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、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。
稀土永磁材料是近年来备受关注的磁性材料,其粘结磁体的磁性可超过烧结铁氧体及其它金属合金,从第一代的SmCo系到第二代的NdFeB系,发展非常迅速。
目前我国的NdFeB 产量居世界前列,质量逐步提高,并且已有一些自己的专利技术。
20世纪90年代以后,又出现了新型稀土磁性材料,如稀土金属间化合物，稀土永磁材料及纳米晶复合交换藕合永磁材料等。
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。
橡胶类粘结剂包括天然橡胶和合成橡胶,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。
热塑性粘结剂主要为聚酞胺、聚丙烯、聚乙烯等,聚酞胺P(A)类最为常见,综合考虑机械加工性、耐热性、吸湿性,目前最常用的PA基体是Nylon6、Nylon66等。
除了上述这些聚合物基体外,刘颖等还用结构型的磁性高分子—二茂金属高分子铁磁体(OPM)粉作粘结剂与快淬NdFeB磁粉复合制成磁性高分子粘结NdFeB磁性材料,其磁性能比环氧树脂粘结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。
将合成高分子作为微球壳层的研究报导较多,同时,考虑到生物高分子的优良特性,近年来对生物磁性高分子微球的研究也正成为新型生物材料领域的研究热点。
可以用于制备磁性聚合物膜的聚合物基体较多,原则上能用于制备高分子膜的聚合物都可以,如纤维素、氟碳塑料、聚醋、聚酞胺等。
作者曾用聚偏氟乙烯和醋酸纤维素作基体膜,在其中分散磁性氧化铁粒子用于气体分离。
聚醋磁性薄膜多用来制成磁带。
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。
2药物载体磁性高分子微球作为药物载体的磁性高分子微球，是一种新型的功能高分子材料，由超顺磁性纳米粒子与高分子材料或无机材料等结合形成的聚合物磁性高分子微球作为给药物载体，具有以下优点: 1药物随着载体被吸附到靶区周围，使靶区很快达到所需浓度，而在其它部位分布量相应减少，因此可降低给药量; 2 药物绝大部分在局部作用，相对减少了药物对人体正常组织的副作用，特别是降低对肝、脾、肾等造血和排泄系统的损害; 3 加速产生药效，提高疗效; 4 药物载体由磁定位，实现了靶向给药;5固定磁场或交变磁场可诱导磁性载体发热，实现了化疗和热疗同步进行所以，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，有些已经商品化目前，在靶向药物系统中，载体磁性高分子微球主要由磁性微粒$基体材料和治疗药物三部分组成，按结构可分为三类: 一是以高分子材料为核，磁性材料为壳层的核/壳式结构; 二是内层$外层皆为高分子材料，中间层为磁性材料的夹心式结构; 三是内核为磁性材料，外壳为聚合物的核/壳式结构，目前，该类微球研究得最多。
3光致磁性转变高分子磁性材料磁性材料所具有的单电子和有序态等特征往往与光学性能或电学性能相关,这就使得制备同时具有磁性和光电性能的材料成为可能。
这种多功能材料有很大应用前景。
依靠氢键自组装将超分子阳离子与导电盐相结合,在氨基和冠醚氧原子[12]之间形成氢键作用。
虽然Ｎ原子和Ｏ原子之间的氢键作用与Ｎ—Ｏ键相比很弱,但也足够使冠醚在体系中有序地排列。
离子的有序排列使得体系具有半导体的性质,同时体系的磁性能被认为是海森堡反铁磁性链的模型。
光致磁性转变高分子磁性材料具有一维π电子体系结构,因为其开环和闭环的光异构体在开环结构时不具有磁性,而闭环结构时具有铁磁性分子间交换作用,所以带有这种结构片断的高分子具有光致磁性转变性能。
据报道,普鲁士兰结构的分子磁体具有光诱导磁化性能。
而且这种性能不止局限于普鲁士兰结构,有些其它物质也有光诱导磁化性能。
研究发现,Ｍｎ(ＴＣＮＥ)ｘ·ｙ(ＣＨ2Ｃｌ2) (ｘ≈2)在蓝光照射条件下会使磁化率增加,而且这种光诱导效应是完全可逆的。
当加热至250Ｋ以上时,物质会回到基态,即光照之前状态。
有人合成了含有非线性光学生色团杂化分子高分子磁体,并研究了磁性和非线性光学性能之间的相互影响,报道了光致变色高分子磁体在表现铁磁性有序的同时,也具有光致变色性质。
市场与应用1高储存信息的新一代记忆材料利用磁性高分子有可能成膜等特点,在亚分子水平上形成均质的高分子磁膜,可大大提高磁记录密度,以开发高存信息的光盘和磁带等功能记忆材料。
2轻质、宽带微波吸收剂磁性高分子与导电材料复合可制成电、磁双损型轻质、宽带微波吸波剂,这在航天、电磁屏蔽和隐身材料等方面获得重要用途。
3磁控传感器的开发利用磁场变化控制温度、溶剂和气体等的传感器件以及受光、热控制的新型电磁流体的开发是磁性高分子重要的应用方向。
4生物体中的药物定向输送低密度可任意加工的磁性高分子的诞生,可实现生物体中的药物定向输送和大大提高疗效,并有可能引起医疗事业的一场变革。
