聚合物基纳米复合材料

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安徽建筑大学 材料与化 学工程学院
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总结
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高分子纳米复合材料的纳米材料中重要的一种，它的特点是纳米粒子分散相弥散于高 分子基质中，因而表现出不同于一般高分子-高分子、高分子-无机物所构成的复合材料 所具有的性质。高分子纳米复合材料的发现和发展，开辟了一个高分子复合材料新的 研究和发展领域。其市场容量很大，已在建材、汽车配件、航空航天等方面得到应用。 高分子纳米复合材料制备的关键是纳米微粒在高分子基质中的均匀分散，人们研究出 了多种制备方法来解决此问题，但还有诸多问题需要进一步研究。
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优点
主要优点：塑料增强和增韧
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无机纳米粒子具有较大的比表面积和表面能，且有刚性 聚合物基体加入纳米粉体，耐冲击强度、拉伸强度、热 变形温度都有较大幅度提高

粒径10nm的TiO2粉与PP熔融共混复合，冲击强度提高40%，弯曲模量 提高20%，热变形温度提高70% 5wt%的纳米粒子SiC/Si3N4与LDPE熔融共混复合，冲击强度和拉伸强 度提高一倍。

分 类

纳米粒子作结构单元：0-0复合型、0-2复合型、0-3复合型 纳米丝作结构单元：1-2复合型和1-3复合型 纳米膜为结构单元：2-3复合型 多层纳米复合材料、介孔纳米复合材料等
复合材料：
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无机纳米粒子改性塑料的最大优点：可同时提高冲击强度和拉伸强度、模量和热变形温度
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进展
聚合物嵌入无机物基体
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聚合物并非基体，分为高分子添加剂改性无机材料性能以及无机材料为 基体发挥有机添加材料功能两种类型。
来自百度文库
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刚性无机基体 熔点较高，需 特殊工艺制备 膜板复合：用具有纳米尺度内部空间的无机材料为膜板， 将单体小分子扩散到内部原位聚合形成复合物，或聚合 物熔融、溶解物进入内部纳米级空间 溶胶-凝胶法：制备有机-无机互穿网络型复合材料，有 机材料占较小比重，构成分散相



无机纳米粒子作为塑料的非弹性体增韧剂受到越来越多的重视 无机纳米粒子：CaCO3、MgCO3、SiO2、TiO2等 几乎所有的热塑性树脂（通用塑料和工程塑料）都可用无机纳米粒 子改性，提高力学性能、加工性能和尺寸稳定性
纳米SiO2改性PMMA，拉伸强度提高10倍 PVC/CPE中加入5%-12% CaCO3纳米微粒，缺口冲击强度提高1倍
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图例
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F117A“蝙蝠侠”隐形轰炸机
F22“猛禽”隐形轰炸机
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进展
LB膜复合法
利用分子在界面间的相互作用，人为建立的特 殊分子有序体，是分子水平上的有序组装体 先形成复合有可溶性金属离子的单层或多层LB膜，再与H2S反应形成均匀分 散在基体中的不溶硫化物纳米微粒，构成有机-无机复合型LB膜； 以纳米微粒的水溶胶作为亚相，通过静电吸附，在气液界面上形成复合膜， 再转移为单层或多层复合有纳米微粒的LB膜； 在水面上分散由表面活性剂稳定的纳米微粒，在制备LB膜的过程中直接进入 膜内，得到纳米微粒单层膜。
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进展
分子自组装的制备 依据静电相互作用，带荷电的基板自动吸附离子化合 物，然后聚阴 离子、聚阳离子交替吸附构成聚阴离子-聚阳离子多 层复合有机薄膜 自组装膜中层与层之间由强烈的互相作用力，膜的稳定性很好，制备过程重 关键字 现性较高； 制备了聚电解质-聚电解质、聚电解质-黏土类片状无机物、聚电解质-无机纳 米颗粒、聚电解质-生物大分子等多种高分子纳米复合膜； 自组装可有效地控制有机分子、无机分子的有序排列，形成单层或多层相同 论文就是用来进 或不同组分的复合结构，多层膜的每层厚可控制在分子级水平； 行科学研究和描 关键字 在气体分离、保护性涂层、非线性光学设备、增强无机材料生物相容性等方 述科研成果的文 面有广阔的应用前景。 章
聚合物基纳米复合材料
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定义
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进展
总结
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聚合物基纳米复合材料：各种纳米单元与有机聚合物以各种方式复合制成的复 合材料，只要其中某一组成相至少有一维的尺寸处在纳米尺度的范围内。
纳米粉末与高分子粉末、高分子膜、高分子形体材料复合
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进展
模板合成法
利用基质材料结构中的空隙作为模板合成纳米复合材 料
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可为多孔玻璃、分子筛、大孔离子交换树脂等，对于高分子纳米 复合材料的制备，较多使用聚合物网眼限域复合法。 离子交换法：共聚或离子化使高分子链上含可电离基团（一般为硫酸基团或羧 酸基团），通过离子交换与无机纳米微粒某元素形成离子键，将无机离子交换 到聚合物网络，还原金属离子，原位生成金属纳米粒子； 配位络合法：高分子骨架上的配位基团与过渡金属阳离子形成配位键，金属离 子被吸附在高分子基体材料中，再经过化学转换，成为金属或金属氧化物纳米 粒子。