蒙脱土纳米复合材料
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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。
《新型聚碳酸亚丙酯-蒙脱土纳米复合材料的制备、性能及降解行为研究》篇一新型聚碳酸亚丙酯-蒙脱土纳米复合材料的制备、性能及降解行为研究一、引言随着科技的发展和环境保护意识的提高,新型的环保材料成为了研究的热点。
聚碳酸亚丙酯(PPC)作为一种生物降解性塑料,具有优异的物理性能和生物相容性,但其仍存在降解速度较慢的问题。
为了解决这一问题,本文通过引入蒙脱土(MMT)制备了聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料(PPC/MMT),并对其制备工艺、性能及降解行为进行了深入研究。
二、材料制备1. 原料选择选用聚碳酸亚丙酯树脂、蒙脱土、有机改性剂等为原料。
2. 制备工艺将蒙脱土进行有机改性处理,以提高其与聚碳酸亚丙酯的相容性。
然后,将改性后的蒙脱土与聚碳酸亚丙酯树脂进行熔融共混,制备出聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料。
三、材料性能研究1. 结构分析通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等手段,对聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料的结构进行分析。
结果表明,蒙脱土在聚碳酸亚丙酯基体中实现了纳米级分散,形成了纳米复合结构。
2. 力学性能测试了聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料的拉伸强度、弯曲强度等力学性能。
结果表明,蒙脱土的加入显著提高了聚碳酸亚丙酯的力学性能。
3. 热稳定性通过热重分析(TGA)等方法,研究了聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料的热稳定性。
结果表明,蒙脱土的加入提高了复合材料的热稳定性。
四、降解行为研究1. 实验方法将聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料置于模拟自然环境条件下,定期观察其降解情况,并记录质量损失、形态变化等数据。
2. 降解过程及机制聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料在模拟自然环境条件下,表现出良好的生物降解性。
蒙脱土的加入加速了聚碳酸亚丙酯的降解过程,使其在较短的时间内完成了质量损失和形态变化。
降解机制主要为微生物作用和光氧化作用。
五、结论本文成功制备了聚碳酸亚丙酯/蒙脱土纳米复合材料,并对其制备工艺、性能及降解行为进行了深入研究。
40塑料科技H.ASnCSSCI.&‘IECHNOIDGY№3(SLlIll.161)JLllle20()4,庐坏4吻曝舅评述舅蹩溉;炀∥‘文章编号:1005.3360(2004)03删0·06蒙脱土结构特性及在聚合物基纳米复合材料中的应用n’刘盘阁,宫同华,王月欣,刘国栋,瞿雄伟旺’(河北工业大学高分子科学与工程研究所,天津300130)摘要:对蒙脱土的晶层结构、分散性、流变性及表面修饰进行了系统的评述。
蒙脱土片层含有kwis酸点及过渡金属离子可用于烯类单体的催化聚合反应;自从丰田汽车公司使用尼龙一6/粘土纳米复合材料以来,蒙脱土(具有膨润性的粘土)在聚合物基纳米复合材料中的研究和应用正越来越受到世人的关注。
对蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备方法及其进展也进行了综述。
关键词:蒙脱土;纳米复合材料;催化效应;插层聚合中图分类号:呷050.43文献标识码:A纳米复合材料(Nalloc唧sites)概念是RoyR【1120世纪80年代中期提出的,指的是分散相尺度至少有一维小于100砌的复合材料。
由于纳米粒子具有大的比表面积,表面原子数、表面能和表面张力随粒径下降急剧上升,使其与基体有强烈的界面相互作用,其性能显著优于相同组分常规复合材料的物理力学性能瞳’31;纳米粒子还可赋予复合材料热、磁、光特性和尺寸稳定性。
因此,制备纳米复合材料是获得高性能材料的重要方法之一。
可采用溶胶.凝胶法(S01.gel)H“】、共混法n’8】、层间插入法(插层法)归。
141等方法制备得到。
许多无机物如硅酸盐类蒙脱土、磷酸盐类、石墨、金属氧化物、二硫化物、三硫化物等具有典型的层状结构,可以嵌入有机物【15,16】。
从研究的广度和深度以及工业化前景角度看,聚合物基纳米复合材料主要集中于聚合物/蒙脱土纳米复合材料。
1蒙脱土结构及其理化性能蒙脱土(Mon廿110rillonite,以下简称为M册)属2:1型层状硅酸盐,其结构单元主要是二维向排列的S卜O四面体和二维向排列的m(或Mg)一沪OH八面体(1)河北省自然科学基金资助项目(201006)(2)联系人作者简介:刘盘阁(1967一),女,实验师;收稿日期:2004.02.24片。
蒙脱土结构特性及在聚合物基纳米复合材料中的应用纳米复合材料是20世纪80年代末发展起来的新型材料,是分散相的尺度进入纳米量级的聚合物系合金,兼具无机和有机材料的特点,并通过两者之间的耦合作用产生出许多优异的性能。
纳米复合材料的制备是基于现有大品种塑料的成熟生产的工艺,有利于尽快实现工业化生产,有着广泛的开发前景,是探索高性能复合材料的一种重要途径,已引起世界各国的普遍关注。
本文主要阐述了有关蒙脱土结构特性及在聚合物基纳米复合材料中的应用。
标签:蒙脱土;结构特性;聚合物;基纳米复合;应用一、前言对蒙脱土的晶层结构、分散性、流变性及表面修饰进行了系统的评述。
蒙脱土片层含有Lewis酸点及过渡金属离子可用于烯类单体的催化聚合反应;自从丰田汽车公司使用尼龙-6/粘土纳米复合材料以来,蒙脱土(具有膨润性的粘土)在聚合物基纳米复合材料中的研究和应用正越来越受到世人的关注。
对蒙脱土/聚合物纳米复合材料的制备方法及其进展也进行了综述。
二、聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法称取一定量的蒙脱土,用去离子水配制5%的溶液,再称取适量的醇胺离子和质子化剂,分别滴加到搅拌状态下的蒙脱土溶液中;搅拌4~5h后,将该溶液一次插层溶液抽滤,滤饼真空干燥,并研磨成粉末,得到的样品为一次插层的有机蒙脱土。
用去离子水配制5%的PVP溶液,滴加到上述没有抽滤的一次插层溶液中;搅拌4~5h后抽滤,滤饼真空干燥,并研磨成粉末,得到的样品为二次插层的有机蒙脱土。
有机/无机纳米复合材料最初采用溶胶凝胶法制备,目前已出现了层间插入法、原位聚合复合法、插层原位聚合复合法、超微粒子直接分散法、熔体插层法等方法。
插层原位聚合复合法、熔体插层法用的尤为广泛,其中插层原位聚合复合法又分为一步法和两步法。
在聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备过程中,有机蒙脱土的制备最初采用蒙脱土与有机化剂在一定温度下搅拌反应一段时间制得,后来发现采用高速剪切效果更佳。
另外还有采用超声波振荡和辐照法制备纳米有機土的;最近还出现了利用微波加热法分两步将浮选后的天然钠基土转变为镍基蒙脱土,根据己内酰胺可与镍配位的原理,将己内酰胺引入到蒙脱土片层间,通过原位聚合复合法制得聚己内酰胺/蒙脱土纳米复合材料,省去了蒙脱土有机化工序,为聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备提供了一种新的尝试方法。
