13.聚合物纳米复合材料(一)详解
聚合物纳米复合材料
此外，聚合物纳米复合材料还具有优异的阻燃性能和耐腐蚀性能。这使得其在航空航天、建筑材料、电子器件等领域有着重要的应用前景。
总的来说，聚合物纳米复合材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，其在力学性能、导电性能、热传导性能、阻燃性能和耐腐蚀性能等方面都具有优异的特性。随着材料科学领域的不断发展和进步，相信聚合物纳米复合材料将会在各个领域发挥重要作用，为人类社会的发展和进步做出重要贡献。
聚合物纳米复合材料
聚合物纳米复合材料是一种新型的材料，它将聚合物基体与纳米材料进行复合，从而获得了优异的性能和应用特性。这种材料在材料科学领域引起了广泛的关注和研究，其在各领域都有着重要的应用前景。
首先，聚合物纳米复合材料具有优异的力学性能。由于纳米材料的加入，使得复合材料的强度、硬度和韧性得到了显著提高。这使得聚合物纳米复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域有着广泛的应用前景。
聚合物纳米复合材料的性能研究
聚合物纳米复合材料的性能研究一、背景介绍聚合物纳米复合材料是由两种或两种以上的材料通过化学或物理方法进行结合得到的新型材料。
聚合物纳米复合材料的制备和应用具有很高的研究和应用价值。
二、聚合物纳米复合材料的制备方法1. 溶液混合法溶液混合法是将两种或两种以上的材料分别溶解于不同的溶剂中，然后将它们混合，在特定条件下进行反应得到聚合物纳米复合材料。
2. 摩擦磨损法摩擦磨损法是利用高速摩擦或高压碾压的方式将两种或两种以上的材料摩擦混合，使其基本发生化学反应得到复合材料。
3. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是将一种或一种以上的材料溶于溶剂中，形成溶胶极化，经凝胶处理后获得一定形态的固体，从而形成复合材料。
三、聚合物纳米复合材料的性能研究1. 机械性能聚合物纳米复合材料的机械性能是其最常见的性能之一。
研究表明，改变复合材料的组成和形态、改变制备方法、添加一些助剂等都可以显著地改善材料的机械性能。
2. 热学性能聚合物纳米复合材料的热学性能是指其在加热或冷却过程中所表现出的性能，这些性能包括热膨胀性、热导率、热分解温度等。
研究表明，在复合材料中加入高导热性的材料或者改变复合材料的形态可以显著提高其热学性能。
3. 光学性能聚合物纳米复合材料的光学性能是指其在光传播过程中所表现出的性能，这些性能包括反射率、透明率、吸收率等。
研究表明，在复合材料中加入一些具有特殊光学性能的材料或者改变复合材料的形态可以显著提高其光学性能。
4. 电学性能聚合物纳米复合材料的电学性能是指其在电传导过程中所表现出的性能，这些性能包括电导率、介电常数、极化率等。
在聚合物纳米复合材料中加入具有良好导电性能的材料可以显著提高其电学性能。
四、未来发展趋势随着科技的发展，人们对聚合物纳米复合材料的研究越来越广泛。
未来，聚合物纳米复合材料将更多地应用于光电材料、生物医药材料、能源材料等领域。
同时，聚合物纳米复合材料也将面临新的挑战，例如复合材料的稳定性、成本等问题，这需要科学家们继续进行深入研究。
聚合物纳米复合材料制备及其特性
聚合物纳米复合材料制备及其特性简介：随着科技的不断发展，纳米材料作为一种新型的材料受到了广泛的关注。
聚合物纳米复合材料是由聚合物基体和纳米填料相互作用形成的一种材料。
本文将介绍聚合物纳米复合材料的制备方法以及其特性。
一、制备方法：1. 溶液混合法：溶液混合法是制备聚合物纳米复合材料最常用的方法之一。
