聚合物基復(fù)合材料課件

1、第第九九組組聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法聚合物基納米復(fù)合材料的制備方法層間插入法層間插入法 共混法共混法 原位聚合法原位聚合法 分子的自組裝及組裝分子的自組裝及組裝 423156溶膠溶膠-凝膠法（凝膠法（sol-gle法）法）輻射合成法輻射合成法 溶膠溶膠- -凝膠法凝膠法是最早用來制備納米復(fù)合材料是最早用來制備納米復(fù)合材料的方法之一。所謂的溶膠的方法之一。所謂的溶膠- -凝膠工藝過程是凝膠工藝過程是將前驅(qū)物在一定的有機溶劑中形成均質(zhì)溶液，將前驅(qū)物在一定的有機溶劑中形成均質(zhì)溶液，均質(zhì)溶液中的溶質(zhì)水解形成納米級粒子并成均質(zhì)溶液中的溶質(zhì)

2、水解形成納米級粒子并成為溶膠，然后經(jīng)溶劑揮發(fā)或加熱等處理使溶為溶膠，然后經(jīng)溶劑揮發(fā)或加熱等處理使溶膠轉(zhuǎn)化為凝膠。膠轉(zhuǎn)化為凝膠。1、溶膠、溶膠-凝膠法（凝膠法（sol-gle法）法）1、溶膠、溶膠-凝膠法（凝膠法（sol-gle法）法）根據(jù)聚合物與無機組分的相互作用情況，可將其分根據(jù)聚合物與無機組分的相互作用情況，可將其分為以下幾類：為以下幾類：（1）直接將可溶性聚合物嵌入到無機網(wǎng)絡(luò)中）直接將可溶性聚合物嵌入到無機網(wǎng)絡(luò)中 （2）嵌入的聚合物與無機網(wǎng)絡(luò)有共價鍵作用）嵌入的聚合物與無機網(wǎng)絡(luò)有共價鍵作用 （3）有機）有機-無機互穿網(wǎng)絡(luò)無機互穿網(wǎng)絡(luò)1、溶膠、溶膠-凝膠法（凝膠法（sol-gle法）法）溶

3、膠溶膠- -凝膠法的特點凝膠法的特點: :可在溫和條件下進行，可使兩相分散均勻，通過控制前驅(qū)物的水解可在溫和條件下進行，可使兩相分散均勻，通過控制前驅(qū)物的水解- -縮合來調(diào)節(jié)溶膠縮合來調(diào)節(jié)溶膠- -凝膠化過程，從而在反應(yīng)早期就能控制材料的表凝膠化過程，從而在反應(yīng)早期就能控制材料的表面與界面性能，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)極其精細的第二相。面與界面性能，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)極其精細的第二相。存在的問題存在的問題是在凝膠干燥過程中，由于溶劑、小分子、水的揮發(fā)可是在凝膠干燥過程中，由于溶劑、小分子、水的揮發(fā)可能導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力，從而會影響材料的力學(xué)和機械性能。能導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力，從而會影響材料的力學(xué)和機械性能。另

4、外，該法所選聚合物必須是溶解于所用溶劑中的，因而這種方法另外，該法所選聚合物必須是溶解于所用溶劑中的，因而這種方法受到一定限制。受到一定限制。 層間插入法層間插入法是利用層狀無機物是利用層狀無機物( (如粘土、云如粘土、云母等層狀金屬鹽類母等層狀金屬鹽類) )的膨脹性、吸附性和離子交的膨脹性、吸附性和離子交換功能，使之作為無機主體，將聚合物換功能，使之作為無機主體，將聚合物( (或單體或單體) )作為客體插入于無機相的層間，制得聚合物基作為客體插入于無機相的層間，制得聚合物基有機有機- -無機納米復(fù)合材料。無機納米復(fù)合材料。2、層間插入法、層間插入法（1）熔融插層聚合）熔融插層聚合（2）溶液插

