合进行阳离子活性聚合？ （1）途径①设计匹配性亲核反离子，如 采用HI/I2引发体系引发烷基乙烯基醚进行 阴离子活性聚合②适当的lewis酸碱配对 引发，如采用二氯乙基铝/乙酸乙酯引发 （2）目前，烷基乙烯基醚、异丁烯、苯乙 烯及其衍生物、1, 3 —戊二烯、茚和α-蒎烯 等都已经实现了阳离子活性聚合。 ▲3、为什么基团转移聚合也属于活性聚合 范畴？ 基团转移聚合与阴离子型聚合一样，属“活 性聚合”范畴。基团转移聚合是以不饱和酯、 酮、酰胺和腈类等化合物为单体，以带有硅、 锗、锡烷基等基团的化合物为引发剂，用阴 离子型或路易士酸型化合物作催化剂，选用 适当的有机物为溶剂，通过催化剂与引发剂 之间的配位，激发硅、锗、锡等原子与单体 羰基上的氧原子结合成共价键，单体中的双 键与引发剂中的双键完成加成反应，硅、锗、 锡烷基团移至末端形成“活性”化合物的过 程。 包括①链引发反应，②链增长反应，③链终 止反应。 ▲4、自由基活性可控聚合有哪几类？ 阴离子活性聚合、阳离子可控聚合、基团转 移聚合、原子转移自由基聚合、活性开环聚 合、活性开环歧化聚合等 ▲5、什么是高分子的化学反应？他们与小 分子的化学反应有什么异同点？影响高分 子化学反应的因素有哪些？ （1）高分子的化学反应：可以将天然和合 成的通用高分子转变为具有新型结构与功 能的聚合物的化学反应。 （2）与小分子的化学反应的相同点： 高分子可以进行与低分子同系物相同的化 学反应。例如含羟基高分子的乙酰化反应和 乙醇的乙酰化反应相同；聚乙烯的氯化反应 和己烷的氯化反应类似。 （3）与小分子的化学反应的不同点： ①在低分子化学中，副反应仅使主产物产率 降低。而在高分子反应中，副反应却在同一 分子上发生，主产物和副产物无法分离，因 此形成的产物实际上具有类似于共聚物的 结构。 （4）高分子的反应活性的影响因素： ①聚集态结构因素：结晶和无定形聚集态结 构、交联结构与线性结构、均相溶液与非均 向溶液等结构因素均会对高分子的化学反 应造成影响。 ②化学结构因素：a）几率效应：当高分子 的化学反应涉及分子中相邻基团作无规成 对反映时，某些基团由于反应几率的关系而 不能参与反应，结果在高分子的分子链上留 下孤立的单个基团，使转化程度受到限制。 b）邻近结构效应：分子链上邻近结构的某 些作用，如静电作用和位阻效应，均可使基 团的反应能力降低或增加。 6、有哪些制备特种与功能高分子的制备方 法？各有什么优缺点？ （1）功能高分子的制备方法主要有以下四 种类型： ①功能性小分子的高分子化；②已有高分子 材料的功能化；③多功能材料的复合；④已 有功能高分子的功能扩展。 （2）制备方法各自的优缺点： ①功能性小分子的高分子化：对功能性小分 子进行高分子化反应，赋予其高分子的功能 特点。 包括：a）带有功能性基团的单体的聚合，b） 带有功能性基团的小分子与高分子骨架的 结合，c）功能性小分子通过聚合包埋与高 分子材料结合。 主要优点是可以使生成的功能高分子功能 基分布均匀，聚合物结构可以通过聚合机理 预先设计，产物的稳定性较好。 精品文档