通常，将聚合物溶解于溶剂中，然后将纳米填料悬浮于溶液中，通过搅拌、超声波处理等方法使溶液中的纳米填料均匀分散。
最后，将混合溶液通过挥发溶剂或冷却固化等方法使聚合物凝胶化，形成聚合物纳米复合材料。
2. 堆积层析法：堆积层析法是一种将纳米填料层与聚合物基体交替堆积形成的方法。
首先，将纳米填料和聚合物溶液交替涂覆在基体上，然后通过热处理或固化来形成聚合物纳米复合材料的层积结构。
3. 原位聚合法：原位聚合法是在纳米填料表面进行聚合反应，将聚合物直接合成于纳米填料上。
通过原位聚合法可以实现纳米填料与聚合物基体的良好粘接，提高复合材料的结合强度和界面性能。
二、特性：1. 机械性能：聚合物纳米复合材料具有优异的机械性能。
纳米填料的加入可以有效阻止聚合物的微观流动，增加聚合物的刚度和强度。
同时，纳米填料的界面效应还可以增强聚合物与填料之间的相互作用，提高复合材料的界面粘结强度。
2. 热稳定性：聚合物纳米复合材料具有较好的热稳定性。
纳米填料的高比表面积和特殊的晶体结构可以吸附和分散聚合物分子，形成热稳定的屏障，增强材料的耐高温性能。
3. 导电性能：聚合物纳米复合材料还具有良好的导电性能。
添加导电性的纳米填料，如碳纳米管、金属纳米颗粒等，可以使聚合物纳米复合材料具有导电功能。
这种导电性能广泛应用于柔性电子器件、传感器等领域。
4. 光学性能：纳米填料的尺寸效应和光学效应使聚合物纳米复合材料具有特殊的光学性能。
例如，在可见光波长范围内，利用纳米填料的光学散射和吸收特性，可以实现材料的抗紫外光、抗反射和光波长度调制等功能。
5. 阻燃性能：聚合物纳米复合材料还具有较好的阻燃性能。
聚合物纳米复合材料的制备及性能改性研究
聚合物纳米复合材料的制备及性能改性研究聚合物纳米复合材料是一种材料结构特殊、性质优良的新型材料，因其优异的力学性能、阻隔性能、耐热性能等特点，在汽车、建筑、包装等领域得到了广泛应用。
本文将介绍聚合物纳米复合材料的制备及性能改性研究。
一、聚合物纳米复合材料的制备聚合物纳米复合材料是由纳米级填充物与聚合物基体相互作用形成的一种复合材料，其制备方法包括物理法、化学法、机械法等多种方法。
1.物理法物理法制备聚合物纳米复合材料通常是利用高压膨胀、溶胶-凝胶或机械混合等方法，将纳米级填充物加入到聚合物基体中。
其中，高压膨胀法是一种常用的方法，它通过将分散在聚合物中的纳米颗粒受到高压作用，铺开并填充到聚合物的空隙中，从而制备出具有优异力学性能的聚合物纳米复合材料。
2.化学法化学法制备聚合物纳米复合材料通常是利用原位聚合、溶胶-凝胶等方法，在聚合物基体中直接生成纳米颗粒，并随后与聚合物形成复合材料。
其中，原位聚合法是一种常见的化学法，它通过在聚合物基体中加入适量反应物，利用反应物之间的化学反应生成纳米级颗粒，并将颗粒与聚合物基体形成一体化聚合物纳米复合材料。
3.机械法机械法制备聚合物纳米复合材料通常是利用均质化、超声波法等方法，将纳米级填充物分散在聚合物基体中。
其中，超声波法是一种常见的机械法，它通过将高频超声波作用在聚合物基体中的颗粒上，破坏其聚集状态，实现颗粒的均匀分散，并最终形成具有良好性能的聚合物纳米复合材料。
二、聚合物纳米复合材料的性能改性研究聚合物纳米复合材料具有较好的物理化学性能，但由于其成型工艺和制备工艺的局限性，其性能仍有些许缺陷。
为了克服这些缺陷，研究人员提出了一系列改性措施。
1.表面改性在聚合物纳米复合材料中添加表面改性剂，可有效改善材料的分散性能，减少颗粒间的相互作用力，从而提高材料的力学性能和阻隔性能。
2.界面增强尽管填充物与聚合物基体之间存在化学键，但两者之间依然存在良好的物理界面，该界面对复合材料的性能起着至关重要的作用。
