納米粘土材料

粉體材料的粒級劃分超細(xì)粉體材料：平均粒徑在1-10微米亞超細(xì)（或亞微米）粉體：平均粒徑在1-0.1微米納米粉體材料：平均粒徑在1-100納米1可編輯課件PPTTheConceptofNanocomposite納米復(fù)合材料：分散相尺寸有一維在納米量級（1-100納米）的復(fù)合材料。零維納米材料：三維均在納米量級，球狀一維納米材料：有兩維在納米量級，管狀二維納米材料：有一維在納米量級，片狀2可編輯課件PPT納米材料的兩個重要特性尺寸效應(yīng)：至少有一維在1-100納米范圍突變效應(yīng)：尺寸小到一定程度，其性能發(fā)生突變3可編輯課件PPT隨著納米粒子的尺寸的變小，表面積急劇增大，表面原子百分?jǐn)?shù)迅速增加，表現(xiàn)為很高的化學(xué)活動性。4可編輯課件PPT天然納米礦物材料蛋白石：納米介孔材料，孔直徑在5-20納米，比表面積在277.3m2/g纖蛇紋石石棉：纖維直徑在16-56納米之間，比表面積50-100m2/g石墨：經(jīng)物理或化學(xué)分散后，可制成納米石墨蒙皂石粘土礦物、球粘土沸石、海泡石、?？|石為具納米孔道的天然納米結(jié)構(gòu)材料5可編輯課件PPTNanoclayComposite粘土片層納米級分散在有機(jī)基質(zhì)(橡膠或塑料高分子聚合物中）制成的復(fù)合材料6可編輯課件PPT蒙脫石晶體顯微結(jié)構(gòu)透射電鏡照片7可編輯課件PPT粘土片層在基質(zhì)中的幾種分散情況8可編輯課件PPT納米粘土/聚合物復(fù)合材料的透射電鏡照片9可編輯課件PPT聚合物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料（PolymerLayeredSilicate簡稱PLS）：美國康乃爾大學(xué)的Giannelis和Pinnavaia等小組、Pennsylvaia大學(xué)、DowChemicalCompany、日本豐田發(fā)展中心和中國科學(xué)研究院化學(xué)研究所、北京化工大學(xué)。粘土/塑料高分子聚合物納米復(fù)合材料：粘土/橡膠高分子聚合物納米復(fù)合材料：納米粘土復(fù)合物材料研究現(xiàn)狀10可編輯課件PPT聚合物/粘土納米復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)(1)重量輕，很少質(zhì)量分?jǐn)?shù)（3%~5%）即可具有很高性能(2)具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及尺寸穩(wěn)定性；(3)力學(xué)性能優(yōu)于纖維增強(qiáng)聚合物體系，可以在二維方向上起到增強(qiáng)的作用。(4)有優(yōu)異的阻隔性能；(5)納米蒙脫石/熱塑性聚烯烴復(fù)合物容易再生利用，其力學(xué)性能能夠在再生中得到提高；(6)具有抗靜電性和阻燃性；(7)填料顆粒小，塑料制品的表面更加光潔[9]。11可編輯課件PPT粘土納米復(fù)合材料對氣體的阻隔性能12可編輯課件PPT納米粘土在液晶材料上的應(yīng)用13可編輯課件PPT溶膠-凝膠法插層法共混法填充法。納米復(fù)合材料的制備方法14可編輯課件PPT溶膠-凝膠法（Sol-GelProcess）是由R-Si(OCH3)3反應(yīng)物開始，其中R是可聚合的單體。無機(jī)相是由-Si(OCH3)3基團(tuán)的水解和縮合生成的體型硅酸鹽，而有機(jī)相是由R-聚合而成的高分子，有機(jī)-無機(jī)相之間以C-Si共價鍵相連[29]，具有納米微粒較小的粒度和較均勻的分散程度，但合成步驟復(fù)雜，納米材料與有機(jī)聚合物材料的選擇空間不大。15可編輯課件PPT插層法是一種制備有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料的重要方法。