聚合物一土矿物纳米复合材料粘

发布时间:2021-06-06

聚合物一土矿物纳米复合材料粘

M n pg edi o o h nr vw a a Re聚合物一土矿 纳物复米合材料粘

I6 鱼搬 .(科技京大学 ,北京, 10 )北8 00 3王佐淀

(色有研究院,京北金属总北,京 0) 10 880提要

d f参t} 利用某些层状土拈物的吸附性矿、子交换性和膨胀性 ,- ̄-些合聚枷引入到粘 可 z离' B-矿物的层间域,形性能成优异的襞舍物拈矿物纳柬土复材合料论了述: 12层状型粘矿土物的结构特 点,聚合物一土 物矿米纳壹材合料的合成、征表及其性能。拈

关纳词:墨,合键采!聚物,丝皇“复合米材料 (” n cpmsts是 8 Na纳o o lo) e 0年代由初R y等人提来出的,与单一组成相的 o纳米结晶材料和纳 相材米不料同,是它由种两或两种以上吉布的斯相固少至在一个方向纳以

聚矿晶层物均匀地散分聚合到基物质中。 方法的特点在于这矿些物组分单元的可重排所性得到纳米的小大的维排二列。正是由于种这特点,有才可能过通特有的工加将众多数量的晶层组装高成度有序的构结并分,布在聚合物相中 ,成能性优异的有机一形无纳机米合复材。料 聚合一粘土物矿物纳米复材合料成为日、本 美、国国等发达国家近法年来在新材和功能料材料领中研域究的热点之一[。日本已将这 ]种‘材料新用应于汽工车业、食品包装等,其他潜在的用包应括机飞内部材料、燃箱、料电工电子元或件、防护罩构结部件制、动和轮器胎。等

级米大 (小~ 01m复)而成合复的材料。合1 0 n这些相可以固是非晶质、半晶质、晶质者兼或而有之,可且以是无机有机、二或者都有。而 0]纳米复合材料广泛存在整于个生 物体 (植物如骨和质 )中,正真人工合的成纳复米合材较料少,如石墨层化间合、物柱粘层土物矿粘、土矿物~有机复合材料和沸有石机复材合料。 本文简要地综述一种利用层状体的固入嵌反特性应来合成聚合物一土矿物纳 复米合材 粘料新方法。通的过这方种所获法的得合复料材具有独特的子分结特构征和表 协同观效应从,而使这种新的纳米复型合材

料既表现粘出土矿物优的强良度、尺稳寸性定和热定稳性,具又有聚物合断的裂性能、加性工和介性电 0能可]这新种方法可以通 3种途过径来实现。 ( )将合聚物单体嵌到入粘土矿物的层间 1域,接着在间层域进行位聚合原。(将聚)合 物直2接嵌入粘至土物矿层的域间 (将 )土粘 3曾华清l: 2型状粘层士矿的物构结和能性 l聚合一物土矿物 纳复米合材 中所料用的粘粘土矿物 大多数属于2:型 1的状或层片状硅酸盐矿物它。们的晶结构体是由两层硅氧面四体片间夹着一层之铝 ( )氧 ( )八基面体镁羟片构成层晶晶层之,存间在范华德相力互作;用晶层内的四面体和八面体片可以有广泛的类质象替同,如代面四体中 s 被A、l”、 i”” Ti P

男, 3岁0。现北京为科技大学在博读生,士已表发论文多1 0篇

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聚合物一土矿物纳米复合材料粘

Mgn p d i e o roh n vwa Rae物难于现实因。难为于找到合适的体和单容相的聚合粘物矿土溶物剂体系。为此近来,们人用采种对一环境有利的为实用更的法,即聚方合物直接融熔入嵌,法是它聚将物与合状粘层矿物土混合接,着在聚合物软化点以上的混合对进物行热处理。为了改善粘土矿物在“

替有代,八面体中A被 M”gl”、 F F、” e e、 N Z、 、替,代i Mn从而n晶层带使净负电荷因此,水合。阳离子( a N、K、C 、a Mg )以占据层可域间补偿这种负以电。荷各种机阳有离 (烷子基铵子离、阳离表子面 活性剂 )如也可通过以离子交换反应来换粘置土矿 物层原间有的水合阳子离,从而使通常亲水粘的土矿表面疏水物化。机阳有子离降低矿物的机剂溶的中散性分,要在需混合之用有机前阳离对子粘土矿物进行改性,获得具以有有机性的土粘矿物。