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能分析
聚合物纳米复合材料的制备及其力学性能分析聚合物纳米复合材料是一种具有很高应用价值的新型材料，它可以将不同材料的优点融合在一起，从而得到更好的性能表现。
在这篇文章中，我们将详细介绍聚合物纳米复合材料的制备方法和力学性能分析。
一、聚合物纳米复合材料的制备聚合物纳米复合材料的制备方法有很多，其中最常见的是溶液共混法和原位聚合法。
1. 溶液共混法：这种方法的原理是将纳米颗粒和聚合物放入同一溶剂中，经过搅拌和混合，使颗粒和聚合物相互溶解，最终形成聚合物纳米复合材料。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料通常具有比较均匀的颗粒分布和较好的机械性能。
2. 原位聚合法：这种方法的原理是将聚合物的原料和纳米颗粒放在一起进行反应，通过化学反应的过程将聚合物和纳米颗粒形成复合材料。
这种方法制备的聚合物纳米复合材料通常具有比较强的化学结合力和良好的加工性能。
二、聚合物纳米复合材料的力学性能分析聚合物纳米复合材料的力学性能是其最重要的性能之一。
力学性能的好坏直接影响着材料的实际应用效果。
聚合物纳米复合材料的力学性能分析可以通过以下两种方法来进行。
1. 材料力学性能测试：通过拉伸、弯曲、压缩等测试方式，可以得到聚合物纳米复合材料的机械性能指标，包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
这些指标能够反映聚合物纳米复合材料的材料硬度、强度和耐久性等方面的实际表现。
2. 材料结构分析：通过扫描电镜、X射线衍射等实验手段，可以深入分析聚合物纳米复合材料的微观结构和晶体结构，得到材料的物理结构参数，比如晶格常数、结晶度等。
这些物理结构参数与材料的力学性能密切相关，能够帮助提高聚合物纳米复合材料的性能和制备工艺。
三、聚合物纳米复合材料的应用前景聚合物纳米复合材料具有很广阔的应用前景，在汽车、航空、电子等领域都有着广泛的应用。
在汽车领域中，利用聚合物纳米复合材料可以制造更轻、更坚固和更节能的汽车结构材料；在航空领域中，将聚合物纳米复合材料应用于飞机轻量化上，可以有效提高飞机性能和降低油耗；在电子领域中，聚合物纳米复合材料可用于制备导电材料、透明材料等，为电子器件的制造提供重要的支持。
聚合物纳米复合材料的结构与性能研究
聚合物纳米复合材料的结构与性能研究引言：随着科技的迅速发展，人们对材料的需求也越来越高。
聚合物纳米复合材料作为一种新兴的材料，其独特的结构和优异的性能备受关注。
本文将从结构和性能两个方面来探讨聚合物纳米复合材料的研究进展。
一、结构研究：聚合物纳米复合材料的结构研究对于了解其性能起着关键作用。
1. 介观结构：介观结构是指纳米级杂质在聚合物基体中的分布状况。
聚合物纳米复合材料可以通过控制杂质的形貌和分布来调控其性能。
例如，通过在聚合物基体中均匀分散纳米颗粒，可以增加材料的强度和刚度，同时提高导电性能。
2. 界面结构：界面是指纳米颗粒与聚合物基体之间的相互作用区域。
研究界面结构可以帮助我们理解纳米颗粒在聚合物基体中的相互作用机制，并优化界面性能。
例如，通过引入界面增强剂，可以增加纳米颗粒与聚合物之间的相互作用力，提高材料的力学性能和耐热性能。
3. 结晶结构：聚合物纳米复合材料中的结晶结构对于材料的性能也有很大影响。
通过调控冷却速率、加工温度和添加剂等因素，可以控制聚合物的结晶行为。
研究表明，纳米颗粒的加入可以增加聚合物结晶度，改善材料的力学性能和热稳定性。
二、性能研究：聚合物纳米复合材料的性能研究是实现其应用的关键。
1. 机械性能：聚合物纳米复合材料具有良好的强度和刚度，具有广泛的应用前景。
通过调控杂质的形貌、分散度和载荷等因素，可以实现材料的力学性能的有选择地改善。
研究结果表明，纳米颗粒的加入可以显著提高聚合物的强度和刚度。
2. 热稳定性：由于纳米颗粒的加入可以增加材料的表面积，聚合物纳米复合材料具有更佳的热稳定性。
此外，界面效应也可以起到抑制热降解的作用。
研究发现，聚合物纳米复合材料具有较高的热分解温度和热失重稳定性，适用于高温环境下的应用。
3. 电导性能：纳米杂质的加入可以改变聚合物的电导行为，聚合物纳米复合材料也具有一定的导电性能。
研究发现，通过控制纳米颗粒的含量和分散度，可以实现材料的导电性能的调节。
聚合物纳米复合材料的合成与应用
聚合物纳米复合材料的合成与应用随着科学技术的不断进步，材料学也在快速发展。
聚合物纳米复合材料作为一种具有很高研究价值的材料，在许多领域都有广泛应用。
本文将详细阐述聚合物纳米复合材料的合成方法、结构特点以及在各个领域的应用。
一、聚合物纳米复合材料的合成方法聚合物纳米复合材料的制备方法主要有两种：一种是通过溶剂法制备，另一种是通过原位聚合法制备。
1、溶剂法制备聚合物纳米复合材料的制备一般采用的是先制备纳米颗粒，然后将其与聚合物基质交联制备而成。
其中溶剂法是一种广泛使用的制备方法，具体步骤如下。
（1）首先，在有机溶剂中悬浮纳米颗粒或原位合成纳米颗粒。
（2）然后将聚合物基质溶解在已得纳米颗粒的体系中。
（3）最后进行交联以形成纳米复合材料。
2、原位聚合法制备原位聚合法是另一种重要的制备方法，主要有以下两种类型。
（1）聚合物溶液中嵌段共聚法嵌段共聚法是将纳米颗粒同时加入到聚合物溶液中，在溶液中分别聚合，通过分子间的相互作用，使纳米颗粒与聚合物在充分混合的条件下相结合，最终形成聚合物纳米复合材料。
（2）乳液聚合法乳液聚合法需要将单体和乳化剂加入到水相中，然后通过乳化剂的作用形成一种微观胶体乳液体系。
在这个体系中，单体会在乳液的颗粒表面进行聚合反应，从而与颗粒形成原位聚合纳米复合材料。
二、聚合物纳米复合材料的结构特点聚合物纳米复合材料具有许多独特的结构特点，具体如下。
1、具有纳米尺度的颗粒聚合物纳米复合材料中，纳米颗粒的尺寸通常在1-100纳米之间。
这种极小的颗粒尺寸使得纳米复合材料具有了很多特殊的性质，在许多领域都可以发挥重要的作用。
2、具有高比表面积由于具有纳米尺度的颗粒，聚合物纳米复合材料的比表面积非常高，可以达到100-1000 m^2/g。
这种高比表面积可以增加纳米复合材料与其它物质的接触面积，从而提高其化学反应速率和物理性能。
3、具有特殊的表面活性由于具有纳米尺度的颗粒和高比表面积，在聚合物纳米复合材料的表面往往存在着很多未饱和基团，这些基团可以与其它分子进行反应，具有特殊的表面活性。
聚合物纳米复合材料-课件1
进化的复合材料-贝壳
17
复合材料的基本结构模式
复合材料由基体和增强剂两个组分构成： 基体：构成复合材料的连续相； 增强剂（增强相、增强体）：复合材料中独立的形态分 布在整个基体中的分散相，这种分散相的性能优越，会使 材料的性能显著改善和增强。 增强剂（相）一般较基体硬，强度、模量较基体大， 或具有其它特性。可以是纤维状、颗粒状或弥散状。
- Melt Processing –(常规做法)
hp
New method(加入层状无机材料的悬浮液)
a novel compounding process using Na–montmorillonite water slurry for preparing novel nylon 6/Na–montmorillonite nanocomposites
