14.聚合物-层状硅酸盐制备方法详解
14. 聚合物-层状硅酸盐制备方法
④单体溶液插层原位溶液聚合
（1）溶剂小分子和聚合物单体插层 过程ΔS1<0（为啥？？）
溶剂对有机阳离子及单体的溶剂化作用（选择溶剂重要）
溶剂对单体溶剂化作用要大于对有机阳离子的溶剂化作用 （2）原位溶液聚合 ΔS2<0（分子链增长），放热ΔH2<0，
能满足ΔH2<TΔS2<0
聚合反应释放大量的能量，使不断增长的分子链达到插层目 的。 31
44
45
气液阻隔性
46
PET/层状硅酸盐纳米复合材料
47
MMT的预处理方式有两种：
MMT与极性的聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）、聚乙烯
醇（PVA）先共混，再和乙二醇（EA）形成悬浮液
MMT与烷基铵盐插层剂，再和乙二醇（EA）形成悬
浮液。
48
（1）原位聚合
（a）直接酯化法：先将芳香族二元酸和二元醇按比
2
方法2：
直接利用己内酰胺做插层剂。
（1） 单体在水存在的情况下水解，生成6-氨基己 酸；插层进入蒙脱土片层间。 （2）再加入引发剂和己内酰胺在260°C 下，进行 开环聚合。
3
2、聚苯胺与蒙脱土的复合
插层剂：苯胺单体或苯二胺单体
再在过硫酸铵等引发剂作用下，加单体苯胺进行聚合
4
14. 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料 制备方法
（3）小角X射线散射（SAXS） 能观察较大尺度上的结构细节。（几百个nm以上）
（4）扫面电子显微镜（SEM）
观察断口，根据断口的形貌，可以分析黏土在基体中的分布。
38
五、制备实例
39
1、聚酰胺/黏土纳米复合材料
在聚酰胺之中，最重要的品种为尼龙6和尼龙66， 大约 占聚酰胺总量的90%左右。美国尼龙66居多，日本和西欧 尼龙6居多。 其他品种有尼龙46，尼龙69、尼龙610，尼龙612，尼龙 11，尼龙12、无定形尼龙和PPA（对苯二甲酸）等。由于汽
聚合物_层状硅酸盐纳米复合材料制备研究进展_于娜娜
综述专论于娜娜* 朱江兰 乔钰 张丽坤摘要：近年来，聚合物基有机/无机纳米复合材料作为材料科学领域中的一枝新秀，已引起人们的广泛关注，这类材料具有有机和无机材料的特点，并通过两者之间的耦合产生出许多优异的性质，有着广阔的应用前景。
聚合物与蒙脱土插层是制备高性能聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的一种新方法，也是当前材料科学领域的研究热点。
本文从材料结构及性能、制备方法、存在的问题及发展前景等方面较详细地综述了该领域的研究进展情况。
关键词：聚合物；层状硅酸盐；纳米复合材料；蒙脱土。
中图分类号：TB332 文献标志码：A 文章编号：T1672-8114(2011)10-001-05（中北大学化工与环境学院，山西 太原030051）聚合物基纳米复合材料是指由分散相尺寸为纳米级（小于100nm）的超微细分散体系与聚合物复合所得的材料。
分散相分散的程度、分散相与聚合物之间的界面粘接、分散相与基体各自的性质等是纳米复合材料性能的决定因素[1]。
对聚合物/层状硅酸盐（PLS）纳米复合材料来讲，研究制备插层或剥离的纳米复合材料的工艺技术以及影响蒙脱土插层与剥离的主要影响因素是这一领域的首要问题。
笔者主要综述了PLS纳米复合材料的结构、特征、各种制备方法、目前存在的问题及其发展前景。
1 PLS纳米复合材料的结构及特性1.1 PLS纳米复合材料的结构在众多的无机增强体中，层状无机物以其独特的结构及性能得到了广泛的应用，尤其是能够碎裂成纳聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料制备研究进展米尺度的层状硅酸盐（2:1型蒙脱土）。
