有机_无机纳米复合材料的研究进展
纳米有机聚合物材料研究的进展
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ９５ ９ （０ ０ ０ —０ １０ １０ —９ ３ ２ １ ） ４０ ０ —４
０ 前 言
纳米 技术 是 ２ Ｏ世 纪 ８ 年 代 后 期 发 展 起 来 的 ， Ｏ 以 现代 科 学 技 术 和 先 进 的 工 程 技 术 相 结 合 的 多 方 位、 多学 科 的 技 术 。 纳 米 材 料 具 有 颗 粒 尺 寸 小 、 比
的物 理 化 学 性 质 不 同 于 微 观 原 子 、 子 ， 不 同 于 分 也
２ １ 微 乳 液 聚 合 法 ．
（ ）有 皂 微 乳 液 聚合 法 １
有皂微乳 液聚合 是在 乳 化剂存 在 下的 乳液 聚 合法 。该法 有两 种 类 型 ： 包 油 型 （ ／ ） 油 包 水 ｏｗ 和 水 型（ ｏ） ｗ／ 。微乳 液 是 热力 学 稳定 体 系 ， 散 点 分 很小 ， 观透 明或接 近透 明 ， 高速 离心 不发 生分 外 经 层现象 ［ ］ ６ 。例如 ： 十六 烷基 三 甲基 溴化 铵 为乳 。 用
化 剂 ， 为 分 散 剂 ， 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 单 体 水 使 （ ＭＭ Ａ 进 行 微 乳 聚 合 ， 得 到 粒 径 为 ２ ｍ～ ８ ） 可 ０ｎ ０ ａ 的微 粒 。 ｍ 张 育 英 等 将 甲基 丙 烯 酸 羟 乙酯 （ ＭＡ）与 ＨＥ
宏 观 物 体 ， 表 面 电 子 结 构 和 晶 体 结 构 发 生 了 变 其
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１
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纳米 有 机 聚 合 物 材料 研 究 的进 展
《 海 塑料 》２ １ 上 ０ ０年 第 ４ （ 第 １２期 ） 期 总 ５
烯 酸 甲酯 （ ＭＭＡ）丙 烯 酸 丁 酯 （ Ａ）乳 液 聚 合 体 ／ Ｂ
聚乳酸纳米复合材料的研究进展
聚乳酸纳米复合材料的研究进展曹 丹,吴林波3,李伯耿,黄 源(浙江大学化工系高分子工程研究所,聚合反应工程国家重点实验室,杭州 310027) 摘要:聚乳酸是一种重要的可生物降解Π吸收高分子材料,广泛地用作可降解塑料、纤维和生物材料,市场前景广阔。
它具有与聚烯烃相当的力学强度和加工性能,但耐热性和抗冲性较差。
为满足各种应用的需要,其热性能、力学性能和气体阻隔性等尚需进一步提高。
通过与无机纳米材料复合的方法,可以明显地提高聚乳酸的性能。
本文介绍了近年来聚乳酸有机2无机纳米复合材料的制备、结构与性能等方面的研究进展,对三者的相互关系进行了评述,并对今后的研究方向进行了展望。
关键词:聚乳酸;纳米复合材料;蒙脱土;二氧化硅;碳纳米管;羟基磷灰石聚乳酸(polylactic acid,P LA)是一种重要的可生物降解高分子材料。
它以玉米或薯类淀粉经发酵制得的乳酸为基本原料、经缩聚反应或其二聚体丙交酯的开环聚合反应而制得,在自然界中可生物降解生成二氧化碳和水[1],因而是一种来自自然界、使用后又回归自然界的环境友好材料,也是近年来研究开发最活跃的可生物降解材料之一[2],广泛地应用于包装材料、纤维、农膜、生物医用材料等领域。
但是,聚乳酸耐热性较差,制约了它的应用,同时,其力学性能和气体阻隔性亦有待于进一步提高,以满足不同应用的要求。
这促使人们对聚乳酸进行改性研究,各种聚乳酸改性方法和材料相继出现,如共混、共聚、纳米复合等。
自1984年R oy[3]首次提出纳米复合材料的概念以来,聚合物基纳米复合材料已得到广泛的研究和应用。
由于纳米粒子具有小尺寸效应、大比表面积、强界面结合效应等特性,使纳米复合材料具有优异的性能。
1997年Ogata[4]首次报道聚乳酸纳米复合材料,发现加入蒙脱土可使聚乳酸的结晶性和杨氏模量提高;之后,聚乳酸纳米复合材料得到了很大的发展,相继出现了聚乳酸Π蒙脱土纳米复合材料、聚乳酸Π羟基磷灰石纳米复合材料、聚乳酸Π纳米二氧化硅复合材料、聚乳酸Π纳米碳管复合材料,纳米复合的方法也从溶液共混法、熔融共混法发展到原位聚合法,其耐热、结晶、力学以及气体阻隔等性能得到显著的提高。
聚合物／无机纳米复合材料的制备技术研究进展
Ａｂｓ ｒ ｃ ｔａ ｔ
Ｔｈ ａ ｅ ｔ ａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｐ ｅ ａ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｏ ｙ ｅ ｌ ｔ ｓ ｄ ａ ｃ ｓ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｐ ｒｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｐ ｌ ｍｅ —ｎ ｒ ａ ｉ ａ ｏ ｏ ｒ ｉ ｏ ｇ ｎ ｃ ｎ ｎ ｃ ｍｐｏ ｉｅ ｓｔｓ
ａｎｄ ｓ ｏｍ ｅ ｔ ｈｎｉ ｅｃ ｑｕｅｓ， ｕｃ ａ ｎｔ ｃ ａｔｏ ｓ ｌ ｇ ，ｎ— ｉｕ ｐｏｌ ｅｒｚ ｉ ， ｄｓ ｐｔｏｎ ｓ ｈ ｓ ｉ ｅｒ ａｌ ｉ ｎ ｏ — ｅｌ ｉ ｓｔ ｙｍ ｉａｔｏｎ ａ ｏｒ ｉ ｏｒ ｇａｎｉｉ ｇｅｃ ａ ｅ ｔ ｄ ， ｅ ｒ ｚｎ ｔ ｎｄ ｍ ｌｅ ａｒ ｅ— ｖｉｗ ｅｄ ｉ ｔ ｓｐａ ｒ ｅ ｎ ｈｉ ｐｅ ．
维普资讯
・６ ０・ 材 料 导 报 ２０ ０ ２年 ９月 第 １ ６卷 第 ９期
聚 合 物 ／ 机 纳 米 复 合 材 料 的 制 备 技 术 研 究 进 展 无
熊 传 溪 王 雁 冰 王 银 珍 陈 娟
（ 汉 理工 大学 材料 科 学与 工程 学院 ， 汉 ４ ０７ ） 武 武 ３ ０ ０ 摘要 关 键 司 综 述 了 聚 合 物 ／ 机 纳 米 粒 子 复 合 材 料 制 备 技 术 的 最 新 研 究 进 展 ， 绍 了插 层 复 合 技 术 、 胶 一 胶 技 无 介 溶 凝 无机 纳米 粒子 聚 合物 制 备技 术 研 究进 展
特 殊 性 能 ， 高 阻 隔 性 、 导 电 性 、 良 的 光 学 性 能 等 。但 是 ， 如 高 优
～ ～
、 插 层 型纳 术
… 一 …
无 机 纳 米 粒 子 由 于 粒 径 小 ， 面 能 大 ， 易 在 聚 合 物 中 分 散 均 表 不 匀 。 合 物 ／ 机 纳 米 粒 子 复 合 材 料 的 制 备 方 法 对 无 机 纳 米 粒 聚 无 子在 聚合 物 中的分 散 起决 定使 用 。 者通 过 查阅 大量 文献 ， 作 对
稀土材料的有机-无机复合研究与应用
稀土材料的有机-无机复合研究与应用引言稀土材料的有机-无机复合是一种将稀土元素与有机物相结合的新型材料。
这种复合材料具有稀土元素在有机物基质中的优良特性和有机物的化学稳定性，可以应用于各种领域，如光电器件、磁性材料和电子材料等。
本文将介绍稀土材料的有机-无机复合研究与应用的相关内容。
稀土材料的有机-无机复合研究方法稀土材料的有机-无机复合研究方法有多种，其中较为常见且具有较高效率的方法主要有溶液法、凝胶法和溶胶-凝胶法。
1.溶液法溶液法是将稀土离子与有机物在溶液中反应生成稀土有机络合物的方法。
在该方法中，稀土离子与有机物先通过络合反应结合，然后通过溶剂的挥发以及柠檬酸等化学物质进行沉淀、还原等处理，最终得到稀土材料的有机-无机复合材料。
2.凝胶法凝胶法则是一种通过凝胶化来实现稀土材料的有机-无机复合的方法。
该方法通常先将稀土离子和有机物在溶液中进行反应，形成凝胶体系。
然后通过加热、冷却或添加交联剂等方法，使凝胶体系得到稳定，最后通过脱水、干燥等步骤得到稀土材料的有机-无机复合材料。
