插层复合技术在复合材料制备中的应用
有机无机复合材料中的界面第二
(4). 影响纳米微粒前驱体水解、缩聚的因素 （a）催化剂 酸性条件下，亲电取代为主 碱性条件下，亲核取代为主 在不同的 PH条件下生成的无机物网络结构不同 Ti(OC4H9)4 + H2O TiO2 沉淀 Ti(OC4H9)4 + H+ (pH ~ 3-5 ） TiO2 凝胶 Ti(OC4H9)4 + H+ (pH <1) TiO2 溶胶
5.5插层复合材料 南京工业大学 材料学院
5.5 插层复合材料 5.5.1 简介
插层复合材料，纳米级粘土与高分子有机化合物以某种方式形成的复合材料。这类纳米复合材料最早是 由日本学者在1987年开创合成的。现在已商品化的粘土纳米复合材料，作为工程塑料用于制造汽车零 部件等。
对于制备纳米复合材料的粘土，应具有以下特殊性质：
高岭土层间距很小，很难插层高分子聚合物，可以通过先插层极性酰胺类物质，使层间距扩大，再进行 高分子聚合物取代插层，
形成复合材料。
(2) 海泡石 海泡石属斜方晶系，为链层状水镁硅酸盐或镁铝硅酸盐矿物，化学式为Mg3[Si1203](OH)4(H20)4·8H20， 结构单元晶层由2层硅氧四面体之间夹一层金属阳离子八面体组成，为2：1构型。
•层状超晶格结构
缩氨酸
超晶格层状结构 phage 抗菌素
Characterization of the liquid crystalline suspensions of A7 phage–ZnS nanocrystals (A7ZnS) and cast film.
AFM micrograph of a cast film from an A7-ZnS suspension (30 mg/ml) showing close-packed structures of the A7 phage particles.
蒙脱土纳米复合材料
聚合物/蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料：蒙脱土纳米复合材料是目前研究最多，工业化应用前景好的一种聚合物基纳米复合材料。
纳米蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25 nm，蒙脱石含量大于95%。
具有层状结构的蒙脱土是制备成纳米复合材料的理想天然矿物。
蒙脱土是一种层状硅酸盐，结构片层由硅氧四面体亚层和铝氧八面体构成，厚0.66nm左右，片层之间通过NA+、Ca2+等金属阳离子形成的微弱静电作用结合在一起，一个片层与一个阳离子层构成MMT的结构单元，厚度为1.25纳米（阳离子为钠离子）左右。
结构：蒙脱土的化学式为：Mn+x/n[Al4.0-xMgx](Si8.0)O20(OH)4·yH2O，属于2:1型层状硅酸盐，即每个单位晶胞由2个硅氧四面体晶片间夹带一个铝氧八面体晶片构成三明治状结构[3]，二者之间靠共用氧原子连接，每层厚度约为1 nm。
性能：聚合物/蒙脱土纳米复合材料是目前新兴的一种聚合物基无机纳米复合材料。
与常规复合材料相比，具有以下特点：只需很少的填料April 质量分数)，即可使复合材料具有相当高的强度、弹性模量、韧性及阻隔性能；具有优良的热稳定性及尺寸稳定性；其力学性能有优于纤维增强聚合物系，因为层状硅酸盐可以在二维方向上起增强作用；由于硅酸盐呈片层平面取向，因此膜材有很高的阻隔性；层状硅酸盐蒙脱土天然存在有丰富的资源且价格低廉。
故聚合物/蒙脱土纳米复合材料成为近年来新材料和功能材料领域中研究的热点之一。
纳米蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土）经剥片分散、提纯改型、超细分级、特殊有机复合而成，平均晶片厚度小于25 nm，蒙脱石含量大于95%。
具有良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。
聚丙烯纳米复合材料的研究及应用
聚丙烯纳米复合材料的研究及应用李跃文陈枝晴(湖南科技职业学院高分子工程与技术系，长沙,410118 )摘要：综述了聚丙烯基层状填料纳米复合材料、纤维状填料纳米复合材料、粉状填料纳米复合材料、POSS 纳米复合材料制备方法、结构与性能方面的最新研究进展，介绍了聚丙烯／粘土纳米复合材料的一些实际应用，对今后的研究和开发方向也提出了自己的看法。
关键词：聚丙烯，纳米复合材料，纳米填料，研究进展，应用聚丙烯(PP) 是目前产量最大、发展最快的合成树脂之一，它具有良好的综合力学性能、耐热性、耐腐蚀性能和成型加工性能，应用范围十分广泛。
但PP 低温脆性大，耐老化性能不好，容易燃烧，绝对强度和金属材料相比尚有一定差距，这些使其应用受到一定程度的制约。
共聚、共混、加助剂等传统的改性方法均有一定的局限性，近年发展起来的纳米技术给PP 提供了一种新的改性途径，大量的研究表明，将PP 与纳米组份复合，具有广泛而显著的改性效果。