层状硅酸盐具有两个特殊性能[2]：①能够分散成晶层,得到长径比高达1000的完全分散晶层；②可以通过有机阳离子的离子交换反应来调节层状硅酸盐的表面活性。
因此，多选用层状硅酸盐来制备聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。
在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中，聚合物与硅酸盐片层层层交叠，界面间有不同程度的黏结，可达到分子水平的相容[3]。
聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备和应用
聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备和应用[摘要] 介绍了聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备、性能和应用。
这种复合材料,以离子交换处理过的层状硅酸盐(通常是蒙脱土) 为添加物,通过剥离- 吸附、原位插层聚合和熔融插层等方法制备。
这种新型纳米复合材料添加了含量较低的填充物,其力学性能、热稳定性、阻燃性等都有所提高。
聚合物纳米复合材料展现出极其广阔的应用前景。
[关键词] 纳米复合材料; 层状硅酸盐; 制备纳米复合材料是指分散在聚合物中的粒子至少在一维尺度上为纳米级别的新型复合材料。
根据分散粒子在几维尺度上为纳米尺寸可以区分纳米复合材料的 3 种类型:采用Sol2Gel 法制得球型硅酸盐纳米粒子,在其表面引发聚合得到三维尺度上的复合材料;当二维尺度是纳米级别,第三维较大时,得到被广泛研究作为屈服材料的碳纳米管和纤维晶须增韧纳米复合材料;第三种纳米复合材料指的是仅有一维尺度是纳米级别的材料, 目前研究的重点是层状硅酸盐增强纳米复合材料。
这也是本文讨论的重点。
层状硅酸盐主要来自于粘土矿,因为其储量丰富,价格低廉,易于溶胀、剥离形成纳米片层等优点而被广泛研究。
与纯聚合物相比,层状硅酸盐复合纳米材料的力学、热力学、光学和物理化学等性质显著提高。
作者论述了不同技术制备聚合物/ 层状硅酸盐纳米复合材料及其改良的性能和应用。
1 纳米复合材料的制备1.1 层状硅酸盐的结构制备聚合物/ 层状硅酸盐纳米复合材料所使用的层状硅酸盐,其片层结构如图1[ 1 ] ,是纳米尺度的,包含有三个亚层,在两个硅氧四面体亚层中间加焊一个铝氧八面体亚层,亚层间通过共用氧原子以共价键连接,结合极为坚固。
整个结构片层厚约1nm ,其他方向的尺寸由于硅酸盐的不同从300 埃到几个微米甚至更大。
由于铝氧八面体亚层间的部分铝原子被低价的原子取代,片层间带有负电荷,与游离于层间的钠、钙和镁等阳离子相平衡,这些阳离子具有很高的反应活性,容易与烷基铵等阳离子进行离子交换,有机烷基铵头部的阳离子与层间的阳离子交换,将有机链引进层间并将层状结构撑开生成有机化蒙脱土,从而使层间距增大,有利于聚合物或聚合物单体进入层间。
层状硅酸盐纳米复合材料制备方法
2.1聚合物 溶液插层法 2.2聚合物 乳液插层法 2.3聚合物 熔融插层法
2纳米复合材料制备与加工方法
1、原位插层聚合法
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原位插层聚合法是把适合的单体插层到已改性的层状硅酸 盐中，然后进行聚合反应。 盐中，然后进行聚合反应。这种方法第一步是将层状聚合 物进行改性，改性剂一般有季铵盐、季磷盐等， 物进行改性，改性剂一般有季铵盐、季磷盐等，第二步是 将改性后的层状硅酸盐与单体混合加入到反应釜中进行聚 合反应得到复合材料。 合反应得到复合材料。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。 材料。
3制备与加工方法的发展现状与方向 制备与加工方法的发展现状与方向
1、制备与加工方法的发展现状 、