纳米蒙脱土母粒
1. 结构及制备
纳米蒙脱土母粒由无机纳米蒙脱土层和有机聚合物基体组成。
纳米蒙脱土是一种天然的层状硅酸盐矿物,层间距离约1纳米。
聚合物基体可以是热塑性或热固性聚合物。
制备方法主要包括原位聚合法、溶液插层法和熔融共混法等。
其中,原位聚合法是将单体与纳米蒙脱土预先插层,再进行聚合反应,使聚合物在纳米蒙脱土层间生长。
2. 性能特点
纳米蒙脱土母粒兼具纳米蒙脱土和聚合物的优点,具有独特的力学、热学、阻燃、阻隔等性能。
(1) 力学性能提高:纳米蒙脱土增强相与聚合物基体相互作用,提高材料的拉伸强度、弹性模量等。
(2) 热稳定性增强:纳米蒙脱土的引入提高了聚合物的热分解温度。
(3) 阻燃性能优异:纳米蒙脱土的层状结构和阻隔性能,有效抑制热释放和燃烧。
(4) 气体阻隔性增强:纳米蒙脱土的高纳米层间距离形成精细的扩散路径,提高材料的阻隔性。
3. 应用领域
纳米蒙脱土母粒因其优异的综合性能,在汽车、航空航天、包装、建
筑等领域有着广泛的应用前景。
(1) 汽车工业:用于制备车身外壳、内饰件等,提高材料的强度、阻燃性。
(2) 航空航天:制造结构和非结构复合材料,提高材料的力学性能和热稳定性。
(3) 包装材料:提高包装薄膜的阻隔性能,延长食品保质期。
(4) 建筑材料:增强建筑涂料、防火隔热材料、管道等的综合性能。
纳米蒙脱土母粒是一种具有广阔应用前景的功能性复合材料,在提高材料性能的同时,也为新材料的开发和应用提供了新的思路。
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟纳米膨润土(蒙脱土)在橡胶中的应用纳米复合材料是指粉体分散相至少一维尺寸介于1 nm~100 nm 之复合材料。
除了球状粒径小之粉体外,高长径比(Aspect ratio)之层状补强结构更受到全世界高分子工业瞩目,层状材料经剥离分散后可充份发挥分子层级之结构特性。
蒙脱土(Montmorillonite)是属于蒙脱土族的矿物,蒙脱土族矿物共发现11 个,他们是滑间皂土、贝得土、锂皂土、蒙脱土、钠脱土、皂土、锌皂土、斯皂土、锂蒙脱土、铬蒙脱土和铜蒙脱土等,但从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族(二八面体)与皂土亚族(三八面体)。
蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一,但是与其他层状硅酸盐矿物不同之点是层与层之间空隙特别大,这样就可在层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。
通过衍射仪慢速扫描的试验结果表明蒙脱土的粒度已接近纳米级,是天然纳米材料。
纳米级蒙脱土自然界很难找到这样的原矿,需要提纯获得。
制备纳米级蒙脱土的膨润土,应是蒙脱石含量95%。
纳米级有机膨润土蒙脱土,要求膨润土蒙脱石纯度在98%以上。
纳米级有机膨润土在橡胶中应用主要用于橡胶制品的纳米改性,改善其气密性,定伸引力和耐磨性、防腐性、耐侯性、耐化学性。
通过加入少量(如3%-5%)的纳米蒙脱土,可以使橡胶的强度、伸长率等性能大幅度提高,有的性能可提高数倍,可替代目前的白碳黑,甚至彻底取代传统的碳黑及其它填料,大大减少或根除污染。
将是二十一世纪橡胶工业的一场革命。
聚氨酯弹性体/蒙脱土纳米复合材料、三元乙丙橡胶/蒙脱土纳米复合材料都得到很好的研究。
纳米复合物不仅比传统添加剂重量轻,而且主要改善了在硬度、阻燃、阻气方面的性能。
株洲时代新材料科技股份有限公司对所承担的轨道交通减震用高性能复合弹性结构材料的研究项目,进行了橡胶/蒙脱土纳米复合技术和炭黑、白炭黑表面接枝技术的研究,使硫化天然橡胶的力学性能达到。
