高分子纳米复合材料介绍

•个人见解
纳米CaCO3粒子的加入对PS分子链的影响是两方 面的：一方面，纳米CaCO3的加入，增加了PS链 与链间的自由体积；另一方面，纳米CaCO3粒子 对其之间的PS分子链起到了加速松弛作用。这两 种因素不相互对立，而是各自独立，共同促进了 分子链的松弛，只是方式的不同。
纳米CaCO3粒子对PS分子链松弛的加速效果取决 于纳米粒子在其中的分散程度。当加入纳米碳酸 钙之后，PS分子链的松弛速率加快，但加快的程 度取决于纳米粒子在基体中的分散程度。
例如，李谷等对PS/纳米CaCO3复合材料玻璃化 转变及物理老化研究发现，少量的纳米CaCO3粒 子对PS基体的分子链锻松弛行动有促进作用，并 且随着纳米CaCO3质量分数的增加而有不同程度 的下降。
卢红斌等对层状硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料在 受限环境下松弛行为的研究得出了三种松弛模型 。认为，与硅酸盐片层相连的链段松弛速率最低 ，而在层与层之间的部分松弛速率最快。其他区 域的链段松弛速率则与纯PS时的相同。当聚合物 与硅酸盐片层以弱的作用力（比如物理吸附）结 合时其链段松弛速率最低。当聚合物嫁接到硅酸 盐固体表面时，松弛速率最快。也即是，当聚合 物链与纳米粒子结合时，这部分的链段松弛速率 会大大增加。
等。
•防老化
强度大、模量高
阻隔性能——对于插层纳米复合材料，聚合 物分子链进入到层状无机纳米材料片层之间 ，分子链运动受到限制，而显著提高了复合 材料的耐热性和材料的尺寸稳定性。层状物 极纳米材料在二维方向阻隔各种气体的渗透 ，从而达到良好的阻燃、气密作用。
源自文库
纳米复合材料有诸多先进性，但体系一旦发 生相分离，即纳米微粒发生团聚，则有关纳 米复合材料的特殊性能将无法实现。
高分子纳米复合材料介 绍
2020年4月30日星期四
主要内容
什么是聚合物基纳米复合材料 分类 性能特点 纳米粒子对分子链受限松弛行为的影
响
什么是聚合物基纳米复合材料
复合材料，就是由两种或者两种以上的物理 和化学性质不同的物质组合而成的一种多相 固体材料。
•连续相（ 基体）
•复合材料
•分散相（ 增强材料）
插层复合材料
以粘土矿物为插层主体形成的复合材料 。
• 粘土层状硅酸盐被剥离成二维纳米片层 分散在聚合物中。
•杂化复 合材料合 成示意图
•插层纳米 复合材料 合成示意
图
纳米复合材料的性能特点
•基本性能特点
可综合发挥各组分的协同效能——复合材料 的基本性质。
性能的可设计性——可以针对纳米材料的需 求进行材料的设计和制造。
•Coarse-grained domain relaxation model depicting the restricted relaxation of the intercalated or exfoliated layered silicatepolymer nanocomposites.
所以，不论哪种纳米复合材料的制备方法，只有 真正解决了纳米粒子的团聚问题，使得纳米材料 的复合熵变的很大，才能真正称为纳米复合材料 。
纳米粒子对分子链受限松弛行为的影响
•何为分子链运动的受限环境
广义而言，分子链运动的受限环境就是能够影响 分子链运动的环境，例如介孔材料，有机无机复 合材料等。
对于聚合物基纳米复合材料，由于纳米粒子的加 入，聚合物分子运动受到纳米粒子的干扰限制， 此时分子链的运动环境成为受限环境，分子链的 运动行为称为受限松弛行为。
•纳米复合材料的构成
•非聚合物基 •纳米复合材料 •纳米复合材料
•聚合物基 •纳米复合材料
•金属∕陶瓷 •陶瓷∕金属 •陶瓷∕陶瓷 •无机物∕聚合物 •聚合物∕聚合物
纳米复合材料的分类
•纳米复合材料
•用 途
•性 能
•基体 材料
•分散 性组
分
•制备 方法
•催化 剂、 塑料 、涂 料、 纤维
•生 物仿 生材 料、 粘合 剂与 密封 胶
•纳米粒子对分子链受限松弛行为的影 响
目前, 有关分子链的受限动力学的实验现象矛盾 而对立，相关的理论描述还没有建立。
Lu等对玻璃化转变附近有机层状黏土改性环氧树 脂纳米复合材料受限松弛行为的研究认为锚固于 硅酸盐片层间的聚合物形成界面层, 物理老化过 程中其分子链段松弛运动受限, 造成复合材料中 高分子链段松弛动力学过程减慢、Tg 提高。
纳米复合材料
纳米复合材料是由两种或两种以上的固相至少在一维 以纳米级大小(1 -100 nm) 复合而成的材料。
•非晶体、半晶体、晶体
•无论分散相还是 连续相
•无机物（陶瓷、金属等） 、有机物（高分子）等
聚合物基纳米复合材料
以聚合物（树脂）为连续相，以纳米 粒子为分散相的复合材料。
一般纳米粒子为无机物。但有时候是有机物 ，如刚性棒状高分子，包括溶致性和热致性 液晶高分子。他们以分子水平分散在聚合物 基体中，形成有机物/有机物纳米复合材料 。
Chen等对有机层状黏土改性环氧树脂纳米复合 材料的研究得出了相反结论, 认为硅酸盐片层间 距大于5 nm时, 片层表面的分子链对基体产生增 塑作用, 复合材料基体的Tg下降。
就目前的研究结果而言，纳米粒子的加入对聚合 物分子的松弛行为的影响是显著的，尤其是对于 填充型和插层型纳米复合材料，有关学者进行了 大量的研究报道。
•光电 转换 材料 、增 强剂
•光学 材料 、磁 性材 料
•环氧 树脂、 不饱和 树脂
•氧化 物、硫 化物、 含氧酸
盐
•填充 、插 层、 杂化
按制备方法分类
填充复合材料
•纳米材料以粉体形式分散在聚合物基体中形 成的复合材料 •纳米材料可以与基体共混形成，也可以原位 聚合而成。
•杂化复合材料
•通过溶胶凝胶技术合成的纳米材料为分散相 的复合材料
可按需求加工成所需形状——避免多次加工 和重复加工。
•特殊性质
同步增韧增强效应——纳米材料对有机聚合
物进行复合改性，却是在发挥无机材料增强
效果的同时，又能起到增韧的效果。
新品功能高分子材料——传统功能高分子基
本上都是通过化学反应合成特殊官能团得到
。但是纳米材料可以直接或者间接达到具体
的功能，如光电转换，高校催化，紫外屏蔽