原位插层聚合法是最早采用的方法 插层聚合法是最早采用的方法， 1987年由 1.1 原位插层聚合法是最早采用的方法，在1987年由
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Fukushim发明并第一次制得了聚合物/ Fukushim发明并第一次制得了聚合物/层状硅酸盐纳米复合 发明并第一次制得了聚合物 材料，这种方法首先需要合适的溶剂， 材料，这种方法首先需要合适的溶剂，其次需要对层状硅酸 盐进行插层改性。 盐进行插层改性。由于层状硅酸盐在聚合物单体的分散效果 较差，而且废弃的溶剂还会污染环境， 较差，而且废弃的溶剂还会污染环境，因此工业化前景较差 。
2纳米复合材料制备与加工方法
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2、聚合物 、 插层法 2.1聚合物 溶液插层 2.2聚合物 熔融插层 2.3聚合物 乳液插层
2纳米复合材料制备与加工方法
2.1聚合物溶液插层法 2.1聚合物溶液插层法
聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备和应用
聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备和应用[摘要] 介绍了聚合物层状硅酸盐纳米复合材料的制备、性能和应用。
这种复合材料,以离子交换处理过的层状硅酸盐(通常是蒙脱土) 为添加物,通过剥离- 吸附、原位插层聚合和熔融插层等方法制备。
这种新型纳米复合材料添加了含量较低的填充物,其力学性能、热稳定性、阻燃性等都有所提高。
聚合物纳米复合材料展现出极其广阔的应用前景。
[关键词] 纳米复合材料; 层状硅酸盐; 制备纳米复合材料是指分散在聚合物中的粒子至少在一维尺度上为纳米级别的新型复合材料。
根据分散粒子在几维尺度上为纳米尺寸可以区分纳米复合材料的 3 种类型:采用Sol2Gel 法制得球型硅酸盐纳米粒子,在其表面引发聚合得到三维尺度上的复合材料;当二维尺度是纳米级别,第三维较大时,得到被广泛研究作为屈服材料的碳纳米管和纤维晶须增韧纳米复合材料;第三种纳米复合材料指的是仅有一维尺度是纳米级别的材料, 目前研究的重点是层状硅酸盐增强纳米复合材料。
这也是本文讨论的重点。
层状硅酸盐主要来自于粘土矿,因为其储量丰富,价格低廉,易于溶胀、剥离形成纳米片层等优点而被广泛研究。
与纯聚合物相比,层状硅酸盐复合纳米材料的力学、热力学、光学和物理化学等性质显著提高。
作者论述了不同技术制备聚合物/ 层状硅酸盐纳米复合材料及其改良的性能和应用。
1 纳米复合材料的制备1.1 层状硅酸盐的结构制备聚合物/ 层状硅酸盐纳米复合材料所使用的层状硅酸盐,其片层结构如图1[ 1 ] ,是纳米尺度的,包含有三个亚层,在两个硅氧四面体亚层中间加焊一个铝氧八面体亚层,亚层间通过共用氧原子以共价键连接,结合极为坚固。
整个结构片层厚约1nm ,其他方向的尺寸由于硅酸盐的不同从300 埃到几个微米甚至更大。
由于铝氧八面体亚层间的部分铝原子被低价的原子取代,片层间带有负电荷,与游离于层间的钠、钙和镁等阳离子相平衡,这些阳离子具有很高的反应活性,容易与烷基铵等阳离子进行离子交换,有机烷基铵头部的阳离子与层间的阳离子交换,将有机链引进层间并将层状结构撑开生成有机化蒙脱土,从而使层间距增大,有利于聚合物或聚合物单体进入层间。
生产聚烯烃纳米复合材料用的功能化有机层状硅酸盐的制备方法
生产聚烯烃纳米复合材料用的功能化有机层状硅酸盐的
制备方法
一、引言
功能化有机层状硅酸盐（Organic modified layered silicates，OMLS）在复合材料领域具有广泛的应用前景。
其中，OMLS与聚烯烃复合材料的结合可以大幅提升复合材料的力学性能、耐热性能和阻燃性能等方面。
因此，制备高质量的OMLS是实现高性能聚烯烃纳米复合材料的关键步骤。
二、制备方法