用此技术已制备了丁苯橡胶/ 粘土、丁腈橡 胶/ 粘土、氯丁橡胶/ 粘土等纳米复合材料。
③聚合物插层法的有机溶液插层法
该法可分两步骤： 溶剂分子插层
通过有机溶剂降低蒙脱土片层间的表面极性，从而 增加与聚合物的相容性。 聚合物对插层溶剂分子的置换
有机改性的蒙脱土与聚合物溶液共混，聚合物大分 子在溶液中借助于溶剂而插层进入蒙脱土的片层间， 然后再挥发掉溶剂。
R（脂肪烃基）：
粘土改性剂
①C12H25 →十二烷基三甲基氯化铵 ②C16H33 →十六烷基三甲基氯化铵 ③C18H37 →十八烷基三甲基氯化铵 此外，十二烷基二甲基苄基氯化铵、
十八烷基二甲基苄基氯化铵等。
其它的阳离子 还能与该离子 进行交换吗？
有机铵盐改性后的粘土在酸性介质中水解， 水中的质子很难将铵盐基团置换下来，这说明 由离子键所形成的复合物是比较稳定的。
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3. 什么是蒙脱土？
蒙脱土（montmorillonite）是由膨润土提纯加工而得。 膨润土：是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿，其蒙脱石 含量为40%~90%，还含有少量高岭石、水铝英石、绿泥石、 蛋白石、云母等矿物质。膨润土的性能与蒙脱石含量有关， 含物纳米复合材料简介
聚合物纳米复合材料的要素
聚合物基体、纳米基元（分散相）、纳米基元在基体 中的纳米尺寸分散。 纳米分散相
可以是各向同性的粒子、各向异性的纳米针、纤维状
纳米管、纳米线、层状纳米增强基元等。 分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。
聚合物基纳米复合材料分类
聚合物/无机颗粒纳米复合材料
料（polymer/monotmorillonnite nanocomposites)都
是指一个意思，可以计为PLSNs。
蒙脱土的物理性质
白色，有时为浅灰、粉红、浅绿色 鳞片状（001）解理完全，硬度2.3 密度2~2.7g/cm3 很柔软，有滑感，加水膨胀，体积能增加几倍，并变 成糊状物 具有很强的吸附力及阳离子交换能力 （药物：腹泻药----思密达）
常见层状硅酸盐
高岭土 滑石粉 云母
5. 层状硅酸盐改性
1987年日本丰田中央研究院报道了用插层聚合方法制 得尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。 1991年日本丰田中央研究院和日本宇部兴产公司（尼 龙树脂厂）联合开发纳米尼龙6，作为汽车定时器罩。
由于材料所表现出得优异力学、物理性能，此后研制 出环氧树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨 酯等一系列热固性和热塑性树脂为基的黏土纳米复合 材料。
蒙脱石原料药除用于制剂外还用于药物合成以及作为辅 料用于缓释制剂。
聚合物/蒙脱石复合材料
蒙脱土也简称黏土，所以蒙脱石、蒙脱土、黏土都
是指一个意思，都是可剥离的层状硅酸盐。
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料（polymer/layered
silicate nanocomposites )、聚合物/蒙脱石纳米复合材
水分子层数越多，层间距越大。
层间状态：
层间有水、阳离子Na+，Ca2+等
八面体空隙中的Al3+常被低价态的Fe2+、Mg 2+置换，而四面 体中的Si4+常被Al3+置换。
这一特点导致结构层产生多余的负电。因此结构层间除含