表面能,时同改善矿与聚合物物质之基间的润 湿作用因此。使有机土矿粘物同多大数工程塑料具有很的相好性。容机阳有离还可子包以含各种能同聚够物发合生学反应化官能团的进,提高步机无和相质基之间的粘结作用 。

聚一物一合土矿物 米纳复合材料利用层了粘粘状土物矿的2特殊性个能( );粘矿物颗土 1粒够能分散 晶层成,得而到高径比高达1 0从 00的完分全散的晶层 (散分或部分分散颗粒的未 径比约高 1 )为(以)通有过机和机阳离无 0;2可子离子交换的应来反节调粘土物矿的表面学化特性 。当,二然者相 联互,因系为粘土矿物在给定基质的中分程散度决取于层阳间离子。(】 c2米复合材钠料的成合和表征合物聚土一矿物纳 复米合材料 可分为

粘图1层状硅酸盐由制得复合材的示料意图 ()^嵌杂化物;()层离杂化物(I)壤朴料强杂物化a b c嵌入化杂物层离和杂物化两前种者在是粘土物矿的间层嵌域入一层能伸展的合物链聚,从而获得聚合物层与粘土矿物层晶交替叠的高加聚合的极性物体分子单容很通过气相易或液吸附相粘到土矿物的层间,接域着在层间域进行原聚位合 B。uti Imsen人等“过通气相吸度序有多层的体,层间域膨胀的当于伸相链展的半径 j层离杂化物是粘土物晶层矿离层分并散在续的连合聚基质物中,层间域的胀膨相当梅特征如 l图 a中b所,示中 c普为大通颗 图、粒填 在料聚合物中分的散。

聚于物的回合半径。旋们的它成形过程和结

攀黎附将丙烯腈和基丙甲腈烯入到嵌钠基和钙了蒙基脱的石间域层 .种这近似单层单体一的蒙石脱蒙脱石复物。红合外分表析明,间聚合物发层 了生泛广的环化作,用——cN一收吸明显峰复合物再经自基由发聚合引形成夹聚合层物一减弱,同时出了现状环结的构一c N吸附;— 一 x射线衍射明表,体单平躺蒙脱在石层的域间, 并通离过一子极偶子分互作用与层间可交换相性离阳子( C a复合)。 a 、 N KAt o等将有 ”机粘土矿物浸入苯乙到单体烯中制,备出了苯

这类复合材 料合成通的常是采取体嵌单入,接着原位 合聚,如聚吡咯、聚苯胺、环氧

树脂、聚酰胺;或聚合物从溶液是中直嵌接入层到间域,如苯胺、聚聚环氧乙。然烷而,它 只们适于有限一些的聚物,对合于大多聚数合 1 914 9年8摹龆 2他I进展乙一烯八十烷基三甲基蒙铵脱石间化层物合,接

,

聚合物一土矿物纳米复合材料粘

oM o rph a d e R ̄ w ng a n

v, N着气氛件下条加热聚合,在 得到聚苯烯乙十八烷基三甲基蒙 脱石层间化合物 Us。k ui环氧烷 (乙E嵌入到土粘矿物的间层域 P,O)从形成而新聚的合物电解质纳复合材米料x,射等研了己究内酰在胺不同基氨酸改性蒙脱石中的嵌反入及应其层间在域中的原位开环聚合反应 x射衍射和线射透电镜分表析蒙脱明石晶片均匀地分散到聚酰了一胺,成种一 6中形聚合一物脱纳米石复合材料。蒙胺苯可以入嵌到含氟汉克托石(种合成层硅状盐 )酸的层间一域,并通过层间合聚得到高度有序的由单一聚胺苯链和缘绝的基质叠层加而成的层多膜。层间的C是通过离子交引入换的,且它在 u苯并线衍射和外红光分析表明谱,得到的料材特征与从溶液中嵌所入得到的完全一致。聚除环氧 乙烷和聚苯烯乙外,人们还 研究了聚酰胺、聚酯、聚、聚碳酸醚,酯磷含氮、聚链物合和硅烷聚的接直熔融嵌反入应。

3纳米 合材复料的性能聚合物一土物矿纳米复合材的料优 性异粘 可以从日能本丰公司最早田成合尼的龙纳米复合材料中看。到与未加填料的尼龙相比,它的胺聚合程过中起到氧化中心的作用 。有一些聚合可物以从溶穰直中嵌接入到粘矿土物层间的,成域合聚一物矿土物纳米复形粘合材料 Ru。ziH等k将聚环氧乙烷i t —yz E( O)P不同交与性换阳离子的 脱蒙溶石液混