与传统方法相比，通过形成纳米复合材料对PP进行改性具有如下优点：(1)纳米组份含量很少时即有显著的改性效果；(2)在改善某些性能的同时，几乎不损害其它性能，特别是成型加工性能；(3)改性范围广泛。
1、PP /层状填料纳米复合材料1.1 PP/ 层状粘土纳米复合材料自然界有些粘土矿物具有层状结构，如蒙脱土、累托土、斑脱土等。
在适当的条件下，聚合物分子链能插入到粘土片层之间，使片层层间距扩大，甚至剥离，从而形成纳米复合材料。
由于粘土片层的纳米效应和层状结构，PP/层状粘土纳米复合材料的力学强度、热稳定性、阻隔性、阻燃性均有明显改善。
PP/ 蒙脱土纳米复合材料是研究和开发较早的PP 纳米复合材料。
目前的研究主要集中在熔融共混法制备纳米复合材料及其结构与性能上。
王平华［1］等用钠基蒙脱土(Na-MMT) 和经十六烷基三甲基溴化铵处理过的有机蒙脱土(Org-MMT) 分别与PP 制成了纳米复合材料，实验结果表明，Na-MMT 和Org-MMT 对PP 均有良好的增强增韧效果，但两者填充形态不一样，Na-MMT 以纳米粒子形态填充，Org-MMT 以插层形态填充；另外，Na-MMT 还能诱导聚丙烯结晶晶型发生转变，产生有利于提高聚丙烯冲击强度的3晶型。
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
聚己内酯及其纳米复合材料
聚己内酯及其纳米复合材料5.1 概述聚己内酯（PCL）是线形聚酯，是ɛ-己内酯开环聚合得到的，是一种完全可生物降解的脂肪族聚酯，是不可再生的石油基聚合物。
PCL是Daicel化学公司于1989年开发的产品，1993年由美国联碳（Union Carbid）公司实现商业化，商品名为TONE®。
PCL是半结晶性的，结晶度在50%左右，T g和T m都很低，分子链是柔性的，表现为断裂伸长率很高，模量低，极易热塑成型。
PCL的物理性能以及已经商业化应用使其极具吸引力。
PCL不仅可以作为非降解聚合物的替代材料进行大规模应用，而且也可以用做医药和农业等领域的特种材料。
5.2 PCL的合成与结构PCL是线形的脂肪族聚酯，高相对分子质量的PCL几乎都是由ε-己内酯单体开环聚合得到的。
PCL可以由两种方法制备，即采用各种阴离子、阳离子和配位催化剂将ε-己内酯开环聚合，或将2-亚甲基-1，3-二氧环庚烷自由基开环聚合而成。
常规的聚合方法是用辛酸亚锡催化，在140～170℃下熔融本体聚合。
根据聚合条件的不同，聚合物的相对分子质量可从几万到几十万。
PCL的化学结构如图5-1所示。
图5-1 PCL的化学结构PCL的合成方法主要是开环聚合。
而根据开环聚合所用催化剂的不同，聚合方法也有些差异，例如有脂肪酶催化、有机金属化合物、稀土化合物、阳离子引发和阴离子引发等催化体系。
Uyama等人于1993年首次用脂肪酶荧光假单胞菌作为催化剂在75℃、反应10天条件下合成了大批的PCL，产率为92%，所得PCL 的数均相对分子质量为7700，多分散性系数为2.4。
脂肪酶如类丝酵母、猪胰脂肪酶等也能作为PCL的活性催化剂，其中类丝酵母脂肪酶的催化活性较强，常被用作PCL开环聚合的催化剂。
常用的有机金属化合物体系催化剂有辛酸亚锡、钛酸正丁酯、烷基金属、异丙基醇铝等，其中辛酸亚锡是用得最普遍的一种催化剂，因为其具有有效性和多功能性以及可以与内酯溶解在普通的有机试剂中。
高分子纳米复合材料课件.ppt
最重要的是界面组元。界面组元具有以下两个特点：首先是原
子密度相对较低，其次是邻近原子配位数有变化。因为界面在
纳米结构材料中所占的比例较高，以至于对材料性能产生较大
影响。
高分子纳米复合材料课件
五、纳米复合材料（nanocomposites）
1、纳米复合材料的分类
复合材料的复合方式可以分为四大类：
①、0-0型复合
利用宏观量子隧道效应，可以解释纳米镍粒子在低温下继续 保持超顺磁性的现象。这种纳米颗粒的宏观量子隧道效应和量子 尺寸效应，将会是未来微电子器件发展的基础，它们确定了微电 子器件进一步微型化的极限。
高分子纳米复合材料课件
三、纳米材料的制备方法
可分为物理法和化学法两大类。 1、物理方法 ①、真空冷凝法
例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属 此列。
高分子纳米复合材料课件
4、宏观量子隧道效应 微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效
应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生性能变化，称为宏观量子隧道效应。
第一节 高分子纳米复合材料概述
一、纳米材料与纳米技术
1、纳米材料 是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构
成的复合材料。 ①、纳米结构
