聚酰胺纳米复合材料
聚酰胺纳米复合材料是采用插层聚合法制备的典型聚合物基纳米复合材料。具有层状结构的黏土又称膨润土,是一类非金属矿物,主要成分为含蒙脱土的层状硅酸盐。原位插层聚合技术是通过粒子交换反应使黏土有机化后,将聚酰胺单体插入到准二维硅酸盐黏土的片层结构间进行原位聚合,得到聚合物/黏土复合材料。
材料介绍
近年来,纳米材料逐渐成为研究的焦点,聚合物基纳米符合材料的研究也成为聚合物研究领域的一个热点。由于纳米材料具有特殊的表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应,因而能赋予聚合物基纳米符合材料特殊的性能。
分类
1.聚合物/聚合物分子复合材料
这类材料的特点是:两种或两种以上聚合物共混,其中一种聚合物以纳米尺度分散在其他的聚合物之中。
2.聚合物/层状纳米无机物复合材料这类材料是将层状的无机物以纳米尺度分散到聚合物中而形成的。其制备通常采用插层法,插层制备聚酰胺基纳米符合材料是目前最为成熟的方法。
这类材料是将层状的无机物以纳米尺度分散到聚合物中而形成的。其制备通常采用插层法,插层制备聚酰胺基纳米符合材料是目前最为成熟的方法。
3.聚合物/纳米无机粒子(纤维、管)复合材料
目前这类方法使用较多,发展也最快。聚酰胺基纳米复合材料的制备使用该方法不多。
就聚酰胺纳米复合材料而言,按制备方法可将其分为插层聚合法、共混法和原位分散聚合法。其中,插层聚合法和原位分散聚合法的研究和应用较多。
制备方法
由聚合过程可见,原位插层聚合技术完全不同于共混方法制备有机-无机复合材料,而是将单体插入到层状黏土活性中心的纳米级反应器中,进行定量原位聚合,实现了纳米相的分散和自组装排列,从而达到纳米水平上的材料设计。
中科院化学所发展了一步法原位插层聚合技术,该方法将蒙脱土层间阳离子交换,己内酰胺单体插层以及插层复合物与己内酰胺单体原位聚合在同一稳定胶体分散体系中进一步完成。
聚酰胺/黏土纳米复合材料是采用插层聚合法制备的典型聚合物基纳米复合材料。具有层状结构的黏土又称膨润土,是一类非金属矿物,主要成分为含蒙脱土的层状硅酸盐。原位插层聚合技术是通过粒子交换反应使黏土有机化后,将聚酰胺单体插入到准二维硅酸盐黏土的片层结构间进行原位聚合,得到聚合物/黏土复合材料。由聚合过程可见,原位插层聚合技术完全不同于共混方法制备有机-无机复合材料,而是将单体插入到层状黏土活性中心的纳米级反应器中,进行定量原位聚合,实现了纳米相的分散和自组装排列,从而达到纳米水平上的材料设计。
中科院化学所发展了一步法原位插层聚合技术,该方法将蒙脱土层间阳离子交换,己内酰胺单体插层以及插层复合物与己内酰胺单体原位聚合在同一稳定胶体分散体系中进一步完成。
制备性能
当蒙脱土质量分散仅5%时,NCH的热变形温度和力学性能均明显改进。蒙脱土质量分数在10%以下,NCH强度仍能显着增加,并大大超过传统共混复合材料的增加幅度,同时热变形温度则由PA6的65℃提高到152℃。
在给定的蒙脱土含量范围内,经11-氨基酸处理的蒙脱土加入到复合材料的基体中可以明显改善材料的力学性能。这可以归因于PA6与蒙脱土之间形成了良好的界面粘结。蒙脱土与PA6分子间的连接起到了类似于交联点的作用,是材料的断裂伸长率却骤然增到147&,是相同含量未处理蒙脱土的复合材料的8倍。可以预见,如果蒙脱土的硅酸盐片层都被解离为更细的纳米片层面均匀地分散到PA6的基体中,并和PA6分子实行界面偶联,材料的力学性质必将会有更大幅度的提高。