5低磁损高频、微波通讯器件的开发今年来,低磁损的高频、微波通讯电子器件的开发已为世人瞩目,目前,四川师范大学已用OMP铁磁性材料制作了多种军用和民用电子器件。
6磁性塑料又称塑料磁铁兼有磁性材料和塑料的特性。
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、精密化和高性能化具有重大意义。
7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。
磁性高分子材料的发展前景以高分子化学和无机磁学为基础发展起来的磁性高分子材料,是高分子功能材料研究的热点。
复合型磁性高分子材料,由于其具有高磁性、易加工和成本低等优点,使它广泛应用于微型电机、办公用品、家电用品和自动控制等领域,但如何提高磁性微粒在高分子基体材料中的分散度是提高其磁性能的关键。
结构型磁性高分子材料,由于其具有轻质、低磁损、常温稳定、易加工及抗辐照等优点,且其介电常数、介电损耗、磁导率和磁损耗基本不随频率和温度变化,其适合制造轻、小、薄的高频、微波电子器件,广泛应用于军工、通讯、航天等高技术领域,改进合成方法以提高它的磁性能是以后研究的重点。
磁性高分子微球作为一种新型的有机一无机复合功能材料,由于其兼具高分子的众多特性和磁响应性,它被用做酶、细胞、药物等的载体广泛地应用到了生物医学、细胞学和生物工程等领域。
对于磁性高分子微球,如何制得高磁响应性、高比表面和单分散性好的微球,以及高分子结构的精细化和功能化是以后研究的热点。
随着新技术的广泛应用,高分子磁性材料必将会有更广泛的应用和发展前景。
利用磁性高分子的许多新颖性技术参数和良好的缩波性,可设计出各种小微带天线、微波网络、微带电路和微带元器件。
若能突破它的研制设计技术,将对我国现代雷达技术,卫星通信,移动通信,舰船、装甲或武器装备以及侦察遥控技术产生重要影响参考文献2 1 杨雄波. 磁性高分子微球的制备及性能研究[D].华中科技大学, 20052 2 胡书春,周祚万. 磁性高分子微球研究进展[J]材料科学与工程学报, 2003,(04)1王敏.磁性塑料开发前景佳.塑胶工业,2002.2孙酣经.化工新材料.北京:化学工业出版社,2004.[3]赖武铨,梁献镖,庞尚武.各向异性磁性橡胶制造新工艺[4]林冬,陈勐,李佑明等.磁性橡胶[J].特种橡胶制品, 1987,(2): 1[5]王延梅,封麟先,潘才元.高分子金属微球的磁性能研究[6].功能高分子学报, 2000, 13 (2): 1297刘颖.磁性高分子粘结NdFeB的性能.复合材料学报,7 王军红,马衍伟. 高分子基磁性纳米复合物的研究进展[J].材料导报, 2007,(07)8 杨伟燕,成瑾,赵军霞. 橡胶纳米复合材料研究进展及其发展前景[J]. 甘肃科技, 2006,(10)8ＭｃＣｏｎｎｅｌＨＭ.ＪＣｈｅｍＰｈｙｓ,1963,29:19109ＲａｊｃａＡ,ｅｔａｌ.Ｓｃｉｅｎｃｅ,2001,294:150310ＡｋｕｇａｔａｗａＴ,ｅｔａｌ.ＪＡｍＣｈｅｍＳｏｃ,2002,124:8903[11]Petra S, M iroslav S. M agnetic silicone rubber[J]. RubberChem istry and Technology, 1983, 56 (2): 32212 ]Hiroshi S, Y ujiM, Nobuo K. M agnetic compounds ascoatings on polymer particles and magnetic properties ofthe composite particles [J]. JM aterChem, 2000, 10: 333[13]KawahashiN, M atijevic E. Preparation and properties of uniform coated colloidal particles[J]. J Colloid InterfaceSci, 1990, 138: 534[14]Kawahashi N, Persson C, M atijevic E. J M ater Chem,1991, 1: 5772MeHenryME.WillardMA,LaughlinDE.AmorPhous andnanoerystallinematerialsforapplieatlonsassoftmag- nets.ProgressinMater一alsSeienee,1999,44 15 MeHenryME.WillardMA,LaughlinDE.AmorPhous andnanoerystallinematerialsforapplieatlonsassoftmag-nets.ProgressinMater一alsSeienee,1999,44(4):291~4331 6 Raymond L., Revol J. F.,Marehessault R.In situ synthesis offerrites in ionic and neutral cellulose gels [J].Polymer, 1995, 36 (26):5 035~5043。