3.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将稀土离子和有机物通过溶解、沉淀、干燥等多个步骤进行复合的方法。
该方法主要包括溶胶制备、凝胶形成和热处理等步骤。
通过该方法制备的稀土材料有机-无机复合材料具有较高的比表面积和孔隙结构，因此在光催化、储能等领域具有广泛的应用前景。
稀土材料的有机-无机复合应用领域稀土材料的有机-无机复合具有较多的应用领域，下面将介绍其中几个主要的领域。
1.光电器件稀土材料的有机-无机复合可用于制备光电器件，如光伏电池、光电探测器等。
相比于传统的硅光电器件，稀土材料的有机-无机复合材料具有较高的光吸收率和效率，同时还具有较好的稳定性和可调控性。
因此，该材料在太阳能利用和光通讯等领域具有广泛的应用前景。
2.磁性材料稀土材料的有机-无机复合还可用于制备磁性材料。
这种材料具有较高的磁性性能，可应用于磁性存储器、磁共振成像等领域。
PMMA无机纳米复合材料的制备及性能研究的开题报告
PMMA无机纳米复合材料的制备及性能研究的开题报告一、研究背景及意义PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）是一种重要的工程塑料，具有透明度高、机械强度高、易加工等优点，在制造光学、电子、建筑等领域广泛应用。
但同时也存在着其脆性高、热稳定性差、阻燃性能差等问题，这些问题制约了其在某些领域中的应用。
近年来，无机纳米材料的发展与应用在材料科学领域中占据了重要地位，因其在材料性能改进、提升方面具有独特优点。
目前已有学者研究的纳米复合材料中，大部分是有机纳米复合材料，面对聚合物材料的发展，无机纳米复合材料对于克服聚合物材料在物理性能、力学性能等方面的不足越来越受到重视。
因此，研究制备PMMA无机纳米复合材料，提高其力学强度、热稳定性和阻燃性能，有着重要的科学意义和应用价值。
二、研究内容1.通过化学合成方法获得具有不同形貌、尺寸和组成的分散均匀的纳米无机材料。
2.利用溶液混合法、原位聚合等方法制备PMMA无机纳米复合材料。
3.对比纳米材料和PMMA无机纳米复合材料的性能差异，分析PMMA无机纳米复合材料的力学性能、热稳定性和阻燃性能。
三、研究方法1.合成纳米无机材料，并通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等方法分析其物理和化学特性。
2.制备PMMA/纳米复合材料并表征物理和化学特性。
分析纳米材料在复合材料中的分散度、存在方式等。
3.测试PMMA/纳米复合材料的力学性能、热稳定性和阻燃性能。
采用万能试验机、热重分析仪、热解气相色谱仪等测试仪器进行分析。
四、预期成果1、成功制备出分散均匀、形貌多样的纳米无机材料。
2、成功制备PMMA无机纳米复合材料，并获得物理和化学特性的表征数据。
3、PMMA无机纳米复合材料的性能得到有效提升，其力学性能、热稳定性和阻燃性能均得到了改善。
四、研究意义1、为不同领域研究PMMA/纳米复合材料提供了新思路和方法。
2、为材料科学领域的普遍规律提供了新的实验依据和数据。
3、探究PMMA/纳米复合材料的结构和性能关系，增强对聚合物材料性能控制的理解。
核壳结构有机_无机复合微球的制备与应用进展
be div ided into tw o species. T he co mpo site micro spheres po ssess macromo lecular shelitled as micro spheres A , and t ho se possess inorg anic shell and macr omolecular co re are titled as micropheres B. T he recent re sear ch pro gr esses of micr ospher e B ar e r eview ed in this paper. Several pr epar atio ns appr