5、層聚合）溶液插層聚合 （3）高聚物熔融插層）高聚物熔融插層 （4）高聚物溶液插層）高聚物溶液插層2、層間插入法、層間插入法插入法大致可分為以下幾種：插入法大致可分為以下幾種：3、共混法、共混法 共混法類似于聚合物的共混改性，是共混法類似于聚合物的共混改性，是聚合物與無機納米粒子的共混，該法是制聚合物與無機納米粒子的共混，該法是制備納米復(fù)合材料最簡單的方法，適合于各備納米復(fù)合材料最簡單的方法，適合于各種形態(tài)的納米粒子。種形態(tài)的納米粒子。 3、共混法、共混法根據(jù)共混方式，共混法大致可分為以根據(jù)共混方式，共混法大致可分為以下四種：下四種：(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)機械共混機械共混4、原位聚合法、原位聚合法 原位聚合法原位聚合法是將無機納米粒子與單體均勻是將無機納米粒子與單體均勻混合后在一定溫度條件下由引發(fā)劑作用引發(fā)（混合后在一定溫度條件下由引發(fā)劑作用引發(fā)（或不加）的直接聚合，是制備具有良好分散效或不加）的直接聚合，是制備具有良好分散效果的納米復(fù)合材料的重要方法。該法可一次聚果的納米復(fù)合材料的重要方法。該法可一次聚合成型，適用于各類單體及聚合方法，并保持合成型，適用于各類單體及聚合方法，并保持納米復(fù)合材料良好的性能。納米復(fù)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點：原位聚合法特點：原位聚合法反應(yīng)條件溫

7、和，制備的復(fù)合材料中原位聚合法反應(yīng)條件溫和，制備的復(fù)合材料中納米粒子均勻分布，粒子的納米特性完好無損，納米粒子均勻分布，粒子的納米特性完好無損，同時在聚合中，只經(jīng)一次聚合成型，不需熱加工，同時在聚合中，只經(jīng)一次聚合成型，不需熱加工，避免了由此產(chǎn)生降解，從而保持了基本性能的穩(wěn)避免了由此產(chǎn)生降解，從而保持了基本性能的穩(wěn)定。定。但其使用有較大的局限性，因為該方法僅適用但其使用有較大的局限性，因為該方法僅適用于含有金屬、硫化物或氫氧化物膠體粒子的溶液于含有金屬、硫化物或氫氧化物膠體粒子的溶液中使單體分子進行原位聚合制備納米復(fù)合材料。中使單體分子進行原位聚合制備納米復(fù)合材料。5、分子的自組裝及組裝、分子

8、的自組裝及組裝分子的自組裝及組裝的分類：分子的自組裝及組裝的分類：1聚合物聚合物-無機無機納納米自米自組組裝膜裝膜 (1) LB技技術(shù)術(shù) (2) MD技技術(shù)術(shù)2聚合物在有序無機聚合物在有序無機納納米中的米中的組組裝裝 3模板法模板法 5、分子的自組裝及組裝、分子的自組裝及組裝 分子的自組裝及組裝的特點：分子的自組裝及組裝的特點：通過分子自組裝和組裝技術(shù)可實現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)通過分子自組裝和組裝技術(shù)可實現(xiàn)材料結(jié)構(gòu)和形態(tài)的人工控制，使結(jié)構(gòu)有序化，進而控制和形態(tài)的人工控制，使結(jié)構(gòu)有序化，進而控制材料的功能。材料的功能。在磁、光、光電、催化、生物等物理、化學(xué)在磁、光、光電、催化、生物等物理、化學(xué)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用

9、，決定了分子自組裝及組裝聚領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，決定了分子自組裝及組裝聚合物基有機合物基有機-無機納米復(fù)合物很有發(fā)展前途。無機納米復(fù)合物很有發(fā)展前途。6、輻射合成法、輻射合成法 輻射合成法輻射合成法適合于制備聚合物基金屬納米復(fù)合適合于制備聚合物基金屬納米復(fù)合材料，它是將聚合物單體與金屬鹽在分子級別混合，材料，它是將聚合物單體與金屬鹽在分子級別混合，即先形成金屬鹽的單體溶液，在利用鈷源或加速器即先形成金屬鹽的單體溶液，在利用鈷源或加速器進行輻射，電離輻射產(chǎn)生的初級產(chǎn)物能同時引發(fā)聚進行輻射，電離輻射產(chǎn)生的初級產(chǎn)物能同時引發(fā)聚合及金屬離子的還原，聚合物的形成過程一般要較合及金屬離子的還原，聚合物的形成過程一般要較金屬離子的還原、聚集過程快，先生成的聚合物長金屬離子的還原、聚集過程快，先生成的聚合物長鏈使體系的粘度增加，限制了納米小顆粒的進一步鏈使體系的粘度增加，限制了納米小顆粒的進一步聚集，因而可得到分散粒徑小、分散均勻的聚合物聚集，因而可得到分散粒徑小、分散均勻的聚合物基有機基有機- -無機納米復(fù)合材料。無機納米復(fù)合材料。 總之，以上幾種方法各具特色，各有其適用總之，以上幾種方法各具特色，各有其適用范圍。對具有層狀結(jié)構(gòu)的無機物，可用插層復(fù)合范圍。對具有層狀結(jié)構(gòu)的無機物，可用插層復(fù)合法；對不易獲得納米粒子的材料，可采用溶膠法；對不易獲得納