1.原料准备
（1）硅酸盐层状粘土：蒙脱土（Montmorillonite，MMT）是常用的硅酸盐层状粘土之一，其晶体结构具有明显的层状结构。
本实验采用Na-MMT作为原料。
（2）有机交联剂：本实验采用十六烷基三甲氧基硅烷
（C16H33Si(OCH3)3）作为有机交联剂。
（3）反应溶剂：本实验采用正己烷作为反应溶剂。
2.制备步骤
（1）将Na-MMT加入正己烷中，并在搅拌下混匀。
（2）将C16H33Si(OCH3)3加入Na-MMT/正己烷混合物中，并在搅
拌下混匀。
（3）将反应体系在常压下回流反应2小时，使Na-MMT与
C16H33Si(OCH3)3充分交联。
（4）将反应产物离心分离，并用正己烷洗涤多次，以去除未反应的原料和副产物。
（5）将洗涤后的产物放入真空干燥箱中干燥24小时。
三、结论
本实验采用Na-MMT和十六烷基三甲氧基硅烷为原料，通过溶剂交联法制备了高质量的OMLS。
该方法简单易行，操作方便，能够得到高
纯度、高稳定性的OMLS。
该OMLS可用于生产聚烯烃纳米复合材料，具有广泛的应用前景。
制备硅酸盐的方法
制备硅酸盐的方法
一、材料准备
硅石粉：无机试剂级别，硅石粉的颗粒应小于等于75微米。
硝酸：无机试剂级别，应清洁无杂质。
醋酸：无机试剂级别，应清洁无气味。
二、实验步骤
1. 将硝酸和醋酸混合在一起，比例为1:1。
2. 将硅石粉放入上述混合液中，搅拌均匀。
3. 用煤气煤炉加热混合物，调节温度，使混合物放热反应，放热量不能太大，最好在60℃以下进行。
4. 控制放热量，调节加热的温度，当反应液凝固成糊状，即表明反应完成。
5. 将反应液放入容器中，冷却到室温，将反应液过滤，将滤渣冲洗干净，得到硅酸盐晶体。
6. 将晶体放入干燥箱中，用低温加热操作，可以得到硅酸盐粉末。
三、注意事项
1. 硅石粉的颗粒应该小于等于75微米，否则可能会影响反应完成的速度。
2. 混合液的比例应该为1:1，否则可能影响反应的积累效果。
3. 加热过程中应控制放热量，不要太大，应尽量保持在60℃以下，否则可能会降低反应的准确度。
4. 冷却过程中应慢慢手动冷却，不要突然冷却，否则可能会影响晶体的晶体结构。
硅酸盐制备与性能表征研究
硅酸盐制备与性能表征研究一、前言硅酸盐是广泛应用于建筑材料、电子、陶瓷及生物医药等领域的重要材料之一，其制备方法和性能表征一直是材料领域的热门研究方向。
本文将重点阐述硅酸盐制备方法及其性能表征过程。
二、硅酸盐制备方法硅酸盐的制备方法主要分为水热法、溶胶–凝胶法、熔融法等多种方法，下面将分别进行介绍。
1. 水热法水热法是将硅源、碱源和水在高温、高压条件下反应合成硅酸盐材料的制备方法。
其中，硅源可以是硅酸、硅酸酯、硅酸钠等，碱源可以是氢氧化钠、氢氧化铵等，反应温度和压力一般在100-200℃和0.1-2.0 MPa之间。
水热法制备的硅酸盐材料孔径、比表面积、晶相等性能良好，但是反应时间长，制备成本较高。
2. 溶胶–凝胶法溶胶-凝胶法是通过在水或溶剂中制备含硅、含铝的溶液，经过凝胶化、干燥和煅烧而获得硅酸盐材料。
其中，硅源可以是硅酸、硅酸酯等无机硅化合物，也可以是有机硅化合物，如硅醇、硅烷等。
溶胶-凝胶法的工艺简单，生产成本低，制备的硅酸盐材料孔径大小可控，但是比表面积较小，强度较小。
3. 熔融法熔融法是将硅源、碱源、助熔剂和其他添加剂加热到较高温度，使其熔融后制备硅酸盐材料。
其中，硅源可以是二氧化硅、硅烷等硅化合物，碱源可以是氢氧化钠、氢氧化铝、碱性盐等，助熔剂可选用氟化钙、碳酸钠等。
熔融法制备的硅酸盐材料比表面积和孔径不如水热法和溶胶凝胶法制备的硅酸盐材料，但热稳定性、耐磨性能较好。
三、硅酸盐性能表征硅酸盐材料具有多种性能，如晶体结构、孔结构、比表面积、热稳定性等，下面将分别阐述其中一些性能的表征方法。
1. 晶体结构晶体结构是硅酸盐材料的重要性能之一，X射线衍射是其最基本的结构表征方法。
