无机纳米高分子的制备方法总结

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所属分类:高分子文章

纳米高分子是指无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中形成的有机/无机纳米复合材料。下面我们对纳米高分子的制备方法进行一定的总结。

1.插层复合法

层状无机物(如粘土、云母、五氧化二钒、三氧化二锰层状金属盐类等)在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区,其片层间距一般为纳米级,可容纳单体印聚合物分子。

无机纳米高分子的制备方法总结

插层复合法就是采用层状元机物作为主体,有机单体作为客体插入无机物夹层间进行原位聚合或聚合物直接插进夹层间形成复合物。根据插层形式不同又可分为以下几种;

(1)插层聚合 单体先嵌入片层中,再在热、光、引发剂等作用下聚合。例如将粘土与己内酰胺熔融混合,在引发剂作用下制得粘土/尼龙(PA)嵌入复合材料;将苯胺、吡咯、噻吩、映喃等单体嵌入无机片层,再化学氧化或电化学聚合,制得导电性复合材料。

(2)溶液或乳液插层 通过溶液或乳液将聚合物单体嵌入片层中。例如通过丁苯橡胶甲苯溶液和丁苯胶乳分别与粘土共混制备粘土丁苯橡胶纳米复合材料。但该方法的关键是寻找合适的单体和相容的聚合物粘土矿溶剂体系。

(3)熔融插层 将聚合物熔融嵌入片层中。如将烷基铵蒙脱石与聚苯乙烯(Ps)粉末混合,压成球团,在高于Ps的玻璃化温度下加热球团,可制得纳米粘土/聚苯乙烯。该法不需溶剂,适合大多数聚合物。

2.溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶技术是在聚合物存在的前提下,在共溶体系中使前驱物水解得溶胶,进而凝胶化,干燥制成纳米材料。该方法又可细分为:

1)前驱物溶于聚合物溶液中,再溶胶、凝胶。如采用这一技术通过硅酸乙酯在聚酰亚胺的N,N—二甲基乙酰胺溶液中溶胶-凝胶反应,制得纳米SiO2/聚酰亚胺塑料;

2)生成溶胶后,与聚合物共混,再凝胶。如将异丙醇铝溶胶与聚乙烯醇(PVA)混合,进行凝胶化,真空干燥得纳米Al2O3/PVA塑料。

3)前驱物存在下先使单体聚合,再凝胶化,先制得包覆油酸的TiO2/甲基丙烯酸甲酯溶胶,以过氧化苯甲酰为引发剂,聚合得纳米TiO2/PMMA塑料。

4)前驱物和单体溶解于溶剂中,让水解和聚合同时进行,它可使一些不溶的聚合物靠原位生成而嵌入无机网络中。另外,可在聚合物或单体中引入能与无机组分形成化学键的基团。

3.直接分散法

该技术是制备纳米复合材料最简单的技术,适合各种形态的纳米粒子。为防止粒子团聚,共混前要对纳米粒子表面进行处理。目前采用的表面处理方法有表面覆盖改性、局部活性改性、外膜层改性、机械化学改性等;就共混方式而言,又有溶液共混法、乳液共混法、熔融共混、机械共混等。共混技术将纳米粒子与材料的合成分步进行,可控制粒子形态、尺寸。其难点是粒子的分散问题,控制粒子微区相尺寸及尺寸分布是其成败的关键。在共混时,除采用分散剂、偶联剂、表面功能改性剂等综合处理外,还应采用超声波辅助分散,方可达到均匀分散之目的。

将SiO2在聚吡咯中分散制得的SiO2纳米聚吡咯塑料属于这种结构。制备时是将分散的SiO2微粒(典型粒径20nm)的胶体加入单体中,在氧化剂的作用下,通过电磁搅拌使其在一定温度下聚合。

4.原位分散聚合枝术

原价分散聚合技术是先使纳米粒子在单体中均勾分散,然后进行聚合反应。采用种子乳液聚合来制备纳米塑料是将纳米粒子作种子进行乳液聚合。在乳化利存在的情况下,一方面可防止粒子团聚,另一方面又可使每一粒子均匀分散于胶束中。采用纳米A12O3为种子进行乙酸乙酝的乳液聚合,可得到PVAc/A12O3纳米复合体系。该法同共混法一样,要对纳米粒子进行表面处理,但其效果要强于共混法。该方法既可实现粒子均匀分散,同时又可保持纳米粒子持性,可一次聚合成型,避免加热产生的降解,从而保持备性能的稳定。

来源:高分子学习研究公众号,Suo

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