纳米塑料

介绍了中国科学院工程塑料国家重点实验室在聚合物 /层状硅酸盐纳米复合材料领域的研究成果 ;探讨了这一领域的发展方向 (如黏土有机化和新的制备工艺等 )及纳米复合材料的应用前景。

纳米塑料──21世纪塑料的“超星”

本文在简介纳米塑料概念的基础上 ,重点介绍了插层复合法制备纳米塑料及典型纳米塑料的性能。

纳米塑料

纳米塑料是定指用层状硅酸盐作为分散相,利用插层聚合、熔融插层等特殊工艺制备的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料.层状硅酸盐主要来源于天然蒙脱土.故又称聚合物/粘土纳米复合材料[见于学术刊物.包括美国"科学"(Science)杂志和英国"自然"(Nature)杂志].

尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构与力学性能的研究

未经处理及经１１氨基酸处理的蒙脱土由于己内酰胺的引入而发生膨胀．己内酰氨可以在蒙脱土的硅酸盐片层间聚合，形成尼龙６／蒙脱土纳米复合材料．经１１氨基酸处理的蒙脱土和尼龙６分子间有很强的化学相互作用．与未经处理的蒙脱土相比，其所构成的纳米复合材料具有很好的力学性能．

硅橡胶/蒙脱土复合材料的制备、结构与性能

用溶液法和熔融法制备了硅橡胶／蒙脱土复合材料，测定了力学性能、耐热性、耐溶剂性等性能．并与通常采用的２＃气相法白碳黑填充补强硅橡胶的性能作了对比．实验表明，溶液法能使蒙脱土更好地分散在硅橡胶基体中，所得到的复合物的性能有了很大的提高，与２＃气相法白碳黑填充补强的硅橡胶性能相当．

聚对苯二甲酸乙二酯/蒙脱土纳米复合材料的制备和性能

讨论了聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）／层状硅酸盐（蒙脱土）纳米复合材料的制备技术和新材料的结构与性能特征．天然蒙脱土矿物经有机离子修饰剂处理后，参与ＰＥＴ的缩聚反应．ＴＥＭ测定证实蒙脱土在ＰＥＴ中的层厚分布为３０～５０ｎｍ．蒙脱土不影响ＰＥＴ的分子量及其分布．利用ＤＳＣ、ＷＡＸＤ、ＳＡＬＳ和偏光显微镜测定了ＰＥＴ／蒙脱土的结晶速率和结晶形态，说明ＰＥＴ／蒙脱土有着很快的结晶速率，不能生成球晶结构，一般只能生成结构不完整的微晶体．

插层聚合制备聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料及其结构性能表征

将插层聚合的概念引入烯烃聚合 ,制备了聚丙烯 /蒙脱土 ( PP/MMT)纳米复合材料 .X射线衍射和TEM分析结果表明 ,蒙脱土在聚丙烯基体中达到了纳米级的分散 .动态力学性能研究结果表明 ,在高于 Tg的温度区域内 PP/MMT纳米复合材料的储能模量 ( E )成倍增加 ,加入 8%的蒙脱土 ( MMT) ,PP/MMT的E 提高近 3倍 .PP/MMT的玻璃化转变温度 Tg 有一定程度的提高 ,随蒙脱土含量的增加 ,PP/MMT的热分解温度和热变形温度 ( HDT)

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料Ⅰ.制备、表征及动态力学性能

用原位接枝插层法成功地制备了聚丙烯 /蒙脱土纳米复合材料 (PPMNC) .采用X射线衍射研究复合材料中蒙脱土硅酸盐片层间距 ,发现硅酸盐片层间距从 1 94nm升至 4nm左右 .同时研究了PPMNC的动态力学性能 ,结果表明 :PPMNC的动态储能模量明显高于聚丙烯 (PP) ,尤其在T >Tg 高温段 ,甚至可以达到PP基体的

熔体插层制备尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的性能表征

通过熔体插层成功地制备了尼龙６／蒙脱土纳米复合材料，测试了力学性能、耐热性能和耐溶剂性．通过ＴＥＭ、ＷＡＸＤ、ＤＳＣ等手段，研究了结构与结晶行为，并与插层聚合的尼龙６／蒙脱土纳米复合材料进行了对比．实验表明通过熔体插层可使尼龙６基体插层于蒙脱土中，所得到的复合物的性能较尼龙６有很大提高，且与插层聚合的尼龙６／蒙脱土纳米复合材料的性能相当．

插层聚合聚丙烯-蒙脱土纳米复合材料的微观结构形态

使用偏光显微镜、扫描电镜、透射电镜和广角X射线衍射法研究了插层聚合法制备的聚丙烯-蒙脱土(PP-MMT)纳米复合材料的微观结构和形态发展. 结果表明, 随着插层聚合反应的进行, 较大的初级MMT粒子逐渐剥离成较小的次级粒子. 次级粒子由2～20片的单个MMT片层组成, 其层间充满了PP分子链. 提出了插层聚合过程中PP-MMT复合材料的形态发展模型. 另外, MMT的加入对PP的球晶形态也有重要影响, PP完整的球晶随MMT的加入逐渐变小和趋于扭曲甚至破碎.

