納米粘土材料

粉體材料的粒級劃分超細粉體材料：平均粒徑在1-10微米亞超細（或亞微米）粉體：平均粒徑在1-0.1微米納米粉體材料：平均粒徑在1-100納米1可編輯課件PPTTheConceptofNanocomposite納米復合材料：分散相尺寸有一維在納米量級（1-100納米）的復合材料。零維納米材料：三維均在納米量級，球狀一維納米材料：有兩維在納米量級，管狀二維納米材料：有一維在納米量級，片狀2可編輯課件PPT納米材料的兩個重要特性尺寸效應：至少有一維在1-100納米范圍突變效應：尺寸小到一定程度，其性能發(fā)生突變3可編輯課件PPT隨著納米粒子的尺寸的變小，表面積急劇增大，表面原子百分數(shù)迅速增加，表現(xiàn)為很高的化學活動性。4可編輯課件PPT天然納米礦物材料蛋白石：納米介孔材料，孔直徑在5-20納米，比表面積在277.3m2/g纖蛇紋石石棉：纖維直徑在16-56納米之間，比表面積50-100m2/g石墨：經(jīng)物理或化學分散后，可制成納米石墨蒙皂石粘土礦物、球粘土沸石、海泡石、玻縷石為具納米孔道的天然納米結(jié)構(gòu)材料5可編輯課件PPTNanoclayComposite粘土片層納米級分散在有機基質(zhì)(橡膠或塑料高分子聚合物中）制成的復合材料6可編輯課件PPT蒙脫石晶體顯微結(jié)構(gòu)透射電鏡照片7可編輯課件PPT粘土片層在基質(zhì)中的幾種分散情況8可編輯課件PPT納米粘土/聚合物復合材料的透射電鏡照片9可編輯課件PPT聚合物/層狀硅酸鹽復合材料（PolymerLayeredSilicate簡稱PLS）：美國康乃爾大學的Giannelis和Pinnavaia等小組、Pennsylvaia大學、DowChemicalCompany、日本豐田發(fā)展中心和中國科學研究院化學研究所、北京化工大學。粘土/塑料高分子聚合物納米復合材料：粘土/橡膠高分子聚合物納米復合材料：納米粘土復合物材料研究現(xiàn)狀10可編輯課件PPT聚合物/粘土納米復合材料的優(yōu)點(1)重量輕，很少質(zhì)量分數(shù)（3%~5%）即可具有很高性能(2)具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性；(3)力學性能優(yōu)于纖維增強聚合物體系，可以在二維方向上起到增強的作用。(4)有優(yōu)異的阻隔性能；(5)納米蒙脫石/熱塑性聚烯烴復合物容易再生利用，其力學性能能夠在再生中得到提高；(6)具有抗靜電性和阻燃性；(7)填料顆粒小，塑料制品的表面更加光潔[9]。11可編輯課件PPT粘土納米復合材料對氣體的阻隔性能12可編輯課件PPT納米粘土在液晶材料上的應用13可編輯課件PPT溶膠-凝膠法插層法共混法填充法。納米復合材料的制備方法14可編輯課件PPT溶膠-凝膠法（Sol-GelProcess）是由R-Si(OCH3)3反應物開始，其中R是可聚合的單體。無機相是由-Si(OCH3)3基團的水解和縮合生成的體型硅酸鹽，而有機相是由R-聚合而成的高分子，有機-無機相之間以C-Si共價鍵相連[29]，具有納米微粒較小的粒度和較均勻的分散程度，但合成步驟復雜，納米材料與有機聚合物材料的選擇空間不大。15可編輯課件PPT插層法是一種制備有機-無機納米復合材料的重要方法。此法能夠獲得趨于單一分散的納米片層的復合材料，容易工業(yè)化生產(chǎn)，但不足之處是可供選擇的納米前驅(qū)體材料不多，僅限于蒙脫石粘土等幾種層狀硅酸鹽。16可編輯課件PPT有機大分子在晶層中的幾種排列情況17可編輯課件PPT有機分子不同，蒙脫石晶層膨脹間距大小也不同18可編輯課件PPT共混法是納米粉體與聚合物粉體混合的最簡單、方便的方法，但制得的復合材料遠沒有達到納米級分散水平，而只屬于微觀復合材料。原因在于，當填料粒徑減小到1~0.1μm時，粒子的表面能如此之大，粒子間的自聚作用非常顯著，現(xiàn)有的共混技術難以獲得納米尺度的均勻共混；現(xiàn)有的界面改性技術難以完全消除填料與聚合物基體間的界面張力。19可編輯課件PPT填充法目前仍處于發(fā)展初期，其優(yōu)點是納米材料和基體聚合物材料的選擇空間很大，納米材料可以任意組合，任意分散。20可編輯課件PPT用于制備聚合物-無機納米復合材料的無機物包括：層狀硅酸鹽礦物，層狀化合物，金屬粉體以及各種無機氧化物等。無機氧化物SiO2、TiO2、SiC等用于制備粉體材料的技術在現(xiàn)階段已相當成熟。在聚合物-無機納米復合材料中，以粘土為無機相的復合材料仍然占據(jù)相當大的比例。粘土主要是由粘土礦物組成。大多數(shù)粘土礦物均為層狀含水的硅酸鹽。作為納米前驅(qū)體的層狀硅酸鹽片層尺度一般均在1~100nm之間，因此，層狀硅酸鹽本身就是“天然的納米”結(jié)構(gòu)，這種層狀結(jié)構(gòu)是設計制備有機高分子-無機粘土納米復合材料的基礎，由此得到的納米復合材料比基體高分子大大提高，因此形成了今天世界范圍內(nèi)的研究開發(fā)熱點。21可編輯課件PPT層狀硅酸鹽礦物是由表面帶負電的片層，靠層間可交換性陽離子的靜電作用而形成的層狀結(jié)構(gòu)，層間可交換陽離子可與其它有機陽離子進行離子交換反應而使層間距增大，然后使單體或有機高分子插入其層間而形成納米復合材料。層狀硅酸鹽礦物（蒙脫石）結(jié)構(gòu)特點22可編輯課件PPT制備納米復合材料的層狀硅酸鹽礦物應具有如下特殊性質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)：高徑比達1000的完全分散的晶層，這種片層晶體具有的畸變、缺陷和斷鍵等形成更多的端面，導致較高的物理、化學活性和顯著的吸附性能；粘土的純度。有效的層狀硅酸鹽片晶含量要高；可以通過有機陽離子和無機金屬離子的離子交換反應來調(diào)節(jié)粘土的表面化學特性，使其表面由親水性改為親油性，與有機聚合物客體之間存在強親和性，插層客體不易脫離；粘土的穩(wěn)定性好。作為插層用的粘土是一種不具有氧化還原性質(zhì)的惰性主體，被插入到層間的有機可聚合單體的聚合反應，以及插層復合材料的加工等可以根據(jù)實際需要設計工作條件，而不必考慮粘土的可變性。23可編輯課件PPT

層狀硅酸鹽礦物的晶體構(gòu)造分類

1:1型高嶺石族 高嶺石、地開石、珍珠陶土等埃洛石族 埃洛石等 2: