13.聚合物纳米复合材料(一)详解

（0维纳米复合材料）
聚合物/纳米纤维纳米复合材料
（1维纳米复合材料）
聚合物/层状化合物纳米复合材料
（2维纳米复合材料）
最早的纳米塑料应用
1991年日本丰田中央研究院和日本宇部兴产公司
（尼龙树脂厂）联合开发的纳米尼龙6，作为汽车
定时器罩，从此拉开了纳米塑料快速发展的序幕。 问 题 （1）这种纳米塑料的填料是什么？ （2）有什么特性？ （3）如何实现聚合物的复合？
自然界中，层状结构无机矿物有：
天然的铝硅酸盐，如高岭土、蒙脱土、伊利石、
பைடு நூலகம்
海泡石、凹凸棒石、绿泥石等；
利用人工合成的方法也可制得具有层状结构的硅酸
盐。
2. 层状无机物的种类
石墨 天然层状硅酸盐，如：滑石，云母，黏土（高岭土， 蒙托土及泥质石等）和纤蛇纹石，蛏石等； 人工合成硅酸盐、云母，如：层状沸石，锂蒙托石 和氟锂蒙脱石等 层状金属氧化物，如：V2O5，MoO3，WO3等 其它无机物，如：一些过渡金属二硫化物，硫代亚 磷酸盐，磷酸盐，金属卤化物等。
蒙脱石原料药除用于制剂外还用于药物合成以及作为辅 料用于缓释制剂。
聚合物/蒙脱石复合材料
蒙脱土也简称黏土，所以蒙脱石、蒙脱土、黏土都
是指一个意思，都是可剥离的层状硅酸盐。
聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料（polymer/layered
silicate nanocomposites )、聚合物/蒙脱石纳米复合材
由于蒙脱石的特殊结构，使得它在合成插层材料上具 有很多优势。
如何制备插层复合材料？
蒙脱土硅酸盐片层及片层之间的坑道都是亲水而疏 油的，与多数聚合物及其单体相容性很小。 如何更好更经济的使黏土类矿物如蒙脱石剥离成 纳米级片层状颗粒；
3. 什么是蒙脱土？
蒙脱土（montmorillonite）是由膨润土提纯加工而得。 膨润土：是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土矿，其蒙脱石 含量为40%~90%，还含有少量高岭石、水铝英石、绿泥石、 蛋白石、云母等矿物质。膨润土的性能与蒙脱石含量有关， 含蒙脱石越多，其性能越优越。
蒙脱石的药用价值
料（polymer/monotmorillonnite nanocomposites)都
是指一个意思，可以计为PLSNs。
蒙脱土的物理性质
白色，有时为浅灰、粉红、浅绿色 鳞片状（001）解理完全，硬度2.3 密度2~2.7g/cm3 很柔软，有滑感，加水膨胀，体积能增加几倍，并变 成糊状物 具有很强的吸附力及阳离子交换能力 （药物：腹泻药----思密达）
蒙脱石（montmorillonite）在美国药典、英国药典及欧 洲药典等药典中均有收载； 无臭，有轻微的土味，无刺激性，对神经、呼吸及心血 管系统没有影响，具有良好的吸附能力、阳离子交换能 力和吸水膨胀能力； 对大肠杆菌、霍乱弧菌、空肠弯曲菌、金黄色葡萄球菌 和轮状病毒以及胆盐都有较好的吸附作用，对细菌毒素 也有固定作用，止泻迅速，因此其制剂广泛应用于临床；
4. 蒙脱土的结构特点
化学组成及结构：Al2O3· 4SiO2· 3H2O
理论上：Al2O3 25.3%、SiO2 66.7%、H2O 5%
实际化学成分比较复杂。
两层硅氧四面体与其间的铝氧八面体、构成2：1型结构。 层内Si4+、Al3+易于Mg2+等交换，负电荷； 层间吸附可交换的阳离子、层间具有水分子。
常见层状硅酸盐
高岭土 滑石粉 云母
5. 层状硅酸盐改性
1987年日本丰田中央研究院报道了用插层聚合方法制 得尼龙6/蒙脱土纳米复合材料。 1991年日本丰田中央研究院和日本宇部兴产公司（尼 龙树脂厂）联合开发纳米尼龙6，作为汽车定时器罩。
由于材料所表现出得优异力学、物理性能，此后研制 出环氧树脂、不饱和聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯、聚氨 酯等一系列热固性和热塑性树脂为基的黏土纳米复合 材料。
13. 纳米塑料
----蒙脱土
PM 2.5
• 大气中粒径小于或等于2μm （有时用小于2.5μm，即PM2.5）的颗 粒物。
7 µm
PM 2.5
13.1
聚合物纳米复合材料简介
聚合物基纳米复合材料 是以聚合物为基体，与金属粒子、无机非金属粒 子或片层以及有机物等进行纳米级复合而得到的一种 性能优异的材料。
13.2 尼龙6/层状硅酸盐纳米复合材料
Polymer/Layered Silicate Nanocomposites
13.2.1 层状硅酸盐
什么是层状硅酸盐？
层状硅酸盐有哪些？ 层状硅酸盐有什么样的特征？
1. 层状硅酸盐黏土材料
层状硅酸盐黏土 ——天然的纳米结构：片层尺度为纳米级
13.1
聚合物纳米复合材料简介
聚合物纳米复合材料的要素
聚合物基体、纳米基元（分散相）、纳米基元在基体 中的纳米尺寸分散。 纳米分散相
可以是各向同性的粒子、各向异性的纳米针、纤维状
纳米管、纳米线、层状纳米增强基元等。 分散相尺寸至少有一维小于100纳米的复合材料。
聚合物基纳米复合材料分类
聚合物/无机颗粒纳米复合材料
水分子层数越多，层间距越大。
层间状态：
层间有水、阳离子Na+，Ca2+等
八面体空隙中的Al3+常被低价态的Fe2+、Mg 2+置换，而四面 体中的Si4+常被Al3+置换。
这一特点导致结构层产生多余的负电。因此结构层间除含
水外，还存在半径大的阳离子； 同时这些阳离子是可交换的，使蒙脱土具有离子交换性、 吸水性、膨胀性、触变性、黏结性、吸附性等一系列很有价 值的特性。
蒙脱土层状硅酸盐资源及其分布
根据膨润土组成成分及蒙脱土含量，分为三类： 第一类MMT含量高于50%,刘房子、九台青等地样品 （高档产品） 第二类MMT含量50%以上，但含颗粒物粒径大（冶 金、钻井泥浆、烟草） 第三类MMT含量低于50%，细粒径颗粒物含量小于 20% 分布： 资源丰富，分布广。世界总储量25亿吨，美、俄、 中占世界的3/4。钙基MMT占70%，钠基不足5亿 吨。总体来说，用量最大的优质钠基MMT十分短 缺。 我们国家90%钙基MMT，集中在东北三省、新疆、 甘肃、广西。