纳米及其复合材料的合成..ppt

蒙脱土的结构和特性：其层状结构是由硅氧四面体（T）和铝氧八面体（O）在Z轴方向作周期的TOT排列的2?1型层状结构，而在TOT与TOT层间常充满水合阳离子（nH2O+Mm+），其中M指可交换离子，可与其它有机或无机离子进行交换。 聚合物/蒙脱土纳米复合材料 蒙脱土的结构和特性： 由于MMT层间含有大量的水化无机阳离子，对有机物呈疏性，使许多疏水性的高分子不能与其形成有效的纳米复合材料。利用有机改性剂如十六烷基三甲基铵、十六烷基三甲基吡啶等阳离子交换其层间的无机阳离子，可以使粘土有机化而呈疏水性(通常称为有机土，记为OMT)，使片层的表面能降低，提高与聚合物的亲和性，实现从分子水平上设计材料而改善材料的性能。 聚合物/蒙脱土复合类型： 普通型 插层型 剥离型 聚合物／蒙脱土纳米复合材料可能的类型示意图 ①普通(Conventional)型。复合材料中粘土片层紧密堆积，分散相状态为大尺寸的颗粒状，粘土片层之间并无聚合物插入； ②插层(Intercalated)型。复合材料中粘土片层之间通常有少量高聚物分子插入，一般粘土片层间只有1—2层高聚物分子进入，使其层间距扩大，而末使其完全脱离联系的地步，粘土颗粒在聚合物基体中保持着“近程有序、远程无序”的层状堆积的骨架结构； ③剥离(Exfo1iated)型。复合材料中厚度为1nm数量级的粘土片层独立均匀的分散于聚合物基体中，粘土分散程度接近于分子水平，此时MMT片层与聚合物实现了纳米尺度的均匀混合，解离型PCH材料一般只能用单体插层原位聚合的方法制备得到。 （1）原位插层聚合 先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中，然后进行原位聚合。利用聚合时放出的大量热量，克服硅酸盐片层间的库仑力而使其剥离，从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度复合。 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备 （2）熔融插层复合 先将层状无机物与高聚物混合，再将混合物加热到熔融状态下，在静止或剪切力的作用下实现高聚物插入层状无机物的层间。该方法不需要溶剂，可直接加工，易于工业化生产，且适用面较广。 （3）溶液插层复合 它是通过聚合物溶液将高聚物直接嵌入到无机物片层间的方法。将高聚物大分子和层状无机物一起加入到某一溶剂，搅拌使其分散在溶剂中，并实现高聚物层间插入。溶液法的关键是寻找合适的单体和相容的聚合物粘土共溶剂体系，但大量的溶剂不易回收，对环境不利。 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备 聚合物/蒙脱土纳米插层材料的性能 力学性能 抗张强度，抗张模量，弯曲模量，韧性等 防护性能 防渗透性，耐溶剂性 热学性能 热稳定性，阻燃性 7.5.2 填充型聚合物纳米复合材料 ——无机纳米粒子直接填充在聚合物基体中的一种有机-无机纳米复合材料。 1.制备方法 直接共混法 原位聚合法 溶胶凝胶法 直接共混法 根据共混方式，共混法大致可分为以下几种： 1)溶液共混：制备过程大致为：将基体树脂溶于溶剂中，加入纳米粒子，充分搅拌使之均匀分散，最后成膜或浇铸到模具中，除去溶剂制得样品。 2)乳液共混：先制备聚合物乳液(外乳化型或内乳化型)，再与纳米粒子均匀混合，最后除去溶剂(水)而成型。外乳化法由于乳化剂的存在，一方面可使纳米粒子更加稳定，分散更加均匀，另一方面它也会影响纳米复合材料的一些物化性能，特别是对电性能影响较大，也可能由于其亲水性、使纳米复合材料光学性能变差。自乳化型聚合物／无机物复合体系则既有外乳化法的优点，又能克服外加乳化剂对纳米复合材料的电学及光学的影响，因而性能更好。 3)熔融共混： 将聚合物熔体与纳米粒子共混而制备复合体系的方法。由于有些高聚物的分解温度低于熔点，不能采用此法，使得适合该法的聚合物种类受到限制。熔融共混法较其它方法耗能少，且球状粒子在加热时碰撞机会增加，更易团聚，因而表面改性更为重要。 4)机械共混： 是通过各种机械方法如搅拌、研磨等来制备纳米复合材料的方法。该法容易控制粒子的形态和尺寸分布，其难点在于粒子的分散。 2.填充型聚合物纳米复合材料的性能 力学性能 由于分散相具有大的比表面积和与基体间更好的界面结合，聚合物纳米复合材料通常比同组分的常规复合材料具有更好的力学性能。 例如，采用共混法制备PP/TiO2复合体系，弯曲模量、冲击强度，热变形温度分别提高20%、40%和70℃。 用原位填充法Al2O3纳米粒子填充PS的体积含量为15%时，复合材料的冲击强度为纯样的4倍。 用溶胶-凝胶法制备了以三维网络和纳米相分离形式存在的苯乙烯-马来酸酐共聚物-聚硅氧烷纳米复合材料，其力学性能和耐热性能较苯乙烯