以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造 的一种新结构体系，称为纳高分米子纳结米构复合体材料系课件。
②、纳米材料 纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。 从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：
衡合金固态分解、溶胶-凝胶法、气相沉积法、快速凝固法、晶晶 化法、深度塑性变形法等。
低温下复合材料材料力学研究
低温下复合材料材料力学研究随着现代科技的发展，材料科学在各个领域得到了广泛的应用。
而复合材料作为一种新型材料，在航空、汽车、建筑等领域也得到了广泛应用。
复合材料具有优异的力学性能、耐腐蚀性、耐高温性等特点。
然而，在低温环境中，材料的力学性能常常会受到影响，而如何提高复合材料在低温环境下的力学性能，是目前复合材料研究的一个热点问题。
1. 低温对复合材料力学性能的影响低温环境对复合材料的力学性能有很大的影响。
在低温下，很多复合材料的强度、韧性、断裂韧度等力学性能会明显下降，这种现象被称为低温脆性。
低温脆性会导致复合材料在低温环境下出现裂纹、断裂等失效现象，这会给实际使用带来很大的风险和危害。
2. 提高复合材料低温力学性能的方法针对复合材料在低温环境下力学性能的下降，研究人员提出了一些提高低温力学性能的方法。
下面我们将重点介绍一下其中一些方法：（1）添加增韧剂添加增韧剂是提高复合材料低温力学性能的一种有效方法。
增韧剂可以增加复合材料的韧性，抑制裂纹扩展，从而提高复合材料在低温环境下的抗拉强度、断裂韧度等力学性能。
近年来，研究人员已经探索出了一些添加在复合材料中的增韧剂，如碳纳米管、纳米硅粉等，这些增韧剂可以有效地提高复合材料的力学性能和低温性能。
（2）提高界面结合强度界面结合强度是复合材料中非常重要的一个因素，它直接影响到复合材料的力学性能。
在低温环境下，界面结合强度往往会下降，而加强界面结合强度是提高复合材料低温性能的一个有效方法。
在研究中，研究人员采用了一些方法，如在界面处添加化学漆、使用特殊接触剂等，以提高复合材料的界面结合强度。
（3）制备低温冲击性能好的复合材料除了抗拉强度、韧性等力学性能以外，低温下的冲击性能也是复合材料研究的一个重要方向。
制备低温冲击性能好的复合材料，可以防止在低温环境下材料被强冲击所破坏，从而保障实际使用的安全性。
在制备低温冲击性能好的复合材料过程中，研究人员常常采用多种增韧方法，如接枝、插层等，以提高材料的冲击性能。
第五章 有机-无机复合材料中的界面第二讲
SiO2杂化材料
以聚合物前躯体或其预聚体或聚合物的形式，通过溶胶—凝胶技 术形成的Si02纳米杂化材料.
聚合物或齐聚物或前躯体主要有：聚二甲基硅烷、聚环氧丁 烷、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚甲基唿唑啉(PMOZO)、 聚对苯乙炔、聚乙烯基吡咯烷酮、聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙 烯基亚胺、聚醚酮、环氧树脂、聚己内酯、聚氨酯、聚硅酸 酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸、聚丙 烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚乙烯 基吡啶、聚二甲基丙烯酰胺、纤维素、乙酸纤维素，以及聚 丁二烯、丁苯橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶等各种橡 胶。
二维排列的硅氧四面体(a)和铝氧八面 体(b) 晶格顶点是一个氧原子
几种典型粘土的结构： （1）高岭土 高岭土的化学式为Al(Si4010)(OH)8。 一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共同的氧互相连接形成一个晶层单元， 所以称为1：l型层状硅酸盐 .
高岭土层间距很小，很难插层高分子聚合物，可以通过先插层 极性酰胺类物质，使层间距扩大，再进行高分子聚合物取代插 层，形成复合材料。
(3) Si02· 聚丙烯酸酯杂化复合材料 甲基丙烯酸甲酯+TEOS 甲基丙烯酸环氧丙酯和氨丙基 三乙氧基硅烷改性剂 Si02-聚丙烯酸酯杂化复合材料
(3) Si02-聚硅氧烷杂化复合材料
聚硅氧烷是一类杂原子链高分子弹性材料，高柔性材料。在溶胶—凝胶技术 制备 Si02玻璃态材料时，利用二甲基硅氧烷或甲基硅氧烷参与硅氧烷的溶胶— 凝胶过程中的水解和缩聚，形成有机-无机杂化材料。
SiO2-甲基硅烷杂化材料的结构示 意图
SiO2-二甲基硅烷杂化材料的结构示意图
无机组分与聚合单体分子同时进行聚合形成杂化材料 分散质与分散剂原位生成杂化复合材料