oaches, such as in situ chemi cal deposit ion, so l g el method, electr oless plating and self assembly ar e presented in detail, and t he adv ant age and dis advantag e cor responding t o each met ho d are summar ized. In additio n, a pplicat ions o f these com posite micr ospher es for light mass radar absor bing material, pho tonic cr ystals, biomedical carr ier and cosmetic a re int roduced. F ina lly, the dev elo pment trend and pr ospects o f these composite micr ospher es ar e proposed. Key words co mpo site micro spheres, co re shell, prepa ratio n, applicatio n
无机纳米粒子原位复合聚氨酯研究
3浙江省自然科学基金资助项目,编号502111。
作者简介:黄国波,男,1978年生,硕士研究生,师从邬润德教授(改为中国塑料工程学会理事)和童筱莉(副教授),主要从事无机纳米粒子/高聚物复合材料的研究,并取得了一定的成绩。
无机纳米粒子原位复合聚氨酯研究3黄国波 童筱莉 邬润德(浙江工业大学化工学院,杭州 310014)摘 要 将纳米二氧化硅(SiO 2)经预分散后加入聚氨酯(PU )反应体系进行原位聚合。
结果表明所得PU 有较好力学性能。
透射电镜(TEM )照片显示纳米SiO 2在PU 中基本上达到纳米分散。
关键词 聚氨酯,纳米SiO 2,复合材料Study on PU in 2stiu polymerized by inorganic nano 2particleHuang Guobo Tong Xiaoli Wu Runde(College of Chemical Engineering ,Zhejiang University of Technology ,Hangzhou 310014)Abstract Nano -SiO 2is dispersed in advance and added to the reacting system where PU is formed by in 2suit poly 2merization 1The result shows the mechanical performance of PU is improved greatly 1TEM analysis indicated that nano -SiO 2particle is dispersed in PU matrix on nano -scale.K ey w ords PU ,nano -SiO 2,composite 用纳米无机粒子增强高分子材料是近来研究的热点。
本文将纳米SiO 2作为增强剂复合PU ,根据材料复合机理,要使纳米SiO 2充分发挥增强剂的作用,就必须使其以纳米级粒子均匀分散在PU 基材中[1],这是一个技术难点,本实验主要对比常温混合[2]、加热复合和原位聚合[3]方法加入纳米SiO 2对PU 力学性能的影响。
纳米材料的研究进展以及应用前景研究
纳米材料的研究进展以及应用现状1.绪论从概念来说，纳米材料是由无数个晶体组成的，它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度，它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料，试图打造一种全新的新技术材料，将来为人类创造更大的价值。
纳米科学技术也引起了科学家的重视，在当代的科学界有着举足轻重的地位。
纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术，纳米材料技术等。
其中纳米材料技术主要应用于材料的生产，主要包括航天材料、生物技术材料，超声波材料等等。
从1861年开始，因为胶体化学的建立，人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。
然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”，由于当时科技水平落后研究失败。
2.纳米材料的应用现状研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒，不仅可以除去异味和消毒。
还使得衣服不易出现折叠的痕迹。
很多衣服都是纤维材料制成的，通常衣服上都会出现静电现象，在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料，冰箱可以消毒。
利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。
另外利用纳米粉末，可以快速使废水彻底变清水，完全达到饮用标准。
这个技术可以提高水的重复使用率，可以运用到化学工业中。
比如污水处理厂、化肥厂等，一方面使得水资源可以再次利用，另一方面节约资源。
纳米技术还可以应用到食品加工领域，有益健康。
纳米技术运用到建筑的装修领域，可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。
玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，根本不用擦洗。
这样就可以节约成本，提高装修公司的经济效益。
使用纳米微粒的建筑材料，可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。
纳米材料可以提高汽车、轮船，飞机性能指标。
聚合物／无机纳米粒子复合材料的研究进展
综 述
ＣＨＩ ＮＡ ＹＮＴＨＥＴ【 ＲＥＳＮ Ｓ Ｃ Ｉ ＡＮＤ ＰＬＡＳ ＣＳ Ｔ【
合成树脂及塑料，０ ，４２ ６ ２７ ２（ ：９ ０ ）
聚合物／ 无机纳米粒子 复合材料 的研 究进展
何 春 霞
顾 红 艳
（ 京 农 业 大 学 工 学 院 ， 苏 南 京 ， １０ １ 南 江 ２０３ ）
摘
要 ： 综 述 了无 机 纳 米 氧 化 物 （ ＳＯ 、 ｉ ： １ ， 、 米 硅 化 物 （ ＳＣ、Ｓ ） 纳 米 Ｃ Ｃ ， 为 填 充材 如 ｉ： ＴＯ 、Ａ２ ） 纳 ０ 如 ｉ ｉ 和 ａＯ作
料 对 聚合 物 材 料 物 理 、 学 、 学 、 学 、 学 及 摩 擦 学 性 能 的 改 善 作 用 ， 聚 合 物 中加 入 纳 米 粒 子 是 制 备 高 性 能 复 化 热 光 力 在 合 材 料 的重 要 手 段 之 一 。 关键词 ： 聚合物 纳米粒子 复合 材 料
收 稿 日期 ： ２ ０ — ０ １ ： 修 回 日期 ： ２０ — ２ ０ 。 ０ ６ １－ ８ ０６ １—６
形 成强弱 不等的氢键 ，具有 优越 的稳定 性 、补 强 性 、 稠性 和触 变性 ， 增 能提高 聚合 物复合 材料 的耐
热性 、 电性 能和力学性 能 。
李 海 东 等 ［ 究 表 明 ： 型 低 密 度 聚 乙烯 ４ １ 研 线 （Ｊ Ｐ ／ Ｉ ， Ｅ） Ｄ 纳米 Ｓ ２ 合 材 料 的缺 口冲击 强 度 和 ｉ 复 Ｏ 拉伸 强度呈 峰形变化 ， 断裂伸 长率 略有 下 降。 当加 入 少量 的纳米 ＳＯ 后 ， ｉ 复合 材 料 的红外 线 吸收 能
Ｌ Ｄ Ｅ 热 变形 温 度 （ Ｄ ） 软 化温 度 均 随 纳 米 ＬＰ Ｈ Ｔ和
有机_无机纳米复合材料的制备与界面特性
功能材料与器件学报 2345167 38 8419:;3167 <6:=5;67> 61? ?=,;9=>
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有机 % 无机纳米复合材料的制备与界面特性
水解、 聚合与高分子单体的聚合同时进行， 形成高分 子 " 无机网络。为了控制材料的均匀性、纳米相的 大小和形状，使不相容的两相也能形成纳米复合材 料，必须采用两相同步形成网络的方法。在溶胶 " 凝胶过程中能同时进行的有机聚合有自由基加成聚 合和水性开环易位聚合，利用这种方法可以把不溶 的聚合物均匀地引入无机网络中，并达到纳米分散 的互穿网络界面。 例如 ##$ 在 %&’! 网络中聚合， 溶 胶 " 凝胶过程和单体分子聚合同时进行；又如开环 （’(） 聚合性高分子聚合与 %& ) 水解同时进行形成自 旋。 *+ ! 聚合物网眼限域复合法 这种方法的基本思想是高分子亚浓溶液可以提 供由纳米级至微米尺寸变化的网络空间。高分子链 上的基团与无机纳米微粒的某一元素形成的离子键 或配位键构成了有机 " 无机纳米复合材料两相之间 的界面作用力，经转化反应后生成金属化合物纳米 晶材料，致使聚合物和无机纳米微粒结合稳定。溶 液的浓度越高， 网眼的尺寸越小， 制备的微粒尺寸也 越小。纳米微粒在网眼中生成，由于受到网链的限 制，必然具有一定的稳定性。以下的方法可以实现 网络复合。
)期
韩高荣等 O 有机 " 无机纳米复合材料的制备与界面特性
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石智强,刘晓蕾,刘孝波(中国科学院成都有机化学研究所,四川成都 610041)
摘要:有机/无机纳米复合材料以其优异的性能越来越受到人们的关注。本文分析总结了有机/无机纳米复合材料的制备方法、性能及其应用,着重介绍了溶胶-凝胶法和原位聚合法。参考文献28篇。关 键 词:有机/无机;纳米复合材料;溶胶-凝胶法;原位聚合法;性能;应用;综述中图分类号:TF123文献标识码:A文章编号:100521511(2004)0320251204
ProgressonOrganic/InorganicNanocompositeMaterialsSHIZhi2qiang, LIUXiao2lei, LIUXiao2bo(ChengduInstituteofOrganicChemistry,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China)
Abstract:Organic/inorganicnanocompositeshaveattractedmoreandmoreattentionbecauseofexcellentproperties.Theirpreparationmethodsfocusedonsol2gelprocessandin2situpolymerizationmethod,thepropertiesandapplicationwerereviewedwith28references.Keywords:organic/inorganic;nanocomposite;sol2gelprocess;in2situ;properties;application;review
