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。丁超［2］等采用聚丙烯与甲基丙烯酸甲酯、
超支化有机插层剂对蒙脱土的结构及性能影响研究
041206107 高雅琴
摘要：目前，蒙脱土(MMT)由于其独特的结构优势、来源广、价格低而成为制备聚合物/粘土纳米复合材料最重要的粘土矿物之一。为增加蒙脱土与有机相的相容性，制备有机蒙脱土，并观察蒙脱土的层状结构及性能在有机化前后的变化，以无机蒙脱土为原料，用超支化季铵盐作为有机插层剂对蒙脱土进行改性，制备出一系列有机蒙脱土。通过红外、热失重等测试结果对其结构及性能进行表征，并论述了不同实验情况下改性的蒙脱土结构及性能上的差异。
关键词：蒙脱土 超支化 季铵盐 插层 结构 性能
前言
蒙脱土是一种由纳米厚度的硅酸盐片层构成的粘土，因其来源广泛，价格低廉且具有独特的层状结构和良好的力学性能，已成为制备新型高性能聚合物/粘土纳米复合材料的重要无机原料。
蒙脱土的基本结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间，靠共用氧原子而形成的层状结构。在这些片层表面有过剩的负电荷，致使蒙脱土片层通常吸附有Na+，K+，Ca2+，Mg2+等水合阳离子，这种亲水的微环境不利于亲油的单体和聚合物插入。所以制备聚合物/粘土纳米复合材料时必须对蒙脱土表面进行改性。对于表面改性，国内外报道较多的是利用有机季胺盐阳离子与蒙脱土层间的阳离子进行离子交换后，阳离子部分附着在硅酸盐片层上，有机部分留在层间，从而使层间距增大，同时改善了层间微环境，使蒙脱土层间由亲水疏油性变为亲油疏水性，提高复合材料中有机相与无机相的相容性，利于单体或聚合物插入蒙脱土层间形成复合材料[1]。
近年来人们对蒙脱土的有机改性进行了大量的研究[2]，蒙脱土的有机化处理一般采用插层剂。大量实验表明：在制备层复合纳米材料过程中，插层剂的选择和使用是关键，因此必须加强插层剂的合成、筛选及插层工艺的研究。常用的插层剂是烷基季铵盐，本文就采用了双羟乙基十二烷基三甲基氯化铵，试图对其进行超支化改性，并研究其不同质量配比对插层蒙脱土的结构及性能的影响，从而找出性能最好的有机蒙脱土插层剂。
综述
低烟无卤阻燃聚烯烃的研究进展和应用前景
瞿保钧 , 陈 伟, 谢荣才, 王正洲, 吴 强
(中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,高分子科学与工程系,安徽合肥 230026)
摘 要: 结合近几年来在低烟无卤阻燃聚烯烃研究的系列工作,综述了该领域国内外研究的最新进展,重点
论述了聚合物纳米插层化合物、可膨胀石墨体系、硅胶/碳酸钾体系、氢氧化镁和硼酸锌、有机磷系和磷-氮系
膨胀型阻燃剂在无卤阻燃聚烯烃中所取得的主要成果,展望了其应用前景。
关键词: 无卤阻燃剂;聚烯烃;纳米插层化合物;可膨胀石墨;氢氧化镁;磷-氮系膨胀型阻燃剂
中图分类号: TQ314.248 文献标识码: A 文章编号: 1008-9357(2002)03-0361-07
上世纪八十年代以来,卤素和卤-锑系阻燃剂统治整个阻燃剂市场,如十溴联苯醚、四溴双酚A、氯
化石蜡和三氧化二锑等。但是含卤素阻燃材料燃烧时释放出大量烟雾、有毒和腐蚀性卤化氢气体,由于
它们的扩散速度远大于火焰的扩散速度,在火灾中妨碍了人们的撤离和灭火工作,使生命财产遭到严重
损失。在火灾中,造成人员伤亡的主要原因是火灾中的烟气,被动吸入烟气致死的人员比直接烧死的要
多得多,据统计表明,火灾中85%以上的死因与烟气有关,其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷后
而致死的〔1〕。近几年来,欧洲阻燃协会提出了禁用多溴二苯醚的法案,荷兰首先实施,其它国家如德国
开始仿效〔2〕。即使在美国,虽然由于种种原因,卤素阻燃剂仍然在大量使用,但从事本领域的科学家在
他们公开发表的文章中也声称卤素阻燃剂的前景并不光明。多数阻燃剂生产公司都在“两方下赌注”,
在推出含卤阻燃剂的同时,积极开发和生产无卤阻燃剂,全球三家最主要的溴系阻燃剂生产公司
(Albemarle公司、GreatLake公司、DeadSeaBromine公司)也开始转向无卤阻燃剂的开发,并已有商品
