納米復(fù)合材料制備

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上方法：1.1溶膠一凝膠法 溶膠一凝膠法是一種制備納米復(fù)合材料的重要方法，它是將無機相的前驅(qū)體(例如:正硅酸乙醋)和聚合單體、低聚物或高聚物在液態(tài)狀態(tài)下相互混溶，實現(xiàn)分子級水平的均勻混合后，發(fā)生溶膠一凝膠反應(yīng)，生成的納米復(fù)合材料的各組分之間可以形成相互連接的范德華力、氫鍵或者是化學(xué)鍵，防止了相分離的發(fā)生。溶膠凝膠法的特點在于，該方法反應(yīng)條件溫和，分散均勻，甚至可以達(dá)到“分子復(fù)合”的水平。目前溶膠一凝膠法是應(yīng)用最多、也比較完善的方法之一。但它也有一些缺點，如前驅(qū)物大都是正硅酸烷基酷，價格昂貴而且有毒;干燥過程中由于溶劑、小分子的揮發(fā)，使材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力，致使材料脆裂，

2、很難獲得大面積或較厚的納米復(fù)合材料等。1.2原位聚合法原位聚合，即在位分散聚合，是制備具有良好分散效果納米復(fù)合材料的重要方法。該方法將納米粒子在單體中均勻分散，然后在一定條件下就地聚合，形成納米復(fù)合材料。（由于這些原位生成的第二相與基體間的界面有著理想的原位匹配，能顯著改善材料中兩相界面的結(jié)合狀況。而且，原位復(fù)合省去了第二相的預(yù)合成，簡化了工藝。此外，原位復(fù)合還能夠?qū)崿F(xiàn)材料的特殊顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計并獲得特殊性能，同時避免因傳統(tǒng)工藝制備材料時可能遇到的第二相分散不均勻，界面結(jié)合不牢固以及物理、化學(xué)反應(yīng)使組成物相喪失某些特性等不足的問題。原位聚合法可在水相，也可在油相中發(fā)生，單體可進(jìn)行自由基聚合，在油相

3、中還可進(jìn)行縮聚反應(yīng)，適用于大多數(shù)聚合物基有機一無機納米復(fù)合體系的制備。）原位聚合法反應(yīng)條件溫和，制備的復(fù)合材料中納米粒子分散均勻，粒子的納米特性完好無損。同時在聚合過程中，只經(jīng)次聚合成型，不需熱加工，避免了由此產(chǎn)生的降解，從而保持了基本性能的穩(wěn)定。但其使用有較大的局限性，因為該方法僅適合于含有金屬、硫化物或氫氧化物膠體粒子的溶液中使單體分子進(jìn)行原位聚合制備納米復(fù)合材料。1.3插層法插層復(fù)合法是將單體或插層劑插層于具有層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽(粘土、云母等)、石墨、金屬氧化物等無機物中，然后單體在無機片層之間聚合。在此過程中，單體進(jìn)入無機片層之間，并因聚合可使片層間距擴大甚至剝離，使層狀填料在聚合物基體

4、中達(dá)到納米尺度的分散，從而獲得納米級復(fù)合材料。1.3.1溶劑插層法(大分子或預(yù)聚物插層法)該方法首先將層狀硅酸鹽在一種溶劑(可以是有機溶劑或水)中剝離成單片層，然后將聚合物(對于不溶解聚合物，可使用預(yù)聚物)溶解在該混合物中，由于聚合物與層狀硅酸鹽片層有一定的吸附作用，當(dāng)除去溶劑后，層狀硅酸鹽發(fā)生聚集，將聚合物夾在層狀硅酸鹽之間，得到具有一定規(guī)整結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料。對于水溶性基體，如氧化聚乙烯PEo聚乙烯醇PVAs都使用該方法得到了插層型納米復(fù)合材料，而聚己酸內(nèi)醋PCL和聚交酷PLA溶解在氯仿中也使用該方法得到了納米復(fù)合材料件。對于不能溶解的一些聚合物，則將其預(yù)聚物溶解在含有剝離層狀硅酸鹽的溶液

5、中，使預(yù)聚物吸附在層狀硅酸鹽上，然后采用物理或化學(xué)方法將預(yù)聚物轉(zhuǎn)化為目標(biāo)聚合物，如聚酞亞胺。1.3.2原位插層聚合法將層狀硅酸鹽在液體單體(或單體溶液)中溶脹，然后單體在層間引發(fā)聚合，引發(fā)可以采用光、輻射等，也可以采用引發(fā)劑，引發(fā)劑可以在溶脹前通過離子交換固定在層狀硅酸鹽上。實施這種原位聚合的聚合方式并沒有特別限制，如采用乳液法，則先將層狀硅酸鹽在水中分散形成懸浮分層體系，然后在此體系中進(jìn)行乳液聚合。如采用溶液法，則是通過把層狀硅酸鹽改性成能在特定溶劑中分層的有機層狀硅酸鹽，用這種層狀硅酸鹽的有機溶液和聚合體系混合，并完成聚合。這種方法所利用的是化學(xué)力將層狀硅酸鹽擴開，因此，可以得到完全剝離型