通过测量晶体材料对X射线的衍射图案，可以得到晶体晶格参数和结构类型，了解硅酸盐材料的结晶度和晶体结构信息。
2. 孔结构孔结构是硅酸盐材料重要的孔隙性能之一，比表面积、孔径和孔容率都是考察孔结构的重要指标。
可通过低温氮气吸附实验结合BJH法、DFT等方法进行测试。
_聚丙烯-层状硅酸盐纳米复合材料的制备、结构和性能
聚丙烯/层状硅酸盐纳米复合材料的制备、结构和性能谢少波1,2,张世民1＊(1.中国科学院化学研究所分子科学中心工程塑料国家重点实验室,北京 100080;2.中国科学院研究生院,北京 100039) 摘要:聚丙烯/层状硅酸盐纳米复合材料可通过丙烯单体插层聚合、聚丙烯溶液插层和聚丙烯熔融插层等方法制备,得到插层型或剥离型纳米复合材料,形成了与传统填充型聚合物复合材料不同的微观结构,其机械性能、热性能、阻隔性能和流变性能等明显提高。
由于聚丙烯的非极性及层状硅酸盐纳米复合材料制备方法的特殊性,该研究具有一定的理论价值。
关键词:黏土;层状硅酸盐;聚丙烯/层状硅酸盐纳米复合材料1 概述聚丙烯(PP)是一类应用广泛的通用型聚烯烃塑料,且产量极大。
为了提高聚丙烯在应用中的竞争力,就必须使聚丙烯同时具有更高的尺寸稳定性、热变形温度、刚度、强度、阻隔性和低温冲击性能,而同时还不降低其易加工性能,因而采用熔融加工方法制备填充型的聚丙烯复合材料备受关注,通常使用的填料包括微米尺寸的玻璃纤维、CaCO3、SiO2云母和滑石粉等。
大的长径比或径厚比(即各向异性)的填料在树脂增强中特别有效,而纳米技术的发展使得制备多种具有各向异性的纳米材料成为现实,因此近年来采用纳米粒子增强增韧已经形成聚丙烯改性的热点课题。
但由于纳米粒子巨大的表面积和强大的粒子间相互作用使得填料极易团聚结块难以分散,难以直接将纳米粒子与聚丙烯基体形成纳米复合材料。
最近几年,人们又企图通过聚合或聚合物加工的方法原位生成均匀分散的具有高的长径比(或径厚比)和良好的界面粘接的各向异性纳米粒子来增强增韧聚合物材料,广泛应用的无机填料是层状硅酸盐(layered silicate),其结构单元的厚度约0.95nm,在形成的复合材料中纳米粒子的长径比可达到100～1000[1]。
目前研究较多并具有实际应用前景的层状硅酸盐是2:1型黏土矿物,如蒙脱石(montmorillonite),锂皂石(hectorite)和海泡石(sepiolite)等。
硅酸盐聚合物
硅酸盐聚合物引言硅酸盐聚合物是一种重要的无机聚合物，广泛应用于材料科学和化学工程领域。
其独特的化学结构和性质使其在各个领域具有广泛的应用前景。
本文将详细介绍硅酸盐聚合物的定义、制备方法、性质和应用。
硅酸盐聚合物的定义硅酸盐聚合物是由硅氧键连接的硅酸盐基团构成的聚合材料。
硅酸盐聚合物的基本结构单位是四面体硅氧四键，构成了硅酸盐聚合物的无限聚合网络。
硅酸盐聚合物常见的形式包括水合硅酸盐、无水硅酸盐和有机改性硅酸盐等。
硅酸盐聚合物的制备方法碱熔法制备硅酸盐聚合物1.配制碱熔液：将适量的碳酸盐和碱溶液混合，调节pH值。
2.加入硅源：将硅源逐渐加入碱熔液中，搅拌混合均匀。
3.沉淀析出：将制得的混合物加入水中，产生沉淀。
4.洗涤干燥：反复用水洗涤沉淀，然后在低温下干燥得到硅酸盐聚合物。
溶胶-凝胶法制备硅酸盐聚合物1.溶解物质：将硅源和溶剂混合，形成溶胶。
2.凝胶化：通过调节溶胶的pH值、温度等参数，使其发生凝胶化反应。
3.干燥固化：将凝胶进行干燥和煅烧，得到硅酸盐聚合物。
硅酸盐聚合物的性质硅酸盐聚合物具有多种重要性质，包括物理性质和化学性质。
物理性质1.结构稳定性：硅酸盐聚合物具有良好的热稳定性和化学稳定性。
2.导热性：硅酸盐聚合物具有较好的导热性能，适用于热传导材料的应用。
3.机械性能：硅酸盐聚合物具有较高的硬度和强度，可用于制备高强度材料。
化学性质1.酸碱稳定性：硅酸盐聚合物对酸碱具有较好的稳定性，可用于酸性或碱性环境中。
