1纳米复合素材.ppt

表面接枝改性法： 通过各种手段在膜表面产生自由基，然后膜表面产生的自由基进一步与改性单体或功能基团反应，从而达到改性的目的。 自由基 自由基也称为“游离基”，是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生断裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。 在原子符号或者原子团符号旁边加上一个“·”表示没有成对的电子。如氢自由基（H·，即氢原子）、氯自由基（Cl·，即氯原子）、甲基自由基（CH3·）。 自由基反应在燃烧、气体化学、聚合反应、等离子体化学、生物化学和其他各种化学学科中扮演很重要的角色。 中科大、兰州大学的有机化学家刘有成院士在自由基化学领域做出了杰出贡献。 刘有成院士研究组在自由基化学与生命科学的交叉领域做过不少开拓性的研究工作 。 聚合物/无机纳米复合材料的制备 1）共混法 溶液共混法、乳液共混法、熔融共混法、机械共混法。除机械共混法允许采用非纳米微粒外，其他共混法都需先制备纳米材料。 共混法的主要难点是纳米粒子的分散问题。 2）溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶(Sol-Gel)过程是一种用金属烷氧化物或金属无机盐等前驱物[ Si(OC2H5)4] 在一定的条件下水解成溶胶(Sol)，再缩聚成凝胶(Gel)，然后经溶剂挥发或加热等方法处理而制成固体样品的方法。 1）前驱物的水解 2）缩聚 溶胶-凝胶法 3）凝胶化 经过水解、缩聚后得到的是低粘度的溶胶，随着时间的延长，溶胶中颗粒逐渐交联而形成三维网络结构。在该过程中，溶胶的粘度明显增大，最后形成坚硬的玻璃状固体。溶胶的颗粒大小及交联程度可通过pH值以及水的加入量来控制。 4）陈化 凝胶形成后，由于凝胶颗粒之间的连接还较弱，因而在干燥时很容易开裂为了克服开裂，需要将凝胶在溶剂的存在下陈化一段时间，以使凝胶颗粒与颗粒之间形成较厚的界面 5）干燥 在干燥过程中，溶剂以及生成的水和醇从体系中挥发，产生应力，而且分布不均，这种分布不均的应力很容易使凝胶收缩甚而开裂。因此应注意控制溶剂、水和醇的挥发速度来降低凝胶的收缩和开裂程度。 溶胶-凝胶法 Sol-Gel过程一般可采取两种方式来实现： 一是无机相原位生成； 二是无机相和有机相协同生长。 无机粒子是在聚合物提供的受控环境下通过Sol-Gel反应原位生成，相当于在一个纳米模板或纳米微反应器中生成。 将预先形成的聚合物膜浸入前驱体溶液中，通过前驱体的离子交换或渗透完成掺合，然后经过水解、老化和干燥等步骤形成无机相。 无机相原位生成: 溶胶-凝胶法 无机相和有机相协同生长: 将高分子先溶解于合适的溶剂中，再加入前驱物、水和催化剂，在适当的条件下前驱物水解成溶胶，经缩聚反应后形成无机相，再干燥制得有机-无机纳米复合膜。 溶胶-凝胶法 在以上两种不同的Sol-Gel方式得到的纳米复合体系中，一个明显的区别在于最终微观结构的不同。无机相原位生成可以有效控制无机相的尺寸，粒子的最大粒径不会超过离子簇的尺寸。 有机相和无机粒子的生长同时进行时，两相之间的相互作用以及相对含量就会影响到复合膜最终的微观结构。 聚合物基有机/无机纳米复合材料的应用现状 1、高分子材料的增强增韧 在高聚物中加入少量层状无机物来实现插层复合后，可使纳米复合体系: 机械性能大大提高； 耐热性也显著增强； 通过对粘土含量、界面作用、分散状态的优化有可能使材料的力学性能得到更大幅度的提高，得到性能更好的结构材料。 实例： 在PA6(又名尼龙6 )中加入4wt％的粘土，有机基体与无机相实现了纳米复合。 其拉伸强度可提高50％，拉伸模量提高近100％，冲击强度基本不降低，克服了一般复合材料强度、模量提高会伴随韧性下降的问题，且热变形温度提高约900℃，吸水性降低，热膨胀减小，可用于交通工具、飞机部件等场合。 无机纳米粒子对通用塑料的增强和增韧可以实现通用塑料的高性能化和低成本化。 通过共混、原位聚合、辐射聚合等方法将纳米尺寸的无机粒子加入到高分子基体中，可以显著的提高柔性高分子强度、模量等性能，是高分子材料改性的有效手段。 目前，丰田公司已成功地将Nylon6／Clay粘土应用到汽车上。 3种不同粒径的纳米CaCO3粒子增韧PVC/CPE合金体系时发现：基材韧性适当时，粒径为40-50nm的纳米CaCO3的用量5phr、CPE的用量10phr时，共混体系的综合力学性能最佳，即在抗冲击强度达到最大值的同时，拉伸强度变化不大，而且该配比体系的塑化性能得到显著改善，塑化时间明显缩短 2 新型涂料 聚合物基有机/无机纳米复合材料具有优异的阻隔性能，特别是插层法制备的PCH纳米复合材料表现出良好的尺寸稳定性和气体阻隔性。 随着层间插入法在热塑性塑料中不断取得成功