聚合物基复合材料课件

1、第第九九组组聚合物基纳米复合材料的制备方法聚合物基纳米复合材料的制备方法聚合物基纳米复合材料的制备方法聚合物基纳米复合材料的制备方法层间插入法层间插入法 共混法共混法 原位聚合法原位聚合法 分子的自组装及组装分子的自组装及组装 423156溶胶溶胶-凝胶法（凝胶法（sol-gle法）法）辐射合成法辐射合成法 溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法是最早用来制备纳米复合材料是最早用来制备纳米复合材料的方法之一。所谓的溶胶的方法之一。所谓的溶胶- -凝胶工艺过程是凝胶工艺过程是将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液，将前驱物在一定的有机溶剂中形成均质溶液，均质溶液中的溶质水解形成纳米级粒子并成均质溶液中的溶质

2、水解形成纳米级粒子并成为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶为溶胶，然后经溶剂挥发或加热等处理使溶胶转化为凝胶。胶转化为凝胶。1、溶胶、溶胶-凝胶法（凝胶法（sol-gle法）法）1、溶胶、溶胶-凝胶法（凝胶法（sol-gle法）法）根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分根据聚合物与无机组分的相互作用情况，可将其分为以下几类：为以下几类：（1）直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中）直接将可溶性聚合物嵌入到无机网络中 （2）嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用）嵌入的聚合物与无机网络有共价键作用 （3）有机）有机-无机互穿网络无机互穿网络1、溶胶、溶胶-凝胶法（凝胶法（sol-gle法）法）溶

3、胶溶胶- -凝胶法的特点凝胶法的特点: :可在温和条件下进行，可使两相分散均匀，通过控制前驱物的水解可在温和条件下进行，可使两相分散均匀，通过控制前驱物的水解- -缩合来调节溶胶缩合来调节溶胶- -凝胶化过程，从而在反应早期就能控制材料的表凝胶化过程，从而在反应早期就能控制材料的表面与界面性能，产生结构极其精细的第二相。面与界面性能，产生结构极其精细的第二相。存在的问题存在的问题是在凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可是在凝胶干燥过程中，由于溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，从而会影响材料的力学和机械性能。能导致材料内部产生收缩应力，从而会影响材料的力学和机械性能。另

4、外，该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的，因而这种方法另外，该法所选聚合物必须是溶解于所用溶剂中的，因而这种方法受到一定限制。受到一定限制。 层间插入法层间插入法是利用层状无机物是利用层状无机物( (如粘土、云如粘土、云母等层状金属盐类母等层状金属盐类) )的膨胀性、吸附性和离子交的膨胀性、吸附性和离子交换功能，使之作为无机主体，将聚合物换功能，使之作为无机主体，将聚合物( (或单体或单体) )作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基作为客体插入于无机相的层间，制得聚合物基有机有机- -无机纳米复合材料。无机纳米复合材料。2、层间插入法、层间插入法（1）熔融插层聚合）熔融插层聚合（2）溶液插

5、层聚合）溶液插层聚合 （3）高聚物熔融插层）高聚物熔融插层 （4）高聚物溶液插层）高聚物溶液插层2、层间插入法、层间插入法插入法大致可分为以下几种：插入法大致可分为以下几种：3、共混法、共混法 共混法类似于聚合物的共混改性，是共混法类似于聚合物的共混改性，是聚合物与无机纳米粒子的共混，该法是制聚合物与无机纳米粒子的共混，该法是制备纳米复合材料最简单的方法，适合于各备纳米复合材料最简单的方法，适合于各种形态的纳米粒子。种形态的纳米粒子。 3、共混法、共混法根据共混方式，共混法大致可分为以根据共混方式，共混法大致可分为以下四种：下四种：(1)(1)溶液共混溶液共混 (2)(2)乳液共混乳液共混 (

6、3)(3)熔融共混熔融共混(4)(4)机械共混机械共混4、原位聚合法、原位聚合法 原位聚合法原位聚合法是将无机纳米粒子与单体均匀是将无机纳米粒子与单体均匀混合后在一定温度条件下由引发剂作用引发（混合后在一定温度条件下由引发剂作用引发（或不加）的直接聚合，是制备具有良好分散效或不加）的直接聚合，是制备具有良好分散效果的纳米复合材料的重要方法。该法可一次聚果的纳米复合材料的重要方法。该法可一次聚合成型，适用于各类单体及聚合方法，并保持合成型，适用于各类单体及聚合方法，并保持纳米复合材料良好的性能。纳米复合材料良好的性能。4、原位聚合法、原位聚合法原位聚合法特点：原位聚合法特点：原位聚合法反应条件温

7、和，制备的复合材料中原位聚合法反应条件温和，制备的复合材料中纳米粒子均匀分布，粒子的纳米特性完好无损，纳米粒子均匀分布，粒子的纳米特性完好无损，同时在聚合中，只经一次聚合成型，不需热加工，同时在聚合中，只经一次聚合成型，不需热加工，避免了由此产生降解，从而保持了基本性能的稳避免了由此产生降解，从而保持了基本性能的稳定。定。但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适用但其使用有较大的局限性，因为该方法仅适用于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液于含有金属、硫化物或氢氧化物胶体粒子的溶液中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。中使单体分子进行原位聚合制备纳米复合材料。5、分子的自组装及组装、分子

8、的自组装及组装分子的自组装及组装的分类：分子的自组装及组装的分类：1聚合物聚合物-无机无机纳纳米自米自组组装膜装膜 (1) LB技技术术 (2) MD技技术术2聚合物在有序无机聚合物在有序无机纳纳米中的米中的组组装装 3模板法模板法 5、分子的自组装及组装、分子的自组装及组装 分子的自组装及组装的特点：分子的自组装及组装的特点：通过分子自组装和组装技术可实现材料结构通过分子自组装和组装技术可实现材料结构和形态的人工控制，使结构有序化，进而控制和形态的人工控制，使结构有序化，进而控制材料的功能。材料的功能。在磁、光、光电、催化、生物等物理、化学在磁、光、光电、催化、生物等物理、化学领域的潜在应用

9、，决定了分子自组装及组装聚领域的潜在应用，决定了分子自组装及组装聚合物基有机合物基有机-无机纳米复合物很有发展前途。无机纳米复合物很有发展前途。6、辐射合成法、辐射合成法 辐射合成法辐射合成法适合于制备聚合物基金属纳米复合适合于制备聚合物基金属纳米复合材料，它是将聚合物单体与金属盐在分子级别混合，材料，它是将聚合物单体与金属盐在分子级别混合，即先形成金属盐的单体溶液，在利用钴源或加速器即先形成金属盐的单体溶液，在利用钴源或加速器进行辐射，电离辐射产生的初级产物能同时引发聚进行辐射，电离辐射产生的初级产物能同时引发聚合及金属离子的还原，聚合物的形成过程一般要较合及金属离子的还原，聚合物的形成过程一般要较金属离子的还原、聚集过程快，先生成的聚合物长金属离子的还原、聚集过程快，先生成的聚合物长链使体系的粘度增加，限制了纳米小颗粒的进一步链使体系的粘度增加，限制了纳米小颗粒的进一步聚集，因而可得到分散粒径小、分散均匀的聚合物聚集，因而可得到分散粒径小、分散均匀的聚合物基有机基有机- -无机纳米复合材料。无机纳米复合材料。 总之，以上几种方法各具特色，各有其适用总之，以上几种方法各具特色，各有其适用范围。对具有层状结构的无机物，可用插层复合范围。对具有层状结构的无机物，可用插层复合法；对不易获得纳米粒子的材料，可采用溶胶法；对不易获得纳