6、或剝離與插層混合型納米復(fù)合材料，但聚合過程中需要控制和考慮的條件比較苛刻，更增加了聚合過程的復(fù)雜性，很難在工業(yè)中大量應(yīng)用。但對于一些需要特殊性能或特殊聚合物，若嚴(yán)格控制聚合條件，則可以采用此方法。1.3.3熔融插層法該方法將層狀硅酸鹽與聚合物基體在熔融狀態(tài)下直接共混，使聚合物分子直接插入層狀硅酸鹽片層之間. 與原位插層聚合法及溶液法相比較，它不需任何其他介質(zhì)，不污染環(huán)境，適用面廣，是近年來研究的熱點，但該方法中層狀硅酸鹽需要預(yù)先改性，其成本相對也較高。1.3.4乳液插層法是近年來開發(fā)的一種制備聚合物層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的方法，該方法充分利用層狀硅酸鹽的水化膨脹特性及大多數(shù)商用橡膠具有膠乳形式

7、的優(yōu)點，將膠乳與層狀硅酸鹽懸浮液共混，從而使層狀硅酸鹽在橡膠基質(zhì)中達(dá)到納米分散，加入電解質(zhì)絮凝，二者的微觀納米復(fù)合結(jié)構(gòu)便會被“固化”下來，從而形成納米復(fù)合材料。這種技術(shù)較當(dāng)今學(xué)界廣泛研究的原位聚合插層或剝離技術(shù)、有機改性土一熔體共混技術(shù)更為簡單、成本低，無需層狀硅酸鹽的預(yù)有機改性。目前己經(jīng)成功制備了多種體系的納米復(fù)合材料。該方法最大的優(yōu)點是不需要進(jìn)行層狀硅酸鹽的預(yù)先有機化處理，若采用有機改性層狀硅酸鹽，將有機層狀硅酸鹽經(jīng)過適當(dāng)處理也可以使用該方法。1.4共混法共混法將各種形態(tài)的納米粒子通過各種方式直接與有機聚合物混合而得到的一類復(fù)合材料。這類方法的優(yōu)點是操作簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化。缺點是納米粒子

8、容易團(tuán)聚，共混時在聚合物中實現(xiàn)均勻分散比較困難。1.4.1機械共混通過各種機械方法如攪拌、研磨等來制備納米復(fù)合材料。為了防止納米粒子團(tuán)聚，共混前要對納米粒子進(jìn)行表面處理。除采用分散劑、偶聯(lián)劑和表面改性劑等進(jìn)行表面處理外，還可用超聲波輔助分散。1.4.2溶液共混將基體樹脂溶于良好溶劑中，加入納米粒子，充分?jǐn)嚢枋怪鶆蚍稚?，成膜或澆鑄到模具中，除去溶劑制的樣品。1.4.3乳液共混與溶液共混方法相似，只是用乳液代替溶液，在不適合溶液共混的情況下使用。聚合物乳液與納米粒子均勻混合，最后除去溶劑（水）而成型，乳液共混中有自乳化型與外乳化型兩種復(fù)合體系。自乳化型復(fù)合體系既能使納米粒子更加穩(wěn)定，分散更加均勻

9、，又能克服外加乳化劑對納米復(fù)合材料性能的影響，比外乳化型復(fù)合體系更可取。1.4.4熔融共混納米粒子和聚合物在熔融狀態(tài)通過各種分散方法均勻混合，其中所選聚合物的分解溫度應(yīng)高于其熔點。熔融共混法較其它方法耗能少。1.5配位均勻共沉淀法制備納米復(fù)合材料的基本原理是先將幾種金屬離子與某種合適的配位劑反應(yīng)，生成能與沉淀劑離子共存的混合配合物溶液，然后改變反應(yīng)體系的條件，使配位平衡向離解方向移動，當(dāng)溶液中析出的金屬離子達(dá)到一定濃度后，便與溶液體系中的沉淀劑反應(yīng)生成沉淀。由于金屬離子和沉淀劑都是均勻地分散在整個溶液體系中，故金屬離子與沉淀劑離子幾乎是在分子水平上的反應(yīng)，沉淀也是在整個溶液體系中均勻。1.6

10、微乳液法（納米反應(yīng)器）中的化學(xué)反應(yīng)以制得所需納米粒子的方法。它是制備無機納米粒子和聚合物納米粒子(微乳液聚合)常用的方法。最近，將微乳液聚合和納米反應(yīng)器兩種技術(shù)結(jié)合在一起，制得了納米復(fù)合材料。 由于納米分散相具有比表面積大、界面相互作用強，納米復(fù)合材料表現(xiàn)出不同于一般宏觀復(fù)合材料的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性能，還可能具有原組分不具備的特殊性能和功能，為設(shè)計制備高性能、多功能材料提供了新的機遇 光/力/熱/阻隔1.7 溶膠- 懸浮液混合法通過添加分散劑、調(diào)整pH 值, 先分別制備各組元充分分散的單相穩(wěn)定懸浮液, 然后找出各相顆粒均能良好分散的混合懸浮液條件, 將各單相懸浮液混合, 再找出共同絮凝的條件, 去除水分, 干燥、煅燒制得納米復(fù)合材料,此法適用于制備納米相分散與分布較理想的納米復(fù)合陶瓷.王昕等采用加熱水解氧化鋯及醇水混合液體, 制得單分散的納米水合氧化鋯溶膠和較高濃度的Al2O3 水懸浮液混合在一起, 經(jīng)攪拌和超聲分散, 最后在電動攪拌下加熱蒸發(fā), 至糊狀時移至微波爐中烘干