纳米材料科学是一门新兴的并正在迅速发展的科学,成为近些年来材料科学研究的热点之一,被誉为“21世纪最有前途的材料”[1,2]。早在1959年,著名的物理学家RichardFeyna2man[3]在美国物理学年会中的讲演中首次提出了“Whatwouldhappenifwecouldarrangetheatomsonebyonethewaywewantthem?”的思想,日本科学家Kubo早在1962年就对纳米粒子的量子尺寸效应进行了理论研究。而日本名古屋大学上田良二教授则定义纳米粒子是用透射电镜TEM能看到的微粒。但直至80年代中期,随着物理学发展的完善和实验观测技术的进步,纳米材料科学才得到迅速发展。所谓纳米复合材料是指分散相尺度至少有一维小于100纳米的复合材料。由于纳米尺度效应、大的比表面积以及强的界面相互作用和独特的物理化学性质,使聚合物/纳米复合材料的性能优于相同组分常规复合材料的物理化学性能,并可制得各种功能复合材料,如磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性等复合材料。因此将纳米粒子用于制备功能材料的前景十分光明[4～6]。三大材料(金属、陶瓷、聚合物)都可自身或相互形成一系列
性能优异的纳米材料。对金属及陶瓷纳米材料的研究与开发已有20年的历史,并取得了长足的进展,相比之下聚合物基纳米复合材料的研究则起步较晚。但近几年发展则相当迅速[7],纳米复合
材料分类如Scheme1。
1 纳米材料的结构特征及其表面处理1.1 纳米材料的结构特征目前关于纳米材料的结构特征[8]主要有两类看法:第一类认为纳米粒子具有壳层结构[9],粒子
的表面层原子占很大比例,并且是无序的类气态结构,而粒子的内部则存在有序-无序结构。它既不同于长程有序的晶态,也不是短程有序,而是处于一种无序程度更高的状态[10]。第二类认为
—152— 合成化学 ChineseJournalofSyntheticChemistry
Ξ收稿日期:2003201230;修订日期:2003207223
基金项目:中国科学院“百人计划”资助项目;四川省杰出青年基金资助课题作者简介:石智强(1979-),男,汉族,山东泰安人,在读硕士,主要从事有机/无机复合材料的研究。通讯联系人:刘孝波,Tel:028285238656© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
纳米材料的结构与诸多因素如物质的种类、粒子尺寸、纳米材料的形态分布、纳米粒子的制备方法等有关。因此,纳米材料的结构相当复杂,不能用单一的物理模型来描述。
纳米复合材料非聚合物纳米复合材料金属/金属金属/陶瓷陶瓷/陶瓷聚合物纳米复合材料有机/无机纳米复合材料聚合物基无机材料
聚合物/聚粹合物纳米复合材料分子聚合原位聚合微纤/基体
Scheme11.2 纳米粉体的表面处理纳米粉体材料由于粒径小、表面积大、表面自由能极大,所以极易形成团聚体,在制备聚合物/无机纳米复合材料时[23],为了便于纳米粒子的分散和增强纳米粒子与聚合物之间的结合力,需要对纳米粒子进行改性[11～13],主要的改性方法有:(1)表面包覆处理:包覆一般是指除范德华力、氢键或配位键相互作用外,没有离子键或共价键的结合。对于纳米粒子的表面包覆处理是指将表面改性剂覆盖于粒子表面,改善粒子表面与聚合物界面的结合力。分散剂可以改善填料粒子在聚合物中的分散状况,但它不能使填料粒子与基体很好的结合。因此,常常需要加入一定量的偶联剂,常用的改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯、硬脂酸、有机硅等。为了使粒子不团聚,可将改性剂溶于适当的溶剂中,再与纳米粉体混合,研磨或超声分散。目前除了小分子偶联剂,大分子偶联剂也得到了研究和应用。例如用马来酸酐与PE接枝共聚,在PE链上引入极性基团,在复合材料中作为大分子偶联剂对填料表面进行包覆[14]。从结构上看,高分子偶联剂有两亲结构,但它的亲油链端长度较普通偶联剂长,与聚烯烃的相容性好。(2)机械化学处理:用粉碎、磨擦等方法提高粒子表面活性,使分子晶格发生位移,内能增大,表面原子一遇见其他原子很快结合,与其他物质发生反应、附着,使得纳米粒子表面改性。(3)外膜层改性处理:在粒子表面均匀包覆一层其它物质的膜,从而改善粒子表面结构和表面性能。按照处理剂的不同,可分为无机包膜、有机包膜、高分子包膜以及复合包膜等。(4)表面接枝处理:利用化学反应在粒子表面接枝带有不同功能基团的聚合物,使之与基体聚合物结合更紧密。(5)高能处理法:利用电晕、紫外线、微波、等
