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1、第20卷第4期高分子材料科学与工程Vol.20,No.42004年7月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJul.2004X聚甲基倍半硅氧烷/粘土纳米复合材料121211任建辉,郑学晶,马军,阳明书,施良和,徐坚(1.高分子物理与化学国家重点实验室;2.工程塑料国家重点实验室,分子科学中心,中科院化学研究所,北京100080)摘要:通过原位插层法制备了聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)/粘土插层型纳米复合材料。X射线衍射测定层间距由聚合前的1.9nm增大至3.4nm。复合材料的层间距经过150℃×3h热处理后无明显变化,经过300℃×3h
2、热处理后层间距明显变小,根据在纳米受限空间内外的PMSQ化学结构对这一反常现象进行了分析。关键词:聚甲基倍半硅氧烷;粘土;纳米受限中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1000-7555(2004)04-0188-03复合材料具有单一组分所不具有的综合性插层型纳米复合材料。能,如乙丙橡胶/尼龙复合材料兼具二组分的综合性能[1～3]。层状硅酸盐粘土纳米复合材料具1实验部分1.1主要原料有很高的强度,硬度及长径比,适于制备复合材[4]钠基蒙脱土:粒径40Lm～70Lm,阳离子料。交换容量为70mmol/100g～120mmol/100迄今为止,尚未发现有关聚有机倍半
3、硅氧g;甲基三甲氧基硅烷:道康宁公司提供。烷(PMSQ)/粘土纳米复合材料的报道。本文中1.2试样制备的PSMQ指结构式如(RSiO1.5)n的聚合物,R浓度为5%的钠基蒙脱土的水溶液于80可以是甲基、苯基、乙烯基等等。PMSQ大量应[5]℃搅拌下滴加过量的十六烷基三甲基溴化铵的用于耐高温涂层。采用粘土补强PMSQ,可望磷酸溶液(铵类与磷酸的摩尔比为1∶1),2h大幅度提高基体树脂的耐热性及物理力学性-后抽滤,水洗至无C1(以0.1mol/L的硝酸银能,同时降低成本。众所周知,晶粒的尺寸是影溶液检测无白色沉淀)。真空干燥至恒量,磨碎响陶瓷韧性的重要因素之一。在有机硅材料
4、的成400mesh的粉末,得到有机化的蒙脱土,简烧蚀过程中,粘土片层可以阻止晶粒的生长,从称有机土。而为制备强韧性陶瓷提供简易可行的方法。制将10mL浓度为0.1mol/L的磷酸水溶备聚合物/粘土纳米复合材料通常有两种方法,液,30mL的甲醇及30mL的氯仿加入三口烧一是单体插层原位聚合,即将粘土溶胀于单体瓶。将3g的有机土溶胀于30g的氯仿中10h,中,再引发聚合使层间距增大至使片层结构解再加入30g的甲基三甲氧基硅烷,超声波振荡离;二是熔体插层,即将粘土与聚合物熔融共30min。室温下将该混合物逐滴加入到电磁搅混。由于PMSQ是具有一定支化度的聚合物,拌的上述三口烧
5、瓶中。反应后用去离子水将反可溶解但不熔融,所以无法采用第二种方法。本应液洗至中性,再将产物50℃真空干燥至恒研究以有机化的钠基蒙脱土为原料通过原位插量。层法制备了聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)/粘土1.3表征X收稿日期:2002-07-01基金项目:国家自然科学基金(20074039)、国家863高技术项目、化学所高分子物理与化学国家重点实验室基金(00-B-01)联系人:徐坚.第4期任建辉等:聚甲基倍半硅氧烷/粘土纳米复合材料189复合材料的层间距采用X射线粉末衍射间距3.42nm,大约占79%;二是在2H=5.30°法测定,测试条件:放射源为CuKA,管电压40处的衍
6、射峰,对应于层间距1.67nm,大约占kV,管电流100mA。21%。这表明,大部分粘土晶片的层间距经过单体插层原位聚合明显增大,但少部分的层间距反而减小。究其原因,可以从单体插层原位聚合的过程中得到解释。经过有机化处理,十六烷基三甲基溴化铵通过离子交换取代了钠基蒙脱土片层表面的钠粒子,层间距由0.97nm增至1.97nm,同时由于粘土片层附着了烷基链,粘土由亲水性转变为亲油性。当有机土溶于氯仿或单体时,粘土片表面的烷基链处于伸展状态,粘土片之间的间距被撑大,为单体插层提供空间;另一方面,亲和作用使得溶剂分子或单体易Fig.1XRDpatterns于迁移插入片层内,得到
7、插层混合物。如实验部(a):polymethylsilsesquioxane;(b):organo-MMT;(c):polymethylsilsesquioxaneandorg-分所述,将混合物滴加入三口烧瓶中,在层内的MMTnanocoposite.+单体、溶剂分子及H在相互扩散的同时发生Tab.1XRDdateoforgano-MMT(sampleb)聚合反应,由于单体甲基三甲氧基硅烷的空间andpolymethylsilsesquioxane/organo-位阻大,所以其扩散速度要相对慢一些。层外单MMTnanocomposite(