2.水解性：硅酸盐聚合物在潮湿环境下容易发生水解反应，降低其稳定性。
3.有机改性：通过有机改性，可以改变硅酸盐聚合物的亲水性和亲油性，扩展其应用领域。
硅酸盐聚合物的应用硅酸盐聚合物由于其优异的性质，在多个领域有广泛应用。
材料科学领域1.高温陶瓷材料：硅酸盐聚合物可以用于制备高温陶瓷材料，具有优异的热稳定性和机械性能。
2.碳纤维增强复合材料：硅酸盐聚合物与碳纤维的结合可提高复合材料的力学性能和耐热性能。
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(1) 尼龙6与蒙脱土的复合
(2) 聚苯胺与蒙脱土的复合
1
1、尼龙6与蒙脱土的复合方法
方法1： a、插层剂膨胀化处理（氨基酸）； b、单体插层，原位聚合反应。 钠基MMT置于去离子水中搅拌使之均匀分散，同时加入 插层剂（氨基酸）制备o-MMT，再将o-MMT与单体熔融混 合，加入引发剂在260°C 下进行开环聚合制得PA6/o-MMT 纳米复合材料。
22
例：单体插层自由基原位聚合制备纳米复合材料
②原位聚合这一过程，单体聚合成高分子，同时由于聚
合物在蒙脱土层间受限，因而整个体系的熵值减少。
这样就同样必须满足ΔH<TΔS<0。其中ΔH应该包括
聚合物热、高分子链与蒙脱土的相互作用及蒙脱土的晶
格能。
可见，聚合物单体及分子链与硅酸盐片层之间的相 互作用越强，则纳米复合材料的制备就越容易。
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（1）等温过程
对于等温过程，关系如下：
ΔG=ΔH-T·ΔS，要使ΔG<0，
则需满足以下关系
ΔH<T·ΔS
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ΔH<T·ΔS？？？？
放热过程： （a）ΔH<0，且ΔS>0；
（b）ΔH<TΔS<0。 吸热过程： （c）0<ΔH<TΔS 关键因素：ΔH 体积保持不变，所以： |ΔH|在数值上等于内能（ΔE），即关键是聚合 物与黏土片层之间的相互作用。
境的污染，因而具有很大的应用前景。 PP、PE等热塑性塑料均可用熔融插层法制备其与MMT的纳 米复合材料。
17
插层聚合制备PLS纳米复合材料示意图
溶液插层制备PLS纳米复合材料示意图
熔融插层制备PLS纳米复合材料示意图
18
三、插层过程的理论分析
聚合物大分子链对黏土的插层及层间的膨 胀过程是否能够进行，取决于什么？？ 插层过程热力学分析： 取决于整个系统的热力学函数的变化： ΔG是否小于0 只有当ΔG<0时，此过程才能自发进行。
起始：无规线团构象 终结：转变为受限的准二维空间的受限链构象
所以ΔS<0。
链的柔顺性越大，导致ΔS的负值越大。 自发的进行，必须按照放热过程（b）进行，满足 ΔH<TΔS<0
26
ΔH<TΔS<0 因此，此过程由焓变决定
大分子链与有机黏土之间的相互作用程度是决定插层成功与 否的关键因素。 两者之间的相互作用必须强于两个组分自身的内聚作用。 相互作用产生的焓变补偿插层过程中聚合物分子链熵的损失 另外，ΔS<0，升高温度不利于插层过程的进行。应尽量选择 在仅略高于聚合物软化点的温度下制备纳米复合材料。
研究工作异常活跃。
6
存在几个方面的问题
最初研究存在几个方面的问题： ①单体进入层间困难； ②聚合物和黏土片层结合力弱； ③溶液插层时层间距增加很少； ④MMT在PE中分散不理想， 大多数片层并不是单一分散， 而是溶胀层堆积在一起。
7
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料（PLSN） 制备方法
思路：
天然MMT是亲水的，而大多数聚合物是疏水的，两者
12
二、聚合物插层法
①聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合 ②利用动力学或者热力学作用使层状硅酸盐