供应。这三家最主要的溴系阻燃剂生产公司的转向标志着阻燃剂品种的战略性转变〔3〕。只不过含卤
工艺与设备 建材发展导向２０１３年３月 【文章编号】１６７２—１６７５（２０１３）０５—０１４８—０２ 对层状硅酸盐加工工艺技术的探讨 黄新建 （广西南宁嘉泰水泥制品有限公司广西南宁５３００００） 摘要：层状硅酸盐是自然中分布比较广泛的造岩矿物之一，在促进我国国民经济发展中扮演者不可替代的角色，特 别是在石油化工、环境保护等领域发挥着越来越大的作用。我国的层状硅酸盐矿物比较丰富，但是由于技术、设备等原因， 还不能对其进行高效的利用，所以加强提对层状硅酸盐应用技术的探究，提高我国高层状硅酸盐利用率，具有很高的经济 和社会效益。目前我国科研工作者对层状硅酸盐的研究内容主要集中在聚合物、有机和物质插层三类，下面对这三种硅酸 盐类型以及层状硅酸盐加工工艺做个简单的介绍，为今后的层状硅酸盐的研究提供有价值的参考。 关键词：层状硅酸盐；加工工艺；技术探讨 １插层机理介绍 （１）物理插层法指通过物理扩散作用，使插层中的物质进入 到层状硅酸盐的层间，通过分子间的作用力，比如范德华力使其 结合到一起。它最主要的特点是聚合物之间没有化学键的作用， 纯粹的经过物理扩散作用进入夹层。比如，聚乙二醇、偶氮二甲 酰胺和聚苯乙烯等物质。 当然物理插层也存在一些缺点，在整个过程中所用的溶剂 对环境造成的影响比较大，给后续废物的处理带来困难，除了耗 费工作人员的大量精力外，还会消耗大量的能源，因此，处理过 程对生产设备的要求也就越高。 （２）化学插层 化学插层顾名思义，在聚合物进入黏土层间时需要通过化 学键的作用。在化学键强大作用力下，使进入夹层间的聚合物数 量显著增加，这就增加了层间的间距，甚至还有可能使粘土在聚 合物体系中以单片的形式均匀的分布，形成比较理想的剥离性 纳米插层复合材料。硅酸盐层间的存在大量的一Ｃ＝０、一ＣＯＯＨ和一 ＯＨ等基团，因此和插层剂间就会形成大量的分子建和离子键 等。插层的具体分类如图１所示： 聚合物赢接插屡法｛ 喜 法 单体加聚插层法 ｆ聚合物溶液捕屡法 单体缩聚插层法 图ｌ插层方法分类 ２有机插层柱撑层状硅酸盐 ２．１柱撑层状硅酸盐插层剂介绍 有机插层硅酸盐主要应用有机类物质作为插层剂，比如吡 啶类衍生物、季铵盐和着等物质。这些有机类物质中含有的阳离 子，和层状硅酸盐中的阳离子之间很容易发生交换，并且它们含 有的大分子碳链结构会随着ＮＨ ＋进入夹层之中。较大的立体结 构进入插层之中，就会增加层与层之间的距离，形成比较稳定的 结构不会使其发生坍塌现象。 ・１４８・ 现在用作有机插层剂的物质比较多，比如十八烷基三甲基溴 化铵、十二烷基三甲基溴化铵以及十六烷基三甲基溴化铵等，另 外我国的科研工作者使用偶氮二甲酰胺进行蒙脱土的插层试验， 取得了显著的成效，使层状硅酸盐之间的距离从１．２５ｎｍ提升到 了１．９５ｎｍ。 ２．２有机插层剂的插层效果 有机插层主要通过三种方式进入层状硅酸盐中即：和层板之 间形成氢键、和层板之间由于酸碱性的原因结合、通过范德华力 进行结合。范德华力是分子间的作用力，由于分子间的距离比较 大，使范德华力成为一种关系最弱的键合力。通过对有机层剂和 分层硅酸盐插层试验表明，不同插层剂结构所形成的插层效果也 有着明显的区别。相对来说，有机层剂含有的大分子结构进入层 间会有一定的困难，而含有小分子的有机层剂虽然比较容易进入 层间，但是其柱撑效果比较差，很难不能达到增加层间距的目的。 我国的科研工作者，通过使用十六烷基三甲基溴化铵、十烷 基三甲基溴化铵以及十烷基三甲基溴化铵等有机层剂，对新疆对 新疆吉木萨尔钠基蒙脱石进行插层试验，通过分析试验结果，最 终表明：层间距和插入有机层剂的数量和分子体积之间有着正相 关关系。并且使用十八烷基三甲基溴化铵成功将层间距由１．２ｎｍ 增加到了４．１４ｎｍ。图２所示含有不同碳原子数的有机层剂，对层 间距影响变化曲线： ●， 柏 ３ｓ ３ｏ 一 兰２５ 暑２０ １５ ｌＯ ｓ Ｏ ３ ＩＯ ｌ２ ｌ４ Ｉ６ Ｉｇ ■球子奠 图２不同碳原子数的插层剂插层后其ＸＲＤ测试 。随碳原子的变化曲线 科研工作者通过对高岭石进行插层试验，结果表明试验的顺 法 层 插 理 物