尼龙6/蒙脱土纳米复合材料的结晶行为

用广角Ｘ射线衍射（ＷＡＸＤ）、差示扫描量热仪（ＤＳＣ）、小角激光散射（ＳＡＬＳ）等手段研究了尼龙６／蒙脱土纳米复合材料的结晶行为．结果表明分散在尼龙６基体中的蒙脱土纳米粒子起成核剂的作用．蒙脱土的表面改性增加了蒙脱土和尼龙６分子之间的界面粘接，它具有阻碍尼龙６结晶的作用。

环氧树脂/粘土纳米复合材料的制备与性能研究

研究了有机蒙脱土在环氧树脂中的插层和剥离行为 ,制备了两种环氧树脂 /蒙脱土纳米复合材料并测试了其力学性能。实验结果表明 ,环氧树脂与有机土的相容性好 ,二者混合时环氧树脂很容易插入到粘土层间。使用经不同有机阳离子处理的两种有机蒙脱土 ,分别制得插层型和剥离型环氧 /粘土纳米复合材料 ,力学性能结果表明 。

聚苯乙烯/蒙脱土熔融插层复合的研究

用熔融法制备了聚苯乙烯／蒙脱土插层复合材料，用Ｘ射线衍射、ＤＳＣ等手段研究了复合材料的结构与性能．聚苯乙烯熔体不能插层于钠基蒙脱土中，但能插层于经有机化合物处理过的蒙脱土中．

聚氨酯弹性体/蒙脱土纳米复合材料的合成、结构与性能

采用插层聚合法合成了综合力学性能优异的聚氨酯 蒙脱土纳米复合材料 .X 射线衍射结果表明 ,蒙脱土以平均层间距不小于 4 5nm的宽分布分散在聚氨酯基体中 .加入 7 5wt%左右的蒙脱土 ,复合材料的拉伸强度高于纯PU基体的 2倍 ,断裂伸长率则高于纯PU基体的 4倍以上 .TGA分析表明 ,聚氨酯

聚酰亚胺/二氧化硅纳米尺度复合材料的研究

通过正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）在聚酰胺酸（ＰＡＡ）的Ｎ，Ｎ’二甲基乙酰胺（ＤＭＡｃ），溶液中进行溶胶凝胶反应，制备出不同二氧化硅含量的聚酰亚胺／二氧化硅（ＰＩ／ＳｉＯ２）复合薄膜材料．二氧化硅含量低于１０ｗｔ％的样品是透明浅黄色薄膜；二氧化硅含量高于１０ｗｔ％的样品是不透明棕黄色薄膜．利用红外光谱、扫描电镜、热失重分析、动态力学分析、热膨胀系数测试和应力应变测试等方法研究了此类材料的结构与性能．结果表明，ＰＩ／ＳｉＯ２纳米复合材料具有较聚酰亚胺更高的热稳定性和更高的模量；线膨胀系数显著降低；拉伸强度和断裂伸长随二氧化硅含量而变化。

插层聚合制备粘土/环氧树脂纳米复合材料过程中粘土剥离行为的研究

用ＸＲＤ、ＤＳＣ 等手段研究了有机蒙脱土在环氧树脂中的插层与剥离行为，证明环氧树脂容易插层到粘土片层间，形成稳定的插层混合物，加入胺固化剂固化后，粘土被剥离而得到剥离型纳米复合材料，剥离程度与所采用的固化温度关系不大，主要取决于固化程度，全部剥离的时间与环氧树脂凝胶的时间接近．

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的等温结晶研究

采用差示扫描量热法 (DSC)对插层聚合法制备的聚丙烯 /蒙脱土纳米复合材料 (PP MMT)的等温结晶过程进行了研究 .引入蒙脱土 (MMT)后 ,PP MMT的结晶速率大幅度提高 ,相对结晶度略有下降 .采用Avrami方程对结晶动力学进行研究 ,Avrami指数n≈ 3 .0 ,半结晶时间t1 2 大幅度降低 .采用Hoffman理论计算了PP MMT的球晶生长的单位面积表面自由能σe,结果表明σe

具有伸展链构象聚苯胺/蒙脱土混杂纳米复合物的合成与表征

报道了具有聚苯胺伸展链构象的聚苯胺／ 粘土（ Ｐ Ａｎ／ Ｍ Ｍ Ｔ） 混杂纳米复合物的合成与表征．用插层聚合的方法将聚苯胺分子链嵌入层状蒙脱土的片层之中，从而得到一种高电导率的聚苯胺／ 层状硅酸盐混杂纳米复合物．通过 Ｘ射线衍射（ Ｘ Ｒ Ｄ） ，付立叶红外（ Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ） ，四探针电导率测量以及定性和定量的电子光谱分析等手段对产物进行了表征，结果表明，９０ ％ 以上的聚苯胺的分子链被插入蒙脱土的片层中间．由于聚苯胺分子链在受限的纳米空间生成，聚苯胺以伸展的单分子链构象存在．该构象在苯胺的通常聚合中不可能生成．通过对聚合过程进行吸收光谱监测，发现该聚合是扩散控制过程．

硅灰石增韧聚合物的界面粘接判据

运用不同的偶联剂处理硅灰石表面，研究界面粘接状况对ＨＤＰＥ／硅灰石复合体系力学性能的影响。得到了超韧的ＨＤＰＥ／硅灰石复合物，缺口冲击强度可达４８０Ｊ／ｍ。引入界面相互作用参数Ｂ对复合体系界面粘接状况进行定量化表征。结果表明，Ｂ值愈大，复合体系的界面粘接愈强，增强效果愈好。并且，与通常认为的增加界面粘接对增韧有利的观点不同，过强的界面粘接对增韧有破坏性的影响，适当的界面粘接才能增韧。这是因为适当的界面粘接可以使复合材料形成高能量吸收的损伤机制。由此，首次给出刚性粒子增韧聚合物的界面条件判据：存在一临界Ｂｃ值，当Ｂ＜Ｂｃ时，复合体系才可能增韧，直至发生脆韧转变，只有同时满足形态条件和界面粘接条件判据，ＨＤＰＥ／硅灰石复合体系才可能同时增强增韧。