聚合物基复合材料 教学课件 作者 顾书英任杰 编著 第三篇 第二章.pdfVIP

第二章 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料 膨润土的矿物组成 主要组成 次要组成 颜色 蒙脱土、 晶屑、石英、长石、沸石、陆源碎屑（20 灰色， 玻屑、 ％～25％）、熔结凝灰岩、安山岩、霏 浅红 岩屑、 细岩、石英、斜长石、黑云母玻屑、粉 色、 硅质 砂、砂、泥、岩屑（硅质岩、凝灰岩、 白色 岩、凝 安山岩）、陆源碎屑（黄铁矿、方解 灰岩、 石）；砾石－硅质岩、斜发沸石10％ 蒙脱土 （斜发沸石少量）石英、火山岩、凝灰 火山岩 岩 角砾 蒙脱土的矿物特征与结构 图3.2.1 蒙脱土的晶体结构 蒙脱土的物理性质 蒙脱土呈白色，有时为浅灰、粉红、浅绿色。 鳞片状(001)解理完全，硬度 2.3，比重 2～ 2.7 g/cm3 。 很柔软，有滑感，加水膨胀，体积能增加几倍， 并变成糊状物，具有很强的吸附力及阳离子交换 能力。 粘土的表面电荷密度 粘土中可交换阳离子的数量可以用粘土的阳离子交换容量(CEC) 来表示，也可以用表面电荷密度来表示。表面电荷密度的定义 为单位层状硅酸盐片层表面所吸附的阳离子的数量，可以用数 学公式的形式表示为： σ＝CEC/ S (3-2-1) 式中 ( σ--粘土的表面电荷密度； CEC --粘土的阳离子交换容 量； S --粘土片层的表面面积总和。) 几种主要的插层剂 氨基酸类插层剂 烷基铵盐类插层剂 其他插层剂 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能 特点 （1）需要填料的体积分数少。 （2 ）性价比高。层状硅酸盐蒙脱土在我国有着丰富的资 源且价格低廉。 (3) 具有优良热稳定性及尺寸稳定性。 (4) 其力学性能有望优于纤维聚合物体系。因为蒙脱土 可以在二维方向上起到增强作用。 (5) 优异的阻隔性能。由于硅酸盐片层平面取向，大大 延长了气液迁移的距离。 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备 方法 插层聚合法 (Intercalation Polymerization) 聚合物插层法(Polymer Intercalation) 插层过程的热力学分析 △G=△H-T·△S 要使△G0,则需满足以下关系: △HT·△S 在实际的反应过程中，能满足上式条件的有三种情况， 分别属于两种过程： 放热过程 (a) △H0,且△S0；(b) △H T△S 0。 吸热过程 (c) 0 △H T△S 此时, ΔH 是决定插层能否实现的关键因素。由于该过 程体积保持不变,所以| ΔH| 在数值上等于内能( ΔE) ,即关 键是聚合物与粘土片层之间的相互作用程度。 插层过程的热力学分析 （1）大分子熔体直接插层； （2 ）大分子溶液直接插层； （3 ）单体熔融插层原位本体聚合； （4 ）单体溶液插层原位溶液聚合。 插层过程的热力学分析 （1）大分子熔体直接插层； 热塑性树 脂 熔融机械 退火处 纳米复合材 混合 理 料