聚合物/蒙脱土阻燃纳米复合材料的研究进展综述了蒙脱土的阻燃机理、聚合物/蒙脱土阻燃复合材料研究现状,包括蒙脱土的种类、有机改性、聚合物基体及与其他阻燃剂协同阻燃对聚合物/蒙脱土复合材料阻燃性能的影响。
标签:聚合物;纳米复合材料;蒙脱土;阻燃1 前言聚合物因其性能优异、价格低廉而被广泛应用于各个领域,但是大多数的聚合物材料属于易燃、可燃材料,燃烧时热释放速率大、热值高、火焰传播速度快,不易熄灭,还产生浓烟和有毒气体,因此对聚合物进行阻燃设计十分重要。
按阻燃元素种类,阻燃剂常分为卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、膨胀型阻燃剂、硅系阻燃剂、无机阻燃剂等。
由于卤系阻燃剂阻燃的材料在燃烧时会产生大量有毒、有腐蚀性的烟雾,对环境、模具有污染、腐蚀作用。
基于环境保护和可持续发展的要求,无卤阻燃体系具有非常广阔的发展前景[1]。
纳米蒙脱土属于无机纳米阻燃剂,具有优良的力学性能、气体阻隔及阻燃效应、不影响材料的透明度以及低成本、加工方便等优点,不仅提高了聚合物的机械性能,也为聚合物阻燃开辟了新途径。
2 蒙脱土阻燃机理蒙脱土(MMT)阻燃机理主要表现在MMT促进材料燃烧时成碳并起到阻隔作用[2,3]。
MMT具有Lewis酸的特征,起到催化成碳作用。
MMT的Lewis 酸特征是由于在MMT层边缘部分配位的金属离子(如Al3+),或硅氧烷表面多价质点(如Fe2+和Fe3+)的同晶取代,或MMT层状结构内部的结晶缺陷导致的。
MMT作为成碳促进剂,可以抑制熔滴、降低材料的热释放速率、降低聚合物的降解速率以及提供聚合物/MMT纳米复合材料(PMN)抗燃烧的保护屏障。
MMT层有优良的绝缘性,可作为传质屏障,不仅使位于燃烧表面的层状MMT 可阻隔聚合物分解产生的可燃气体向燃烧界面扩散,而且可延缓外界氧气进一步进入材料内部的速度,从而起到延缓燃烧的作用。
Lewin[3]提出了一种PMN中MMT迁移和富集机理,该理论认为,由于MMT的表面自由能低,所以MMT 能迁移至PMN表面起到阻隔作用。
聚合物/蒙脱土纳米复合材料Polymer/ Montmorillonite Nanocomposites(姓名班级学号)摘要:介绍了蒙脱土的结构和特点,以及什么是聚合物/蒙脱土纳米复合材料及其制备方法和分类。
讨论了聚合物/蒙脱土纳米复合材料的性能特点和应用。
聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有优异的性能,是目前材料学科的研究热点之。
关键词:蒙脱土;聚合物纳米复合材料;制备分类;性能应用一、综述纳米复合材料的概念最早是由Rustun Roy于1984年提出的,它是指分散相尺寸至少有1种小于100 nm 的复合材料[1]。
由于纳米粒子有独特的“表面效应”、“体积效应”和“量子效应”,使纳米复合材料表现出独特的化学和物理性质,因此引起了人们的广泛关注。
聚合物基纳米复合材料包括聚合物基有机纳米复合材料和聚合物基无机纳米复合材料。
聚合物基无机纳米复合材料是集有机组分和无机纳米组分于一体的新型功能高分子材料。
目前,聚合物基无机纳米复合材料的制备方法主要有3种:即溶液-凝胶法、嵌入法和纳米微粒填充法[2]。
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 <5% (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。
二、蒙脱土的结构和性能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。
在聚合物中的应用可以在聚合物时添加,也可以在熔融时共混添加(通常采用螺杆共混)。