强度和量模很大提有高抗冲,性不降击低,其热而变 形温为度尼龙的倍多2 Me。srim ses h等t]研究表,明硅酸一氧树盐脂纳米复合 人环材料机械的性同样能获得了改,善储其模能量 在玻璃化区高提了 6,在胶橡化提区高了 0 40,这在传统微的米或更 大颗的粒填料环 5氧树脂是远远达不到的 聚。苯胺和 吡聚咯电活聚合性嵌入物到层状粘土矿物中形可成 金属绝缘纳米体复 合材料,

合搅拌,合成新了的有二维具结构的有机一机复无合料材。这种材料经不同的溶处理后剂,其P 0含量保持不,变 E示显了这种层间化合物极好的定稳热分性析明表,们它在惰性气氛中的热稳定 性高达05 6K。X0射线 射衍显 0~ 示,P O0一石层脱间 合物化的基面距间为 E I7蒙m, 2.除去 n蒙石脱晶片的厚度,层距约间 为 O其8 n当相层间于合聚物的厚度,、m,此,因可这纳种复米合料材薄的导膜性电具很高有的各异向性特点,其膜平面内电导为垂性直于膜方的向。1 1 。氧环乙一土矿烷物钠米复O~ 0倍聚粘合料材的成形阻了聚碍合物三的维结晶,从而 高提了电解质导电性,的与传统 LB的 P OiF/ E 相 ,在相比同的温度 围范内的导它电性随温度化不变大,量含量为 4 P 的 O P O锂基质 oE E一蒙脱纳石米复合材料在 3℃时的导电性为 0 61 0/m其,活化能 1为、Jto因。 ~1、一 S c l7 k/l o此,们它望有成一为种很有前途的电极材。料 4结语纳米复合材料 以利用可状层土矿物的粘吸附性、子交离换性和胀性的特膨,点许将单多体或聚物嵌合入矿到物层的域问得到而其合,成径途主要包括单体原位聚合、合聚物溶从液

以为螺认旋的形合聚链平行物置地于蒙脱晶石片所确定的平面 ( b、轴)之。红问外分析说 a明,环乙氧烷单中的氧元原子与层问可换交性离阳子发生了离子一极分子互相作用。偶 聚合物直接熔融入法嵌是一种更合适为的合成 聚合物一矿物纳米土复材合料方法的粘。

i等“ V首次烷将基蒙脱铵与石苯聚烯乙粉 a a 末混,并合将它们压成球团,接着在于高聚苯乙烯玻璃转变温度(0℃下)热加球团,而从9制备出二r维纳米结构的聚苯烯乙一机 脱有蒙复石合材料射线。射衍表明,加后明热显地 经x出现了乙烯聚夹层化杂的物的衍射新峰,原而有的有机脱蒙石的衍射逐峰减弱渐,加热 定一时后间完全消失。们采用这一种方法将聚他还中嵌入直和接融嵌入熔3聚物一合。种粘土矿物纳米复合料具有材传与统填料合复材料显著不的性同能在,粘土矿物含远量低于传统远玻璃饨进I 1展 9 8年9第2辍 51

聚合物一土矿物纳米复合材料粘

Mnog oa r pha n Redvw e i 维纤矿物补或强聚合中物料填含时就能获量得粘土矿物优的刚良度、强度和热定稳以性及聚7 Ru Hzi

z Ar Pn,s1 e A1d a c Md ae i—tk y, aE“ aCa B, at. v en —t ra 1s i9,l 95, 7 (): 1 028合物的断裂能性、可工加性和电介能性这些能性的高将提这使新材类料汽车在、飞机、 子、电建、化材工及以其新技他领域中获术广得泛应用的。

8赵杳嫒,张瑜.有粘矿土与物粘矿物土析分,北京: 洋海出版社, 9 109

任磊夫9粘.矿物土粘与土岩,北京地质出版,社1 9 921 B . lrGy, rBnwG .St u etofhCMyi lr n 0 ide Wo r cu r n aes daT hi X- a le d e rfo .Mie oai a S ee t err yn n i ̄ di n rn g l lc in oy M ogo a hoN 5 Lo d,n 0 n1rp ., no 89