水外，还存在半径大的阳离子； 同时这些阳离子是可交换的，使蒙脱土具有离子交换性、 吸水性、膨胀性、触变性、黏结性、吸附性等一系列很有价 值的特性。
13. 纳米塑料
----蒙脱土
PM 2.5
• 大气中粒径小于或等于2μm （有时用小于2.5μm，即PM2.5）的颗 粒物。
7 µm
PM 2.5
13.1
聚合物纳米复合材料简介
聚合物基纳米复合材料 是以聚合物为基体，与金属粒子、无机非金属粒 子或片层以及有机物等进行纳米级复合而得到的一种 性能优异的材料。
蒙脱石（montmorillonite）在美国药典、英国药典及欧 洲药典等药典中均有收载； 无臭，有轻微的土味，无刺激性，对神经、呼吸及心血 管系统没有影响，具有良好的吸附能力、阳离子交换能 力和吸水膨胀能力； 对大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌、金黄色葡萄球菌 和轮状病毒以及胆盐都有较好的吸附作用，对细菌毒素 也有固定作用，止泻迅速，因此其制剂广泛应用于临床；
由于蒙脱石的特殊结构，使得它在合成插层材料上具 有很多优势。
如何制备插层复合材料？
蒙脱土硅酸盐片层及片层之间的坑道都是亲水而疏 油的，与多数聚合物及其单体相容性很小。 如何更好更经济的使黏土类矿物如蒙脱石剥离成 纳米级片层状颗粒；
自然界中，层状结构无机矿物有：
天然的铝硅酸盐，如高岭土、蒙脱土、伊利石、
海泡石、凹凸棒石、绿泥石等；
利用人工合成的方法也可制得具有层状结构的硅酸
盐。
2. 层状无机物的种类
石墨 天然层状硅酸盐，如：滑石，云母，黏土（高岭土， 蒙托土及泥质石等）和纤蛇纹石，蛏石等； 人工合成硅酸盐、云母，如：层状沸石，锂蒙托石 和氟锂蒙脱石等 层状金属氧化物，如：V2O5，MoO3，WO3等 其它无机物，如：一些过渡金属二硫化物，硫代亚 磷酸盐，磷酸盐，金属卤化物等。
（0维纳米复合材料）
聚合物/纳米纤维纳米复合材料
（1维纳米复合材料）
聚合物/层状化合物纳米复合材料
（2维纳米复合材料）
最早的纳米塑料应用
1991年日本丰田中央研究院和日本宇部兴产公司
（尼龙树脂厂）联合开发的纳米尼龙6，作为汽车
定时器罩，从此拉开了纳米塑料快速发展的序幕。 问 题 （1）这种纳米塑料的填料是什么？ （2）有什么特性？ （3）如何实现聚合物的复合？
4. 蒙脱土的结构特点
化学组成及结构：Al2O3· 4SiO2· 3H2O
理论上：Al2O3 25.3%、SiO2 66.7%、H2O 5%
实际化学成分比较复杂。
两层硅氧四面体与其间的铝氧八面体、构成2：1型结构。 层内Si4+、Al3+易于Mg2+等交换，负电荷； 层间吸附可交换的阳离子、层间具有水分子。
13.2 尼龙6/层状硅酸盐纳米复合材料
Polymer/Layered Silicate Nanocomposites
13.2.1 层状硅酸盐
什么是层状硅酸盐？
层状硅酸盐有哪些？ 层状硅酸盐有什么样的特征？
1. 层状硅酸盐黏土材料
层状硅酸盐黏土 ——天然的纳米结构：片层尺度为纳米级
蒙脱土层状硅酸盐资源及其分布
根据膨润土组成成分及蒙脱土含量，分为三类： 第一类MMT含量高于50%,刘房子、九台青等地样品 （高档产品） 第二类MMT含量50%以上，但含颗粒物粒径大（冶 金、钻井泥浆、烟草） 第三类MMT含量低于50%，细粒径颗粒物含量小于 20% 分布： 资源丰富，分布广。世界总储量25亿吨，美、俄、 中占世界的3/4。钙基MMT占70%，钠基不足5亿 吨。总体来说，用量最大的优质钠基MMT十分短 缺。 我们国家90%钙基MMT，集中在东北三省、新疆、 甘肃、广西。