蒙脱土的化学式为:M n+x/n[Al4.0-xMg x](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。
由于硅氧四面体中的部分Si4+和铝氧八面体中的部分Al3+被Mg2+所同晶置换,因此在这些1 nm厚的片层表面产生了过剩的负电荷。
为了保持电中性这些过剩的负电荷通过层间吸附阳离子来补偿。
蒙脱土片层间通常吸附有Na+、K+、Ca2+、Mg2+等水合阳离子,它们很容易与有机或无机阳离子进行交换,使层间距发生变化。
研究表明:层间可交换的阳离子数即离子交换容量(CEC)并不是越高越好。
蒙脱土的片层中间的CEC通常在60~120 mEq/100 g的范围内,这是一个比较合适的离子交换容量。
交换有机阳离子可使硅酸盐表面从亲水性变为亲油性,降低硅酸盐的表面能,提高其和聚合物基体及单体的相容性,而且有机阳离子可以带有各种官能团,这些官能团和聚合物反应,从而提高了无机物和聚合物基体之间的粘接性[4]。
适宜的离子交换容量,优良的力学性能及低廉的价格,使得蒙脱土成为制备聚合物纳米复合材料的理想矿物。
三、聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法及其分类插层复合(Intercalation Compounding)是制备此类纳米复合材料的最重要的方法之一,它是将聚合物插层于层状结构的填料中从而获得纳米量级的复合材料。
它主要有原位插层聚合法和聚合物插层法2种方式。
聚合物插层法又可分为聚合物溶液插层、聚合物熔融插层、聚合物乳液插层3种。
此外有人用超声波法制备此类纳米复合材料,而且紫外光固化法也有可能成为制备此类复合材料的一种方法[5]。
原位插层聚合法是把适合的单体插层到已改性的粘土层中,然后进行聚合反应,其特点是可以将聚合物单体引入到粘土层中制备那些大分子链不易直接插入粘土层间的复合材料。
聚合物溶液插层法是先把离子交换过的粘土分散在合适的溶液中,然后把其和聚合物溶液混合并搅拌生成杂化物溶液,然后蒸发掉溶剂,在N2的保护下加热到一定的温度和一定的时间来制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料,其特点是操作简单。
聚合物乳液插层法是粘土在强烈的搅拌下分散于水中,加入胶乳和少许的助剂,共混均匀,用稀盐酸絮凝,水洗,烘干,得蒙脱土/聚合物纳米复合材料。
聚合物熔融插层法是首先把聚合物和层状硅酸盐混合,然后再加热到聚合物软化点以上温度进行反应,此方法的特点是不用溶剂,对环境有利并更经济方便,而且提供了常规技术研究在二维空间受限制聚合物的理想体系。
根据聚合物纳米复合材料的微观结构,可以将聚合物/蒙脱土纳米复合材料分为插层型纳米复合材料和剥离型纳米复合材料[5]。
在插层型复合物中,聚合物不仅进入蒙脱土颗粒,而且插层进入硅酸盐晶片层间,使蒙脱土的片层间距明显增大,但还保留原来的方向,片层仍然具有一定的有序性;在剥离型复合物中,蒙脱土的硅酸盐片层完全被聚合物打乱,无规则的分散在聚合物基体中的是一片一片的硅酸盐片层,此时蒙脱土片层与聚合物可以混合均匀。
在插层型纳米复合材料中,高分子链在层间受限空间与层外自由空间的运动有很大差异,因此此类复合物材料可作各向异性的功能材料;而剥离型纳米复合材料具有很强的增强效应,是理想的韧性材料。
[6]四、聚合物/蒙脱土纳米复合材料的性能和应用聚合物/蒙脱土纳米复合材料的应用大体分为两大类,即作为工程材料和气体阻隔材料。
此种纳米复合材料的抗张强度、抗张模量与聚合物基体相比有大幅度提高,这是一般用填料填充的聚合物体系所无法比拟的。
同时阻燃性、热变形温度、耐溶剂性能等都大幅度提高。
黏土用量仅为1%-5%,透明性不受影响,但有时对气体的渗透性可下降一个数量级。
在聚合物/蒙脱土纳米复合材料中,存在四个相:硅酸盐片层相,改性表面相,未束缚聚合物相、纯聚合物相。
