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。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）。

制备：插层复合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两种方式。聚合物插层法又可分为聚合物溶液插层、聚合物熔融插层、聚合物乳液插层三种。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。

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。在氮气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（MMT），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的层状硅酸盐混合，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。

聚合物/蒙脱土纳米复合材料的应用及使用性能：

聚合物/MMT材料具有一般工程塑料所不具备的优异性能，属于高科技新型材料。

应用情况

1.工程塑料领域：中国科学院化学研究所与成都正光科技股份有限公司合作研制成功的纳

米PP管材是采用插层复合技术来制备，将有机蒙脱土经处理，用熔融插层方法，以纳米尺寸均匀分散在聚丙烯基体中而形成PP/蒙脱土纳米复合材料。使用该管材专用料比现有的PP-R管材专用料具有更好的抗拉伸、抗冲击、抗蠕变开裂、抗收缩性及耐热、卫生环保等性能。

2.阻隔领域：中国科学院化学研究所工程塑料国家重点实验室1995年在国家自然基金委

资助下开展了纳米复合材料的研究，用天然丰产的蒙脱土层状硅酸盐作为无机分散相，发明了一步法制备PA6/蒙脱土纳米复合材料，该复合材料与PA6比较具有高强度、高模量、高耐热性、阻隔性能好，并且具有良好的加工性能，可用于汽车的各种部件、办公室设备、电子电器零件及日用品。

3.纺丝领域：天津石化公司化纤厂开发的纳米级远外涤纶短纤维已面市，并进入美国市场。

目前，中国台湾中石化公司已在苗栗投入纳米聚酰胺纤维工厂的建造，中国台湾工研院把纳米尺寸的蒙脱土黏土与聚酰胺纤维切片混合制成的纳米聚酰胺纤维。经机能和染色测试、纳米聚酰胺纤维加工方便，未来可用于制作外套、休闲衣料、内衣裤和丝袜产品等。与市场销售的远红外线聚酰胺纤维织物相比，纳米聚酰胺纤维织物散发的远红外线辐射更强，且能够抗紫外线、成本低。

4.阻燃领域：中科院化学研究所研究开发的PE/蒙脱土纳米复合材料发现随着纳米蒙脱土

含量的增加，PE的热分解速率和最大热释放速率都明显下降，这对材料应用中的火灾安全性有重要意义。武汉石化厂研究所与华中科技大学一起开发出了纳米阻燃聚丙烯复合材料，该材料不仅可阻燃，还能增强增韧。

总的来说，上述的这些特点使聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有更为广阔的应用前景。聚合物/蒙脱土纳米复合材料在国内的市场还在慢慢研究和开发