剥离成纳米尺度的片层
③纳米片层均匀分散在聚合物基体中。
13
聚合物插层法
分为两种 溶液插层 熔融插层
14
溶液插层：
①聚合物分子链在溶液中借助溶剂作用插
层进入MMT的层间；
②再挥发掉溶剂。
需要合适的溶剂来同时溶解聚合物和分散MMT，而 且大量溶剂不易于回收，对环境不利。 目前能较好的用于溶液插层的聚合物大多数为极性
2
方法2：
直接利用己内酰胺做插层剂。
（1） 单体在水存在的情况下水解，生成6-氨基 己酸；插层进入蒙脱土片层间。 （2）再加入引发剂和己内酰胺在260°C 下，进 行开环聚合。
3
2、聚苯胺与蒙脱土的复合
插层剂：苯胺单体或苯二胺单体
再在过硫酸铵等引发剂作用下，加单体苯胺进行聚合
4
14. 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料 制备方法
之间缺乏亲和力，难以混合均匀。 ① 要进行有机化处理，呈亲油性; ②再进一步与单体或聚合物熔体（溶液）反应; ③与单体聚合或聚合物熔体（溶液）混合的过程中剥离
为纳米尺寸的层状结构
④均匀分散于聚合物基体中，从而形成纳米级复合材料。
8
9
插层方式
单体 聚合物
插层聚合法 聚合物插层
10
一、 插层聚合法（intercalation polymerization）
23
（2）插层方式的热力学分析
大分子熔体直接插层 大分子溶液直接插层 单体熔融插层原位本体聚合
单体溶液插层原位溶液聚合
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①大分子熔体直接插层
• 工艺流程
热塑性树脂 熔融机械混合 退火处理 纳米复合材料
有机黏土
起始状态：聚合物熔体和有机黏土 终结状态：纳米复合材料
25
插入层间的高分子链状态：
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例：单体插层自由基原位聚合制备纳米复合材料
分析： 该过程分为两个步骤
单体插层 原位聚合
①单体插入蒙脱土片层之间，受到约束，并使层间
距增大，整个体系的熵变为负值。
因此若要满足ΔH<T·ΔS，则必须满足ΔH<TΔS<0。
也就是说聚合物单体与蒙脱土之间应该有强烈的相互作 用，放出的热量足以补偿体系熵值的减小。
①单体分散、插层进入层状硅酸盐片层
②原位聚合
③聚合放热，克服硅酸盐片层间的库伦力，剥离层状硅酸盐
④硅酸盐片层与聚合物基体以纳米尺度相复合
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插层聚合法可分为 本体插层聚合 溶液插层聚合
例： PP/MMT的溶液插层聚合： ①首先烷基铵盐将黏土有机化， ②然后在有机黏土表面负载PP聚合的催化剂Ziegler-Natta 催化剂； ③用正庚烷为溶剂，进行溶液原位插层聚合。
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日本丰田研究院报到了用插层聚合方法制备了尼龙
/MMT纳米复合材料，实现了无机纳米相的均匀分散，层间
距达到20nm，且无机相和有机相间发生强界面作用和自组装。
和常规的尼龙/MMT填充复合材料相比，拉伸强度、
弹性模量、热变形温度提高了近一倍，吸水率、热膨胀系数
大大变小。
由此引起了世界对聚合物纳米复合材料的特别关注，
聚合物。如尼龙、聚酰亚胺和聚氨酯等。
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熔融插层:
使聚合物在高于其软化温度下加热，在 静止条件或剪切力作用下直接插层进入
MMT层间。ຫໍສະໝຸດ 16实验表明不同方法得到的微结构是否相同？？？？ 聚合物熔融插层、聚合物溶液插层和单体聚合插层所
得到的复合材料具有相同的结构。
哪种方法简便？
熔融插层没有使用溶剂，工艺简单，并且可以减少对环