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(wú)機(jī)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(shí)現(xiàn)分子級(jí)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(diǎn)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(diǎn)，如前驅(qū)物大都是正硅酸烷基酷，價(jià)格昂貴而且有毒;干燥過(guò)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(jiǎn)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(jì)并獲得特殊性能，同時(shí)避免因傳統(tǒng)工藝制備材料時(shí)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(wèn)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(jī)一無(wú)機(jī)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(wú)損。同時(shí)在聚合過(guò)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?yàn)樵摲椒▋H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(wú)機(jī)物中，然后單體在無(wú)機(jī)片層之間聚合。在此過(guò)程中，單體進(jìn)入無(wú)機(jī)片層之間，并因聚合可使片層間距擴(kuò)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(jí)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(jī)溶劑或水)中剝離成單片層，然后將聚合物(對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)離子交換固定在層狀硅酸鹽上。實(shí)施這種原位聚合的聚合方式并沒(méi)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(guò)把層狀硅酸鹽改性成能在特定溶劑中分層的有機(jī)層狀硅酸鹽，用這種層狀硅酸鹽的有機(jī)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(kuò)開(kāi)，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(guò)程中需要控制和考慮的條件比較苛刻，更增加了聚合過(guò)程的復(fù)雜性，很難在工業(yè)中大量應(yīng)用。但對(duì)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(lái)研究的熱點(diǎn)，但該方法中層狀硅酸鹽需要預(yù)先改性，其成本相對(duì)也較高。1.3.4乳液插層法是近年來(lái)開(kāi)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(diǎn)，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(huì)被“固化”下來(lái)，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(jī)改性土一熔體共混技術(shù)更為簡(jiǎn)單、成本低，無(wú)需層狀硅酸鹽的預(yù)有機(jī)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(diǎn)是不需要進(jìn)行層狀硅酸鹽的預(yù)先有機(jī)化處理，若采用有機(jī)改性層狀硅酸鹽，將有機(jī)層狀硅酸鹽經(jīng)過(guò)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(guò)各種方式直接與有機(jī)聚合物混合而得到的一類復(fù)合材料。這類方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。缺點(diǎn)是納米粒子

8、容易團(tuán)聚，共混時(shí)在聚合物中實(shí)現(xiàn)均勻分散比較困難。1.4.1機(jī)械共混通過(guò)各種機(jī)械方法如攪拌、研磨等來(lái)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(duì)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(shù)脂溶于良好溶劑中，加入納米粒子，充分?jǐn)嚢枋怪鶆蚍稚ⅲ赡せ驖茶T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(duì)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(guò)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(diǎn)。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(dòng)，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(gè)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(gè)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(wú)機(jī)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(qiáng)，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(jì)制備高性能、多功能材料提供了新的機(jī)遇 光/力/熱/阻隔1.7 溶膠- 懸浮液混合法通過(guò)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(dòng)攪拌下加熱蒸發(fā), 至糊狀時(shí)移至微波爐中烘干