[发明专利]一种磁性纳米复合粒子及其磁性纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料的制备领域，特别涉及一种磁性纳米复合粒子及其磁性纤维的制备方法。

背景技术

外界磁场的变化都会影响人体的生理机能，这种变化通过神经，体液系统发生电荷、电位、分子结构、生化和生理功能的改变，从而调整人体的生理功能。基于这种原理，人们发明了用磁性功能纤维织造出的保健产品来达到调整人体机能和提高抗病能力的效果，从而起到医疗保健作用。纺织用磁性纤维是一种功能复合纤维材料，具有抗炎，消肿，降压，改善血液粘滞度及微循环等医疗保健作用。而随着人们生活水平的提高，人们对保健产品的需求量也越来越大，这为磁性纤维提供了广阔的市场前景。同时，用磁性纤维制成的服装对电磁波也具有很好的屏蔽作用，在民用和军用领域均有较好的应用前景。相比普通的磁性材料，磁性纤维又具有前者不具备的优异特性，诸如柔软，弹性，可纺性好，可被编织为各种形貌的制品，从而可以满足人们对磁性材料更高的需求。

磁性纤维（包括纺织纤维和非纺织纤维）的制备大致有两种途径：一是通过直接成形制备，二是通过基体纤维的化学、物理改性制备。纤维和织物是在合成纤维的纺丝过程中将永磁微粒材料均匀地植入纤维内部并与纤维有机的结合在一起，因而该产品耐洗涤、耐摩擦，属于永久型磁疗产品。这是一般采用涂层，粘贴磁片等方法制得的磁疗产品所无法比拟的，从根本上解决了磁疗产品难洗涤的问题。大多数磁性有机纤维都采用共混纺丝法来制备，通常将粒径小于1微米的磁性物质微粒混入成纤聚合物的熔体或纺丝原液中，经熔纺或湿纺制成磁性纤维（CN1526873A，CN100543199C，CN102296375A，CN101445969A，CN102102238A，CN10134873A，CN101168865A，CN102330176A，CN100355953C，CN1279228C，CN1584142A，CN1078634C）。所得磁性纤维的强度主要取决于加入的磁性微粒的量和粒径，但当混入的磁粉含量较高时，磁性纤维的强度就会大大减小，过多的磁性粒子也很容易发生团聚，严重影响纤维的可纺性。此外为保证磁性纳米颗粒的物理化学性质的均一性，就要求粒径小，同时具备良好的单分散性。在追求高的比饱和磁化强度的同时，还希望其具有低的剩余磁化强度，从而避免磁性纳米颗粒在储存过程中的磁性团聚，剩余磁化强度为零的超顺磁纳米材料可以完全消除使用过程中的磁性团聚，为理想的纳米材料。

为了获得超顺磁的纳米尺度的磁性粒子并保证其良好的分散性，人们常常将其与高分子复合制成磁性高分子微球。通常磁性高分子微球是在高分子成球过程中，加入纳米磁性材料，使其形成包埋结构的磁性微球。如张俐娜等以纤维素为基材，以铁钴镍类超顺磁性的无机物粒子为磁流体，以碱／尿素或硫脲的水溶液为溶剂，采用直接包埋法制备磁性纤维素溶液，然后用常温溶胶凝胶转相法制备了粒径为1～600μm的磁性纤维素微球（CN101058942A）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磁性纳米复合粒子及其磁性纤维的制备方法，该方法将磁性纳米粒子牢固地锚定到羧基化的纳米纤维素上，在提高磁性粒子的负载量同时，又能保证纳米尺寸磁性粒子的均一分散；无需大量添加磁性粒子，就可以使纤维表现出较高顺磁响应，并保留了纤维良好的力学性能；所制备的磁性纤维手感好，可耐水洗，功能持久，适于纺织与服装用。

本发明的一种磁性纳米复合粒子及其磁性纤维的制备方法，包括：

（1）先将纤维素原料在碱溶液中浸泡30～60min，水洗后再置于过硫酸盐溶液中，在70～90℃下水解0.5～12h后，得到羧基化纤维素纳米晶；纤维素原料与碱溶液的质量摩尔比为：1g：0.02-0.15mol；纤维素原料与过硫酸盐的质量比为1:10～100；

（2）将上述纤维素纳米晶分散到水中，固含量为10～100g/L；在惰性气氛中，依次加三价铁盐和二价铁盐，在搅拌下加入碱性溶液，10～80℃下反应0.5～3h后，用磁铁分离，经乙醇、水洗，干燥，得到磁性纳米复合粒子；三价铁盐、二价铁盐与碱的摩尔比为2:1:1～3；

（3）将上述磁性纳米复合粒子与载体树脂混合制成母粒，再混入原料树脂，熔融纺丝得到磁性纤维；磁性纳米复合粒子与树脂的质量比为1:6～20。

所述步骤（1）中的纤维素原料为棉、麻、竹、细菌纤维素或微晶纤维素；碱为氢氧化钠或氢氧化钾；碱溶液的浓度为1～5mol/L。

所述步骤（1）中的过硫酸盐为过硫酸铵或过硫酸钾。

所述步骤（1）中的盐水溶液的浓度为2～4mol/L。