5参 文考献 1Ro R Ko a n i a dnRo y mer S ny DM M a.e trR e osS eySp ruP r 1, 8 c 9 o,4 35:3 7 4 l G i eni A d a ae nJl1 6, 8 ( ): 2 1 a lsn P vEne M t r s,a 99 d1 9 l Va aR A, 8 d v n,Sa e 2i  ̄ ea K rwi e W, a t .e 1 A vdn n M a ead—

8K an ns J o Me e a m r e i. tCh mr 1 9 29,5 (2: 1 1 1) 293 G r i l J a mieE P. OM, 1 9 s 92, : (8 3) 8

rats, 1,5 7: 14e i 9l 5 9

3 B1l umsneR一3utl ad Pa i hK t l 1 m esn An r k K. Ap l l—1 pi Po y dne y m su p t 71t Smo i m 94, 8 : 8 51 Rhn4 .E h w . tc 1 J Re 1 iW e S a M TG o th] , ta se蹄 n. ss ht i ead oP sen fCe a c:S i ni s uis t RMSS 1 n y cr si g o mris c e t fIs ec Ep ̄ uP r c ei g2 9t9 c i8 m eod n 4 91 5 kO nAa wa uml.M r u.

h d aKs K u acJ T t a .,Py P et e 1o m lr,p15 9,72 (:)4 7 824 6 Va aR, I h iH Gi,ne i PE Ch eM ae i As J an s l m t,r1 9 9,53.1 9 6

4 1K a o, rC d4 t uKo K, a kh aHa.a Aas ly CMi r l T a raC y n d a neast 1 12 ( ): 4 925,9 4 91 U s kAKoi aKtK,w s m it e.aJMa ee 5 t ju j n r aa u Mt1 trR s 1 9 8( )- 11 99 3 t 57

1 Me r s mhi P6 s e s BtG,i n ln . PCha e i E es am e t M,r1 99,8 (0 41 ): 1 791

Poy e a—i e ane mo ipe lm Clry M n lrNa o os t sZn Oi gu eg n h a,W g ao Dgzi n n h ( i ets fc n aed Te hoo yB i n B i,n 1, 0 ) 8Uvnri o i c nc lg n ei ge g j 0 30 y eS ji Wa nD in og a zu ( e e Ra a cs nt eu rN nef r u l tB, ni, 0 l8) G n rl ee r h Iis o t oro sfM a et s e g jl 0 80 Ab t a tS m epl m e sma eit uoe no e g t lr e e ewn l y rcfa i e—sr c o y ro y b n rd c di t h a l i s b t e e s o y m lnr e aas bt i i t e pg oe st o d o pi n, o x h en l sn f o a ee l y m ie a s l y uiz n rhp ir sf rt o i n ec ag, w e g lo me l y rd a c n rl. l a e si

aNo oo i s wi hea dcp o et as et u o me Th. s pprb i fr vey h ras cnm ps t th nne r pri hrsf d e re i a e r ee i wst e y t clls r c eu o :1l r d y c a n

r l, n h y yt i h r, ce ia i an dp o e te p l— ftu tr f2 a e e l my e i a asd t e s nh s s aca r z t t n r p isr o o y me— oly mi e a a oor c a n r nln cm st ps oie. Ke r s n cnm spt y w o d a o o o i, ep mle, c ai ea yor yl n m lr(接第上1 2页) Synd i tc i lm ei i nao t r nea nd s r a i ia o ante Po y z ro tfS y e d In ut i IztOL u W,e Le e g, i i ig n B Bo a,ga P u eaf n Zn rn(ntt t fP lm ec ceI su ie oo yS in e&r nEie r gn eni g, eZi n i se Ha g t u.h3 0 2 ) h j Ugnv ri,ya n o z10 7

bAt t aTh o y e a i n mi eh n s a dt e cmme a cee r h r t efs n it c i r sc p e lm r z t c a i m h no os l lr s a c o h y d o ta c

pls ye e P (yo tnrs )Sw ee rve dM e r n eiwe . aw lht eema c n a aylt n h oye i ani i,e h tl e c et lsas dt e p lm r zt oro at r s d tr pr P r n r d c Id aen ee c sou e o p e a e s Sewe i t o u . teh sb e mp a i dt a h t d e f ra to h s z tht es ui os e c i n e e gn eig f csd o eeo ig a p a ir c s pn c e c o a r e y i o t n .n ei r o u e n d vlpn o nt nm lpo e s a d esi l a r ta e rv m p r a r t eK rs sn i t c i oy t rn,m e a l cn a a y tp l me a i in r t na wy d o d y a t opl s y e ec l te ec ts, loy rzo ot e

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