聚合物基无机纳米复合材料的制备方法──ⅱ直接分散法和同时形成法

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1、第5期高　　分　　子　　通　　报·7·聚合物基无机纳米复合材料的制备方法Ⅱ1直接分散法和同时形成法1,221生　瑜,朱德钦,陈建定(11华东理工大学材料工程学院,教育部超细材料制备与应用重点实验室,上海　20023721福建师范大学高分子研究所,福州　350007)　　摘要:聚合物基无机纳米复合材料制备的关键问题是无机纳米粒子在聚合物基体中保持其纳米尺度的分散,本文主要讨论直接分散法、同时形成法制备聚合物基无机纳米复合材料的基本原理和技术要点。关键词:纳米复合材料;有机2无机复合;直接分散法;同时形成法[1]在前文中总结了聚合物基无机纳米复合材料的复合形式和制备方法,

2、并对原位生成法的原理和方法作了详细介绍,在本篇中将对直接分散法和同时形成法制备聚合物基无机纳米复合材料的原理和方法进行讨论。1　直接分散法所谓直接分散法是指先通过一定的方法制得纳米颗粒,然后将纳米颗粒与聚合物组分(单体或聚合物)通过适当方法制得聚合物基无机纳米复合材料。这种方法是制备聚合物基无机纳米复合材料的方法中适用面最广的一种,大多数纳米颗粒都可以通过此方法制备成相应的聚合物基纳米复合材料,其基本流程如下。111　纳米粒子的制备方法简介直接分散法是先制备纳米颗粒,然后再制得其聚合物基纳米复合材料。因此有必要对纳米颗粒的制备方法作一简单介绍。纳米粒子的制造是纳米材料

3、学研究中的一项重要内容,它涉及材料、物理、化学、化学工程等多[2]门学科,是一门边缘科学技术。常用的制备方法有气相法、液相法,亦有直接使用高能机械球磨直接粉碎的固相法。气相法主要有低压气体中蒸发法(气体冷凝法)、活性氢2熔融金属反应、溅射法、流动液面真空蒸镀法、通电加热蒸发法、混合等离子法、激光诱导化学气相沉积(LICVD)、化学蒸发冷凝法(CVC)、爆炸丝法。液相法有沉淀法、喷雾水解法、水热法(高温水解法)、溶剂挥发分解法、溶胶2凝胶法(胶体化学法)。以上这些制备方法若按有无化学反应,又可分为物理法和化学法。物理法通常需要诸如高温、高压或高真空的条件,导致高能耗和高

4、成本,且尺寸可控性差,化学方法工艺简单方便,许多方法条件相当温和,是目前用得较多的制备手段。化学法按分散介质种类来分有气相法、液相法和固相法。化学气相法的介质可以是隋性气体和反应性气体,它是以气体为原料,通过反应成为物质的基作者简介:生瑜(1966年—),男,江苏泰兴人,福建师范大学高分子研究所副研究员,现在华东理工大学材料工程学院攻读博士学位。主要研究方向:烷氧金属有机高分子、阻燃高分子材料、纳米复合材料。·8·高　　分　　子　　通　　报2001年10月本离子,使其凝结成晶核,在加热区内长大成颗粒,再进入低温区停止生长而得,是目前制备纳米材料的最有效途径之一。如激光

5、诱导化学气相沉积(LICVD),化学蒸发冷凝法(CVC)。化学液相法的液体介质通常为水,有时也可为醇、醚、烃等有机溶剂,通过液相合成产物组分含量可以精确控制。主要方法有沉淀法、水热法、喷雾水解法和溶胶2凝胶法。在化学液相法中,纳米颗粒的团聚原因及[3,4][5]其防止措施是研究重点之一。固相法的介质则有玻璃、沸石、氧化锆和多孔硅。[6～11]探索新的纳米颗粒的合成方法一直进行着,如反相胶束法(reversedmicelles)。反相胶束是表面活性剂分散在有机溶剂中而形成的球形聚集体,表面活性剂的亲水端向内,形成一亲水性的内核。这种聚集体在有水和无水的情况下均能形成,但

6、在有水存在时,因水在反相胶束中的增溶作用形成体积较大的表面活性剂的聚集体。当水与表面活性剂的摩尔比在15以下时,这种聚集体常称之为反相胶束;而当两者之比大于15时,称之为微乳状液(microemulsions)。由于乳液中的分散相　第5期高　　分　　子　　通　　报·9·的尺寸一般在纳米范围内,因此分散在非极性溶剂中的反相胶束中包含有水核,其大小为纳米尺度,而且水核的大小可以很方便地调节。如在以异辛烷为连续介质,双(22乙基己基)磺基琥珀酸钠(AOT)为表面活性剂的异辛烷PAOTP水的三元体系中形成的反相胶束中的水核半径Rw与水的含量W成正[12]比,即Rw(!)=11

7、5W。这种烃类溶剂PAOTP水的三元体系有很多优点,可以以反相胶束作为“微反应器”,通过溶解在连续相中的反应物(如金属烷氧化合物)的扩散作用,使亲水性的无机粒子在其中反应生长,从而制备单分散性的纳米粒子。避免了传统液相法因制备纳米粒子时成核、生长、沉淀等过程的不可控制性而得到粒子颗粒度大且分布宽的缺点。反相胶束和微乳状液技术的另一个特点是根据其在相图中的位置,微乳状液可以形成球形、圆柱形、片层形等各种结构,从而不仅可以控制纳米粒子的大小,又可以控制粒子的形状。在制备纳米颗粒的过程中,有效地控制纳米颗粒的粒径及其分布,对制备聚合物基无机纳米复合材料是至