聚合物层状硅酸盐纳米复合材料课件.ppt

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1、聚合物-层状硅酸盐纳米复合材料赵晓敏2011.4.2主要内容1.聚合物-无机纳米复合材料概述2.层状硅酸盐粘土材料3.聚合物-层状硅酸盐（PLS）纳米复合材料PLS纳米复合材料应用前景展望参考文献第一节聚合物-无机纳米复合材料概述1.1基本概念聚合物-无机纳米复合材料兼具有有机材料的可加工性，以及无机材料的功能性和结构特性，成为现今世界的热点。1.2分类可以将聚合物-无机纳米复合材料按照分散相的形态分为：一维纳米复合材料（如纳米线）二维纳米复合材料（如层状硅酸盐）三维纳米复合材料（如各种粉体）也可以按照分散后，有机聚合物-纳米粒子复合材料的相形态来分类：完全均相

2、体系，是H-H复合（Homogeneous）；两相完全分离或多相分离体系，是S-S复合。可以按照价键类型分为：共价型聚合物-无机纳米复合材料通常采用sol-gel法制备。有机-无机两相可达到分子级分散水平，具有优异性能。如环硅氧烷/SiO2（TiO2）具有很好的透光度和透明性，适于制造隐形眼镜；又如聚苯胺/SiO2具有良好的导电性。配位型聚合物-无机纳米复合材料通常采用溶剂聚合法制备。具有多功能性，且解决了无机物加工困难的问题。可表现出纳米材料的尺寸效应、量子效应和隧道效应，以及一系列物理非线性特征。是功能复合材料领域中具有竞争力的新材料。离子型聚合物-无机纳米复合

3、材料这种复合材料通过对无机层状物进行插层的方法来制备。这种材料目前发展很快，其中无机层状材料一般采用蒙脱土，其中尼龙/蒙脱土材料已经达到实用化阶段，用它制膜可以用作高档包装材料，比普通尼龙膜的性能有很大改善。其它无机层状材料还有过渡金属氧化物、过渡金属二硫化物、磷酸盐、层状氢氧化物、石墨等。1.3聚合物-无机纳米复合材料的优缺点表中将纳米复合材料的性能分为机械、热性能，功能性，成型性及其他性能等。从表中可以看出，通过纳米复合化，机械与热性能明显提高，但冲击强度也略有下降。在纳米复合产生功能性的报道中，也有关于阻燃性和耐候性都提高的数据，但也有阻燃性几乎不变甚至降低的

4、报道。1.4聚合物-无机纳米复合材料存在的问题虽然目前聚合物-无机纳米复合材料已经得到了很大的发展，但是仍然曾在很多问题：（1）无机相分布不规则所得到的纳米复合材料中，无机相几乎全部是“无序分布”的，用纳米粉体与聚合物混合，得不到真正意义的纳米复合材料有序组装；（2）无机相形态难控制难以达到精确地调控粉末组成与化学计量比，难以调控粒度与形态，难以制备成分准确、粒度均匀的高质量超微粉，特别是难以收集与存放纳米粉体；（3）存在界面问题在纳米粒子的表面改性时，要涉及到几个原子层界面与性质的控制，与有机相间的有效结合还需进一步探索；（4）分散方法需改进纳米粒子在聚合物中的分

5、散方法还有待进一步的探索和研究，目前只在为数不多的聚合物体系中成功地制备出纳米复合材料。第二节层状硅酸盐粘土材料2.1无机纳米前躯体2.2层状硅酸盐粘土层状硅酸盐粘土由于具有独特的、天然的纳米结构——片层尺度为纳米级，因此，在制备纳米复合材料中，尤其是制备聚合物纳米复合材料中，起到了非常重要的作用。层状硅酸盐粘土主要包括：天然的铝硅酸盐，如高岭土、蒙脱石、伊利石、海泡石、凹凸棒石、绿泥石，以及人工合成的层状硅酸盐等。其共同点是具有层状结构。2.3蒙脱土（MMT）蒙脱土又称膨润土（Bentonite），简称MMT，是成分复杂的伴生矿物。根据其矿石的矿物组合及其结构构造

6、，划分成为黏土状、粉砂状、砂状、角砾状等类型。蒙脱土、蒙脱石蒙脱土的化学通式为蒙脱土的主要成分是一种含水的层状铝硅酸盐。晶体结构特点是两层硅氧四面体晶片与其间的铝氧八面体晶片相结合形成晶层，构成2:1型结构。层间具有水分子和可交换性阳离子。八面体空隙中的阳离子为Al3+，为二八面体型，其中Al3+常被低价的Mg2+、Fe2+置换；四面体空隙中的Si4+被Al3+置换，这些置换导致结构层产生多余的负电价。蒙脱土晶体结构图为保持电中性，在结构层之间，除水分子外，存在较大半径的阳离子Na+、Ca2+、Mg2+等。这些阳离子是可交换的，使蒙脱土矿物具有离子交换性、吸水性、膨

7、胀性、触变性、粘结性、吸附性等一系列很有价值的特性第三节聚合物-层状硅酸盐（PLS）纳米复合材料3.1PLS纳米复合材料研究现状自从20世纪80年代末期Okada等人报道了PA6/层状硅酸盐纳米复合材料以来，迄今这一领域已经得到了长足的发展，成为了目前聚合物材料研究领域一个热点。到目前为止，在这一领域的科学研究较集中的研究单位有丰田研究中心（TOYOTAResearchCenter）、美国康奈尔大学（CornellUniversity）以及中国科学院化学研究所等国内外研究单位。PLS纳米复合材料的商业化产品开发方面，有日本的丰田公司（TOYOTA），宇部公司（U