这些相的体积分数及其性质决定了整个复合材料的性质,包括阻隔性能和其它性能。
具体应用包括如下六个方面[7]:(1) 应用于阻燃材料聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有优异的自熄性;其原理为:燃烧过程中,纳米复合材料结构塌陷,形成了多层碳质/硅酸盐结构。
该结构作为一种传质和传热的阻隔体,阻隔挥发物的产生和聚合物的分解。
由于聚合物/蒙脱土纳米复合材料表现出良好的综合性能,如热稳定性、高强度、模量高、气体阻隔性高、膨胀系数低等优点,且密度仅为一般复合材料的 65-75%,广泛用于航空、汽车、家电、电子行业作为高性能工程塑料。
(2) 应用于导电和光学器件将导电聚合物嵌入层状无机物的夹层中形成纳米复合材料,因在层状坑道中分子的整齐排列,所得的导电聚合物的结构规整,具有各向异性,在电子、光学、和电化学等方面将显示出新的特性,可以用于制备导电与半导电材料、发光材料、变色材料和非线性光学材料。
将PPV的半导体荧光性质和粘土的气体阻隔性结合起来,可用于制作发光二极管等光学器件。
将PEO/锂蒙脱土纳米复合材料的高导电性和优异的力学性能可用于制造锂电池。
(3) 应用于耐磨材料聚合物无机物纳米复合材料具有优异的力学和热学性能,可以制备出耐热、高强度的耐磨材料,应用于汽车工业和航空工业等领域。
如聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料,聚合物/碳纳米管纳米复合材料,及聚合物/二氧化硅/纳米复合材料等等。
(4) 应用于纳米复合材料纳米粒子用于传统涂料中得到一类具有抗辐射、抗老化与剥离性能的新型纳米涂料。
传统的涂料包括醇酸树脂涂料、丙烯酸树脂涂料及用于建筑、船舶、汽车、卷钢、家电等领域的涂料。
它们均不同程度地存在“颜料悬浮”,稳定性差,触变性差和抗老化性性等问题。
纳米涂料使传统涂料产生质变。
我们所熟知的二氧化钛纳米粒子粒径1-100 nm,对入射光基本无散射作用,具有很强的屏蔽紫外线能力和优异的透明性。
将这种纳米和云母珠光颜料并用时,作为效应颜料可以产生十分迷人的精美双色效应,这种效应颜料的神秘色彩和独特的光学性能,很受汽车涂料商的欢迎,已广泛应用于汽车涂料。
(5) 应用于阻隔材料由于聚合物链受限于层状无机物的纳米片层之间,聚合物层状无机物纳米复合材料具有高长径比的无机物片层阻碍了气体的扩散,增加了材料的阻隔性。
应用比较多的是各类包装行业,PP、PE、PET及PA-6与层状硅酸盐的纳米复合材料广泛应用啤酒包装及机械包装等领域,简化了生成工艺,降低包装成本。
(6) 应用于生物功能复合材料目前,层状无机物与聚合物的复合已从普通高分子拓展到生物高分子。
将蛋白质分子比如血红蛋白和酶固定在α-ZrP 的层间,以改善酶的催化活性,有利于制备生物复合材料和生物传感器。
将抗癌药氨甲叶酸通过离子交换到ZnAl-LDH 层间合成了生物功能性纳米复合材料,在改善药物的生物相容性的同时,改善药物的释放速率以增强药效。
五、结束语聚合物/蒙脱土纳米复合材料因其特殊的结构和优异的性能展现出诱人的应用前景。
但该技术刚刚兴起,尚处在探索阶段,很多项目还局限在实验室的研究,离工业化还有很大距离。
目前需解决的问题主要有:(1)纳米材料精细结构的表征和纳米复合材料中纳米相的表征;(2)纳米复合聚合物的力学性能、热性和阻燃性改善机理的研究;(3)纳米粒子在聚合物基体中的聚集问题。
随着技术进步及新工艺、新方法的不断研究开发,必将实现对纳米复合材料微观结构的优化设计和对纳米粒子形态、尺寸和分布的有效控制,最终开发出性能更好、功能更强的聚合物/蒙脱土纳米复合材料。
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