高分子納米復(fù)合材料.ppt.ppt

高分子納米復(fù)合材料 主要內(nèi)容 什么是聚合物基納米復(fù)合材料分類性能特點納米粒子對分子鏈受限松弛行為的影響 什么是聚合物基納米復(fù)合材料 復(fù)合材料 就是由兩種或者兩種以上的物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料 4 納米復(fù)合材料 納米復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的固相至少在一維以納米級大小 1 100nm 復(fù)合而成的材料 非晶體 半晶體 晶體無機物 陶瓷 金屬等 有機物 高分子 等 無論分散相還是連續(xù)相 聚合物基納米復(fù)合材料 以聚合物 樹脂 為連續(xù)相 以納米粒子為分散相的復(fù)合材料 一般納米粒子為無機物 但有時候是有機物 如剛性棒狀高分子 包括溶致性和熱致性液晶高分子 他們以分子水平分散在聚合物基體中 形成有機物 有機物納米復(fù)合材料 納米復(fù)合材料的構(gòu)成 納米復(fù)合材料的分類 按制備方法分類 填充復(fù)合材料 納米材料以粉體形式分散在聚合物基體中形成的復(fù)合材料納米材料可以與基體共混形成 也可以原位聚合而成 雜化復(fù)合材料 通過溶膠凝膠技術(shù)合成的納米材料為分散相的復(fù)合材料 插層復(fù)合材料 以粘土礦物為插層主體形成的復(fù)合材料 粘土層狀硅酸鹽被剝離成二維納米片層分散在聚合物中 雜化復(fù)合材料合成示意圖 插層納米復(fù)合材料合成示意圖 納米復(fù)合材料的性能特點 可綜合發(fā)揮各組分的協(xié)同效能 復(fù)合材料的基本性質(zhì) 性能的可設(shè)計性 可以針對納米材料的需求進行材料的設(shè)計和制造 可按需求加工成所需形狀 避免多次加工和重復(fù)加工 基本性能特點 同步增韌增強效應(yīng) 納米材料對有機聚合物進行復(fù)合改性 卻是在發(fā)揮無機材料增強效果的同時 又能起到增韌的效果 新品功能高分子材料 傳統(tǒng)功能高分子基本上都是通過化學(xué)反應(yīng)合成特殊官能團得到 但是納米材料可以直接或者間接達到具體的功能 如光電轉(zhuǎn)換 高校催化 紫外屏蔽等 特殊性質(zhì) 防老化 強度大 模量高阻隔性能 對于插層納米復(fù)合材料 聚合物分子鏈進入到層狀無機納米材料片層之間 分子鏈運動受到限制 而顯著提高了復(fù)合材料的耐熱性和材料的尺寸穩(wěn)定性 層狀物極納米材料在二維方向阻隔各種氣體的滲透 從而達到良好的阻燃 氣密作用 納米復(fù)合材料有諸多先進性 但體系一旦發(fā)生相分離 即納米微粒發(fā)生團聚 則有關(guān)納米復(fù)合材料的特殊性能將無法實現(xiàn) 所以 不論哪種納米復(fù)合材料的制備方法 只有真正解決了納米粒子的團聚問題 使得納米材料的復(fù)合熵變的很大 才能真正稱為納米復(fù)合材料 納米粒子對分子鏈受限松弛行為的影響 廣義而言 分子鏈運動的受限環(huán)境就是能夠影響分子鏈運動的環(huán)境 例如介孔材料 有機無機復(fù)合材料等 對于聚合物基納米復(fù)合材料 由于納米粒子的加入 聚合物分子運動受到納米粒子的干擾限制 此時分子鏈的運動環(huán)境成為受限環(huán)境 分子鏈的運動行為稱為受限松弛行為 何為分子鏈運動的受限環(huán)境 目前 有關(guān)分子鏈的受限動力學(xué)的實驗現(xiàn)象矛盾而對立 相關(guān)的理論描述還沒有建立 lu等對玻璃化轉(zhuǎn)變附近有機層狀黏土改性環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料受限松弛行為的研究認為錨固于硅酸鹽片層間的聚合物形成界面層 物理老化過程中其分子鏈段松弛運動受限 造成復(fù)合材料中高分子鏈段松弛動力學(xué)過程減慢 tg提高 chen等對有機層狀黏土改性環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料的研究得出了相反結(jié)論 認為硅酸鹽片層間距大于5nm時 片層表面的分子鏈對基體產(chǎn)生增塑作用 復(fù)合材料基體的tg下降 納米粒子對分子鏈受限松弛行為的影響 就目前的研究結(jié)果而言 納米粒子的加入對聚合物分子的松弛行為的影響是顯著的 尤其是對于填充型和插層型納米復(fù)合材料 有關(guān)學(xué)者進行了大量的研究報道 例如 李谷等對ps 納米caco3復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變及物理老化研究發(fā)現(xiàn) 少量的納米caco3粒子對ps基體的分子鏈鍛松弛行動有促進作用 并且隨著納米caco3質(zhì)量分數(shù)的增加而有不同程度的下降 盧紅斌等對層狀硅酸鹽 環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料在受限環(huán)境下松弛行為的研究得出了三種松弛模型 認為 與硅酸鹽片層相連的鏈段松弛速率最低 而在層與層之間的部分松弛速率最快 其他區(qū)域的鏈段松弛速率則與純ps時的相同 當聚合物與硅酸鹽片層以弱的作用力 比如物理吸附 結(jié)合時其鏈段松弛速率最低 當聚合物嫁接到硅酸鹽固體表面時 松弛速率最快 也即是 當聚合物鏈與納米粒子結(jié)合時 這部分的鏈段松弛速率會大大增加 coarse graineddomainrelaxationmodeldepictingtherestrictedrelaxationoftheintercalatedorexfoliatedlayeredsilicate polymernanocomposites 納米caco3粒子的加入對ps分子鏈的影響是兩方面的 一方面 納米caco3的加入 增加了ps鏈與鏈間的自由體積 另一方面 納米caco3粒子對其之間的ps分子鏈起到了加速松弛作用 這兩種因素不相互對立 而是各自獨立 共同促進了分子鏈的松弛 只是方式的不同 納米caco3粒子對ps分子鏈松弛的加速效果取決于納米粒子在其中的分散程度 當加入納米碳酸鈣之后 ps分子鏈的松弛速率加快 但加快的程度取決于納米粒子在基體中的分散程度 個人見解 參考文獻 hongbinlu stevennutt restrictedrelaxationinpolymernano2compositesneartheglasstransition j macromolecules 2003 36 4010 4016 chenjs poliksmd oberck etalstudyoftheinterlayerexpansionmechanismandthermal mechanicalpropertiesofsurface hyphen initiatedepoxynanocomposites j polym