研究生多相复合材料课件4.ppt

15.6 高分子纳米复合材料的制备技术 高分子纳米复合材料的制备方法有多种多样，从高分子纳米 复合材料的形成过程大致可以将制备方法归为四大类： ①、纳米单元与高分子直接共混，如溶液和熔融共混法等； ②、在高分子基体中原位生成纳米单元，如溶胶-凝胶法； ③、在纳米单元存在下，单体分子原位聚合生成高分子，如 在含有金属硫化物或氢氧化物的单体胶体溶液中，进行聚合反 应，直接生成含纳米粒子的高分子纳米复合物； ④、纳米单元和高分子同时生成，如单体插层聚合法制备粘 土-聚合物纳米复合物。 各种制备方法的核心思想是，控制纳米单元的初级结构，其 次是考虑控制纳米单元聚集体的次级结构。下面是几种典型的高 分子纳米复合材料制备方法。 一、溶胶-凝胶复合法（sol-gel） 溶胶-凝胶复合法是制备高分子纳米复合材料的重要方法之 一，也用于纳米粒子的制备，属于低温湿化学合成法。 溶胶-凝胶复合法主要用于制备无机-有机（聚合物）型纳米 复合材料，也是一种早期采用的，目前仍然非常有效的超细粉料 制备方法。 溶胶-凝胶过程（Sol-Gel）： 是将烷氧金属或金属盐等前驱物在一定条件下水解缩合成溶 胶(Sol)，然后经溶剂挥发或加热等处理，使溶液或溶胶转化为网 状结构的氧化物凝胶(Gel)的过程。根据所用的前驱物不同，可以 得到线状结构的氧化物或硫化物。 最常用的前驱物是正硅酸乙酯或甲酯。 溶胶-凝胶过程（Sol-Gel），通常用酸、碱或中性盐（如NaF）作为催化剂，催化前驱体的水解和缩合反应。因其水解和缩合条件温和，因此在无机-高分子纳米复合材料的制备上获得了广泛应用。 二、插层复合法（Intercalation） 插层法是另一种制备有机-无机纳米复合材料的重要方法。 即，许多无机化合物，如：硅酸盐类粘土、磷酸盐类、石墨、金 属氧化物、二硫化物、三硫化磷络合物等， 具有典型的层状结 构（每一层厚度约为1 nm，是天然的纳米材料），在此层与层之 间嵌入有机物制备有机-无机型纳米复合材料方法称为插层法。 1、插层法分类 根据插层的形式不同，插层法又可分为三种形式。 ①、聚合插层法 即，先将单体插层进入层状硅酸盐片层中，然后引发原位聚 合，利用聚合时放出的大量热量，克服硅酸盐片层间的作用力， 使其剥离，从而使硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合， 获得高分子纳米复合材料。 ②、溶液插层法 即，将层状填加物浸人聚合物溶液中，直接把聚合物嵌入到 无机物层间，利用力学或热力学作用，使层状硅酸盐剥离成纳米 尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中形成高分子纳米复合材料。 ③、熔体插层 即，先将聚合物熔融，然后再借助机械作用力直接将聚合物 嵌入层状无机材料间隙中，制得高分子纳米复合材料。 三、共混法 共混法是最简单、最常见的高分子复合材料制备方法，是指 将纳米粉料与高分子基体材料进行熔融共混或溶液共混，得到纳 米粉料在基体中均匀分布的高分子复合材料，采用这种方法既可 以制备三维结构（0-3型）的复合材料，也可以制备二维（0-2 型）的膜型复合材料。 1、共混法类型 按照共混方式不同，共混法有以下几种类型： ①、溶液共混法 把基体树脂溶于溶剂中，在树脂溶液中加入纳米粒子后混合 均匀，除去溶剂而得； ②、乳液共混法 将纳米粒子加入聚合物乳液中，并搅拌混合均匀实现共混； ③、熔融共混 首先将聚合物加热熔融，并将纳米粒子加入聚合物熔体内搅 拌共混； ④、机械共混 将高分子物料和填加物料（纳米粉料前体）加入到研磨机中研磨共混。 四、其他方法 除了上面介绍的三类方法常用于高分子纳米复合材料制备以 外，以下几种方法也在某些特殊场合作为纳米复合材料的制备方 法。 1、LB膜复合法 LB膜是利用分子在界面间的相互作用，人为地建立起来的特 殊分子有序体系，是分子水平上的有序组装体。 采用LB膜技术主要被用来制备0-2型纳米复合材料，即高分子 纳米复合膜。LB膜有机-无机复合常用的方式有三种： ①、先形成复合有可溶性金属离子的单层或多层LB膜，再与 H2S反应形成均匀分散在基体材料中的不溶性硫化物纳米微粒，构 成的有机-无机复合型的LB膜。这种复合材料属于0-2型结构。 ②、以纳米微粒的水溶胶作为亚相，通过静电吸附，在气液 界面上形成复合膜，再转移为单层或多层复合有纳米微粒的LB 膜。 ③、在水面上分散表面活性剂稳定的纳米微粒，在制备LB膜 的过程中直接进入膜内，从而得到纳米微粒单层膜。 2、模板合成法 利用基质材料结构中的空隙，作为模板