此法能夠獲得趨于單一分散的納米片層的復(fù)合材料，容易工業(yè)化生產(chǎn)，但不足之處是可供選擇的納米前驅(qū)體材料不多，僅限于蒙脫石粘土等幾種層狀硅酸鹽。16可編輯課件PPT有機(jī)大分子在晶層中的幾種排列情況17可編輯課件PPT有機(jī)分子不同，蒙脫石晶層膨脹間距大小也不同18可編輯課件PPT共混法是納米粉體與聚合物粉體混合的最簡單、方便的方法，但制得的復(fù)合材料遠(yuǎn)沒有達(dá)到納米級分散水平，而只屬于微觀復(fù)合材料。原因在于，當(dāng)填料粒徑減小到1~0.1μm時，粒子的表面能如此之大，粒子間的自聚作用非常顯著，現(xiàn)有的共混技術(shù)難以獲得納米尺度的均勻共混；現(xiàn)有的界面改性技術(shù)難以完全消除填料與聚合物基體間的界面張力。19可編輯課件PPT填充法目前仍處于發(fā)展初期，其優(yōu)點(diǎn)是納米材料和基體聚合物材料的選擇空間很大，納米材料可以任意組合，任意分散。20可編輯課件PPT用于制備聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料的無機(jī)物包括：層狀硅酸鹽礦物，層狀化合物，金屬粉體以及各種無機(jī)氧化物等。無機(jī)氧化物SiO2、TiO2、SiC等用于制備粉體材料的技術(shù)在現(xiàn)階段已相當(dāng)成熟。在聚合物-無機(jī)納米復(fù)合材料中，以粘土為無機(jī)相的復(fù)合材料仍然占據(jù)相當(dāng)大的比例。粘土主要是由粘土礦物組成。大多數(shù)粘土礦物均為層狀含水的硅酸鹽。作為納米前驅(qū)體的層狀硅酸鹽片層尺度一般均在1~100nm之間，因此，層狀硅酸鹽本身就是“天然的納米”結(jié)構(gòu)，這種層狀結(jié)構(gòu)是設(shè)計制備有機(jī)高分子-無機(jī)粘土納米復(fù)合材料的基礎(chǔ)，由此得到的納米復(fù)合材料比基體高分子大大提高，因此形成了今天世界范圍內(nèi)的研究開發(fā)熱點(diǎn)。21可編輯課件PPT層狀硅酸鹽礦物是由表面帶負(fù)電的片層，靠層間可交換性陽離子的靜電作用而形成的層狀結(jié)構(gòu)，層間可交換陽離子可與其它有機(jī)陽離子進(jìn)行離子交換反應(yīng)而使層間距增大，然后使單體或有機(jī)高分子插入其層間而形成納米復(fù)合材料。層狀硅酸鹽礦物（蒙脫石）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)22可編輯課件PPT制備納米復(fù)合材料的層狀硅酸鹽礦物應(yīng)具有如下特殊性質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)：高徑比達(dá)1000的完全分散的晶層，這種片層晶體具有的畸變、缺陷和斷鍵等形成更多的端面，導(dǎo)致較高的物理、化學(xué)活性和顯著的吸附性能；粘土的純度。有效的層狀硅酸鹽片晶含量要高；可以通過有機(jī)陽離子和無機(jī)金屬離子的離子交換反應(yīng)來調(diào)節(jié)粘土的表面化學(xué)特性，使其表面由親水性改為親油性，與有機(jī)聚合物客體之間存在強(qiáng)親和性，插層客體不易脫離；粘土的穩(wěn)定性好。作為插層用的粘土是一種不具有氧化還原性質(zhì)的惰性主體，被插入到層間的有機(jī)可聚合單體的聚合反應(yīng)，以及插層復(fù)合材料的加工等可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計工作條件，而不必考慮粘土的可變性。23可編輯課件PPT

層狀硅酸鹽礦物的晶體構(gòu)造分類

1:1型高嶺石族 高嶺石、地開石、珍珠陶土等埃洛石族 埃洛石等 2: