聚合物无机纳米复合材料
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原位聚合法
插层法（聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法）
Polymer/Layered silicate nanpcomposites
Preparation Methods
原位插层(In-situ intercalation polymerization )
溶液插层(Polymer intercalation from solution) 熔体插层(Polymer melt intercalation )
目录
一. 概述
二. 制备
三. 应用 四. 结语
制备方法
溶胶-凝胶法 插层法 共混法
原位聚合法
一.溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
溶胶-凝胶法是制备高分子纳米复合材料的重要方法之一， 也用于纳米粒子的制备，属于低温湿化学合成法。溶胶-凝胶复 合法主要用于制备无机-有机型纳米材料的制备方法。
基本原理：烷氧金属或金属盐等前驱物和有机聚合物的共 溶剂 ,在聚合物存在的前提下 ,在共溶剂体系中使前驱物水解和 缩合。如果条件控制得当 ,在凝胶形成与干燥过程中聚合物不 发生相分离 ,即可制得。
纳米复合材料
聚合物/无机 纳米复合材料
聚合物 纳米复合材料
聚合物/聚合物 纳米复合材料
聚合物基
无机物基
分子复合 原位复合 微纤/基体
聚合物/无机纳米复合材料定义
Polymer/inorganic nanocomposites
Polymer nanocomposites are generally defined as the combination of a polymer matrix resin and inorganic particles (particles, layers or fibres) which have at least one dimension (i.e. length, width, or thickness) in the nanometer size range.
1.原位插层法In situ Polymerization
孔庆红等以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为单体，过硫酸钾(K2S2O8)为引发剂，成功制备 了PMMA/粘土纳米复合材料，该材料的热稳定性教纯的聚合物得到了提高。
2.溶液插层 （Polymer intercalation from solution）
杜隆超等以环己酮作溶剂，制备了聚碳酸丙二脂（PPC/Mg Al-LDH。测试结果表 明加入1%的Mg Al-LDH使得PPC的讲解温度提高了10℃，同时力学性能能也有所提高。
3.熔融插层（melt intercalation）
熔融插层法是最简单易行， 最易实现工业化的方法， 而且制备过程中没有有机 溶剂和单体等有机挥发物 的存在，不用附加额外的 加工设备和工艺，符合节 能、绿色环保的要求。
溶胶-凝胶法的优、缺点
优点
1.该方法反应条件 温和 ；
缺点
1.前驱物大都是正硅 酸烷基酯 ,价格昂贵，
而且有毒;
2.分散均匀 ,甚至可 以达到“分子复合”
的水平。
2.干燥过程中由于溶剂、 小分子的挥发 ,使材料内 部产生收缩应力 ,致使材 料脆裂 ,很难获得大面积
或较厚的ONIC等。
制备方法
溶胶-凝胶法 插层法 共混法
三 二 一
聚合物/无机纳米复合材料分类
聚合物/无机物纳米复合材料以无机物在聚合物中的 分散相形态和尺寸为依据可分为三种：
• 分散性尺寸在三维尺度上都是纳米级的纳米粒子，无机纳 米粒子(CaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3、 Cr2O3 )
• 分散相尺寸在二维尺度上是纳米级，无机纳米纤维 (碳 纳米管、纤维素晶须、凹凸棒土)
溶胶凝胶法在橡胶增强中的应用
溶胶凝胶法增强橡胶的主要方法是:首先将二氧化硅的某些反 应前体 ,如四乙氧基硅烷(TEOS)等引入到橡胶基质中 ,然后通过 水解和缩合直接生成均匀分散的纳米尺度的二氧化硅粒子 ,从而 对橡胶产生优异的增强作用。
通过溶胶凝胶法制备的橡胶/无机纳米复合材料的分散相分散 非常均匀 ,分散相的化学成分及结构、 尺寸及其分布、表面特性 等均可以控制 ,不但为橡胶增强的分子设计提供了可能性 ,也为 橡胶增强理论的研究提供了对象和素材。用该方法制备的橡胶/无 机纳米复合材料具有很高的拉伸强度和撕裂强度,在最优化条件下 的综合性能明显超过炭黑和白炭黑增强的橡胶。该技术还可省去 部分混炼加工工艺。 。
• 分散相尺寸只在一维尺度上是纳米级，如超薄膜，层状无机 物。
制备聚合物/无机纳米复合材料的无机物的种类 纳米纤维 (碳纳米管、纤维素晶须、凹凸棒土 ) 层状无机物 ( layered silicates) 纳米粒子(CaCO3 、SiO2 、 TiO2、ZnO、Al2O3、 Cr2O3 )
聚合物/无机纳米复合材料可以把无机材料的强度、模量、 尺寸稳定性以及光电性能与高分子材料的韧性、可加工性和介 电性质更巧妙地结合起来，它对聚合物产业的发展必将产生重 大而深远的影响。
பைடு நூலகம்
纳米复合材料的分类
Classification of nanocomposite
非聚合物 纳米复合材料
金属/金属 金属/陶瓷 陶瓷/陶瓷
聚合物/无机纳米复合材料
班级：材研1109 姓名：PIRLO 学号：2011200XXX
目录
一. 概述
二. 制备
三. 应用 四. 结语
前言
自上世纪80年代以来 ,聚合物/无机纳米复合材料开始引起 人们的极大关注，由于纳米粒子具有相当大的比表面 ,纳米材料 加入高聚物中 ,使得纳米粒子和聚合物之间产生非常强的界面相 互作用 ,可使聚合物的性能得到很大的提高 ,且表现出许多不同 于一般宏观复合材料的力学、 热学、 电磁和光学性能 ,为聚合 物的改性开辟了一个新的领域 ,也为设计和制备高性能多功能的 聚合物/无机纳米复合材料提供了新的机遇。
Schematic of nanoscale fillers
碳纳米管
单壁碳纳米管 多壁碳纳米管
碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，其中石墨层 可以因卷曲方式不同而具有手性。碳纳米管的直径一般为几纳米至几十纳米，长度为几 至几十微米。 碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现很好的金属导电性或半导体性。
插层法（聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法）
Polymer/Layered silicate nanpcomposites
Preparation Methods
原位插层(In-situ intercalation polymerization )
溶液插层(Polymer intercalation from solution) 熔体插层(Polymer melt intercalation )
目录
一. 概述
二. 制备
三. 应用 四. 结语
制备方法
溶胶-凝胶法 插层法 共混法
原位聚合法
一.溶胶-凝胶法（Sol-Gel）
溶胶-凝胶法是制备高分子纳米复合材料的重要方法之一， 也用于纳米粒子的制备，属于低温湿化学合成法。溶胶-凝胶复 合法主要用于制备无机-有机型纳米材料的制备方法。
基本原理：烷氧金属或金属盐等前驱物和有机聚合物的共 溶剂 ,在聚合物存在的前提下 ,在共溶剂体系中使前驱物水解和 缩合。如果条件控制得当 ,在凝胶形成与干燥过程中聚合物不 发生相分离 ,即可制得。
纳米复合材料
聚合物/无机 纳米复合材料
聚合物 纳米复合材料
聚合物/聚合物 纳米复合材料
聚合物基
无机物基
分子复合 原位复合 微纤/基体
聚合物/无机纳米复合材料定义
Polymer/inorganic nanocomposites
Polymer nanocomposites are generally defined as the combination of a polymer matrix resin and inorganic particles (particles, layers or fibres) which have at least one dimension (i.e. length, width, or thickness) in the nanometer size range.
1.原位插层法In situ Polymerization
孔庆红等以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为单体，过硫酸钾(K2S2O8)为引发剂，成功制备 了PMMA/粘土纳米复合材料，该材料的热稳定性教纯的聚合物得到了提高。
2.溶液插层 （Polymer intercalation from solution）
杜隆超等以环己酮作溶剂，制备了聚碳酸丙二脂（PPC/Mg Al-LDH。测试结果表 明加入1%的Mg Al-LDH使得PPC的讲解温度提高了10℃，同时力学性能能也有所提高。
3.熔融插层（melt intercalation）
熔融插层法是最简单易行， 最易实现工业化的方法， 而且制备过程中没有有机 溶剂和单体等有机挥发物 的存在，不用附加额外的 加工设备和工艺，符合节 能、绿色环保的要求。
溶胶-凝胶法的优、缺点
优点
1.该方法反应条件 温和 ；
缺点
1.前驱物大都是正硅 酸烷基酯 ,价格昂贵，
而且有毒;
2.分散均匀 ,甚至可 以达到“分子复合”
的水平。
2.干燥过程中由于溶剂、 小分子的挥发 ,使材料内 部产生收缩应力 ,致使材 料脆裂 ,很难获得大面积
或较厚的ONIC等。
制备方法
溶胶-凝胶法 插层法 共混法
三 二 一
聚合物/无机纳米复合材料分类
聚合物/无机物纳米复合材料以无机物在聚合物中的 分散相形态和尺寸为依据可分为三种：
• 分散性尺寸在三维尺度上都是纳米级的纳米粒子，无机纳 米粒子(CaCO3、SiO2、TiO2、ZnO、Al2O3、 Cr2O3 )
• 分散相尺寸在二维尺度上是纳米级，无机纳米纤维 (碳 纳米管、纤维素晶须、凹凸棒土)
溶胶凝胶法在橡胶增强中的应用
溶胶凝胶法增强橡胶的主要方法是:首先将二氧化硅的某些反 应前体 ,如四乙氧基硅烷(TEOS)等引入到橡胶基质中 ,然后通过 水解和缩合直接生成均匀分散的纳米尺度的二氧化硅粒子 ,从而 对橡胶产生优异的增强作用。
通过溶胶凝胶法制备的橡胶/无机纳米复合材料的分散相分散 非常均匀 ,分散相的化学成分及结构、 尺寸及其分布、表面特性 等均可以控制 ,不但为橡胶增强的分子设计提供了可能性 ,也为 橡胶增强理论的研究提供了对象和素材。用该方法制备的橡胶/无 机纳米复合材料具有很高的拉伸强度和撕裂强度,在最优化条件下 的综合性能明显超过炭黑和白炭黑增强的橡胶。该技术还可省去 部分混炼加工工艺。 。
• 分散相尺寸只在一维尺度上是纳米级，如超薄膜，层状无机 物。
制备聚合物/无机纳米复合材料的无机物的种类 纳米纤维 (碳纳米管、纤维素晶须、凹凸棒土 ) 层状无机物 ( layered silicates) 纳米粒子(CaCO3 、SiO2 、 TiO2、ZnO、Al2O3、 Cr2O3 )
聚合物/无机纳米复合材料可以把无机材料的强度、模量、 尺寸稳定性以及光电性能与高分子材料的韧性、可加工性和介 电性质更巧妙地结合起来，它对聚合物产业的发展必将产生重 大而深远的影响。
பைடு நூலகம்
纳米复合材料的分类
Classification of nanocomposite
非聚合物 纳米复合材料
金属/金属 金属/陶瓷 陶瓷/陶瓷
聚合物/无机纳米复合材料
班级：材研1109 姓名：PIRLO 学号：2011200XXX
目录
一. 概述
二. 制备
三. 应用 四. 结语
前言
自上世纪80年代以来 ,聚合物/无机纳米复合材料开始引起 人们的极大关注，由于纳米粒子具有相当大的比表面 ,纳米材料 加入高聚物中 ,使得纳米粒子和聚合物之间产生非常强的界面相 互作用 ,可使聚合物的性能得到很大的提高 ,且表现出许多不同 于一般宏观复合材料的力学、 热学、 电磁和光学性能 ,为聚合 物的改性开辟了一个新的领域 ,也为设计和制备高性能多功能的 聚合物/无机纳米复合材料提供了新的机遇。
Schematic of nanoscale fillers
碳纳米管
单壁碳纳米管 多壁碳纳米管
碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，其中石墨层 可以因卷曲方式不同而具有手性。碳纳米管的直径一般为几纳米至几十纳米，长度为几 至几十微米。 碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现很好的金属导电性或半导体性。