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原位聚合法制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料研究与
进展
罗小伟
上海市梅陇路 130 号华东理工大学,450 信箱, (200237)
bullghter@163.com
摘 要: 本文综述了原位聚合法制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的最新进展。不同单体与
改性或未改性的蒙脱土原位聚合得到复合材料的耐热性、机械性能、气体阻隔性以及材料的
结构形态和蒙脱土的插层和解离机理都得到详细的研究。聚合物/蒙脱土复合材料各方面的
突出性能预示了其具有极大的应用潜力。
关键词:纳米复合材料 原位聚合 蒙脱土 聚合物/层状硅酸盐复合材料
1. 引 言
纳米复合材料(Nanocomposites)是分散相至少有一维尺寸小于 100nm的复合材料,即分
散相在连续相中达到纳米尺度的分散。这个概念最早于 20 世纪 80 年代初由Rustun Roy
[1]
提
出。分散相和连续相可以是无机或有机材料,分散相可以是粉末、纤维或晶须等。由于纳米
粒子具有纳米尺度效应、宏观量子效应、隧道效应、大的比表面积以及强的界面相互作用,
使得纳米复合材料具对材料性能有许多难以预料的改善,同时还表现出了许多特殊的性能,
如气体阻隔性能、阻燃性能等。因此开发纳米复合材料是近年来开发高性能多功能新型聚合
物材料的热点之一
[2,3,4,5]
。
由聚合物利对高岭土、蒙脱土、绿脱石、云母等具有层状结构的硅酸盐矿物进行插层得
到聚合物/层状硅酸盐复合材料(Polymer Layered Silicate,简称PLS),也常被称作聚合
物/粘土纳米复合材料(Polymer Clay Nanocomposite ,简称PCN)。PLS或PCN是目前新兴的一
种聚合物基无机纳米复合材料。由于有机改性的层状硅酸盐与聚合物基体有较好的结合界
面;且层状硅酸盐在聚合物基体中平面取向,可以在二维方向都起到增强的作用。所以与常
规复合材料相比,很少的用量(质量分数<5%)即可使复合材料的各方面性能如:拉伸强度、
弹性模量、柔韧性能等有极大的提高,同时大大改善复合材料的热稳定性能、气体阻隔性能
[2,3,4]
;因此聚合物/层状硅酸盐复合材料的开发倍受关注。
2. 蒙托土的结构特性
蒙托土(montmorillonite,简称MMT)是一种天然的是一类 2∶1 型的层状硅酸盐粘土,
分子式为:Mn
+
x/n
[Al
4.0-x
Mg
x
](Si
8.0
)O
20
(OH)
4
·yH
2
O其结构如图 1 所示
[4]
。它的基本结构单元是
由铝氧八面体晶片夹在两个硅氧四面体晶片之间靠共用氧原子形成的三明治结构,每个片层
厚 1nm,长宽各为 100nm左右。由于MMT中硅氧八面体中的部分Si
4+
和铝氧八面体上部分Al
3+
容
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