粒子射线等对纳米粒子表面进行处理。改性后纳米粒子在基质中的分散性可得到极大的改善。
2 聚合物纳米复合材料的制备有机/无机纳米复合材料是一门新兴的多学科交叉领域,如何制备出适合需要的高性能、多功能的复合材料是研究的关键[15]。目前有机/无机纳米复合材料的制备大体有溶胶-凝胶法(Sol-
Gel)、插层法、共混法、原位聚合法等。它们的核
心思想都是对复合体系中纳米粒子的自身几何参数、空间参数和体积参数等进行有效控制,尤其是要通过对制备条件(空间限制条件、反应动力学因素、热力学因素等)的控制来保证体系的某一组成相至少一维尺寸在纳米尺度范围内,其次是考虑控制纳米微粒聚集体的次级结构。目前比较成熟的方法有Sol-Gel法和原位聚合法。
2.1 Sol-Gel法Sol-Gel法是将金属有机醇盐或硅氧烷等前驱物溶于水或有机溶剂形成均匀溶液,然后使溶质水解成溶胶,经固化成溶胶,再在低温下干燥,
磨细后再煅烧得到纳米粒子。刘晓蕾[16]等通过Sol-Gel法制备了PCL/
SiO2纳米复合材料,分析结果表明PCL/SiO2杂化
材料两项分散均匀,分散颗粒尺寸约为50nm。童晰等[17]通过正硅酸乙酯(TEOS)在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳液中利用Sol-Gel法制备了PMMA/SiO2纳米复合材料,利用扫描电镜、透
—252— 合成化学 Vol.12,2004© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net射电镜、差热分析和热失重对试样进行了分析,结果表明PMMA/SiO2杂化材料两相分散均匀,分散相颗粒尺寸在100纳米以下。Chin2LungChiang和Chen2ChiM.Ma[18]利用Sol-Gel法制备了环氧树脂(Epoxy)/SiO2,通过SEM,TEM等分析该纳米复合材料的形貌发现SiO2以小于100纳米的粒径均匀的分散在Epoxy基体中,有机相与无机相具有很好的相容性,E2poxy/SiO2纳米复合材料较单纯的Epoxy具有更高的热稳定性。FritzHuguenin[19]等以VO(OC3H7)3和吡咯为原料在丙酮水溶液中利用Sol-Gel法合成了聚吡咯(PPy)/V2O5纳米复合材料,TEM,SEM,XRD,FTIR等分析结果表明PPy以纳米胶囊的形式嵌入在VO(OC3H7)3水解形成的V2O5中,形成互穿网状(IPN)结构。Sol-Gel法制备纳米复合材料的优点是该方法可在温和的条件下进行,两相分散均匀。但目前该方法存在的最大问题是凝胶干燥过程中,溶剂、水、小分子等的挥发可能导致材料收缩脆裂。尽管如此,Sol-Gel法仍是目前应用最多、也是较为完善的方法之一。2.2 原位聚合原位聚合[20](insitupolymerization),即在位分散聚合。该方法应用在位填充使纳米粒子在单体中均匀分散,然后在一定条件下就地聚合,形成纳米复合材料。这一方法制得的纳米复合材料的填充粒子分散均匀,粒子的纳米特征完好无损,同时在位填充过程中只经过一次聚合成形,不需热加工,避免了由此产生的降解,保证了基体各种性能的稳定性。TaoSun和JuanM.Garces[21]利用原位聚合法制得了聚丙烯/粘土纳米复合材料,通过SEM观测复合材料的表面,纳米粒子完全均匀分散在该复合体系中,界面粘接性好。该复合材料具有高的热变形温度、低的热膨胀系数。MasamiOkamoto[22]等通过原位聚合的方法制备了PMMA/粘土纳米复合材料,借助TEM,XRD等测试手段表明粘土均匀的分散在该体系中,界面粘接性好。该纳米复合材料较纯PMMA具有高模量、高强度和高的玻璃化转变温度Tg。GrayDavid.H用原位聚合得到了含2wt%SiO2的溶致液晶纳米复合材料,原位光致聚合象交联网络结构一样锁住基体构造,随后在高度取向区域内发生链引发反应,生成了各向异性纳米复合材料。该复合材料具有优异的热稳定性,