聚甲基倍半硅氧烷_粘土纳米复合材料.pdf

第20卷第4期高分子材料科学与工程Vol.20,No.4
2004年7月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJul.2004

X
聚甲基倍半硅氧烷/粘土纳米复合材料

任建辉1,郑学晶2,马军1,阳明书2,施良和1,徐坚1
(1.高分子物理与化学国家重点实验室;2.工程塑料国家重点实验室,分子科学中心,中科院化学研究所,北京100080)

摘要:通过原位插层法制备了聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)/粘土插层型纳米复合材料。X射线衍射测定
层间距由聚合前的1.9nm增大至3.4nm。复合材料的层间距经过150℃×3h热处理后无明显变化,经
过300℃×3h热处理后层间距明显变小,根据在纳米受限空间内外的PMSQ化学结构对这一反常现
象进行了分析。

关键词:聚甲基倍半硅氧烷;粘土;纳米受限
中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:1000-7555(2004)04-0188-03

复合材料具有单一组分所不具有的综合性插层型纳米复合材料。
能,如乙丙橡胶/尼龙复合材料兼具二组分的综
合性能[1～3]。层状硅酸盐粘土纳米复合材料具1实验部分
有很高的强度,硬度及长径比,适于制备复合材1.1主要原料
料[4]。钠基蒙脱土:粒径40Lm～70Lm,阳离子
交换容量为～
迄今为止,尚未发现有关聚有机倍半硅氧70mmol/100g120mmol/100
甲基三甲氧基硅烷道康宁公司提供。
烷(PMSQ)/粘土纳米复合材料的报道。本文中g;:
1.2试样制备
的PSMQ指结构式如(RSiO1.5)n的聚合物,R
浓度为的钠基蒙脱土的水溶液于
可以是甲基、苯基、乙烯基等等。PMSQ大量应5%80
[5]℃搅拌下滴加过量的十六烷基三甲基溴化铵的
用于耐高温涂层。采用粘土补强PMSQ,可望
大幅度提高基体树脂的耐热性及物理力学性磷酸溶液(铵类与磷酸的摩尔比为1∶1),2h
后抽滤水洗至无-以的硝酸银
能,同时降低成本。众所周知,晶粒的尺寸是影,C1(0.1mol/L
响陶瓷韧性的重要因素之一。在有机硅材料的溶液检测无白色沉淀)。真空干燥至恒量,磨碎
成的粉末得到有机化的蒙脱土简
烧蚀过程中,粘土片层可以阻止晶粒的生长,从400mesh,,
而为制备强韧性陶瓷提供简易可行的方法。制称有机土。
将浓度为的磷酸水溶
备聚合物/粘土纳米复合材料通常有两种方法,10mL0.1mol/L
液的甲醇及的氯仿加入三口烧
一是单体插层原位聚合,即将粘土溶胀于单体,30mL30mL
中,再引发聚合使层间距增大至使片层结构解瓶。将3g的有机土溶胀于30g的氯仿中10h,
再加入的甲基三甲氧基硅烷超声波振荡
离;二是熔体插层,即将粘土与聚合物熔融共30g,
。室温下将该混合物逐滴加入到电磁搅
混。由于PMSQ是具有一定支化度的聚合物,30min
拌的上述三口烧瓶中。反应后用去离子水将反
可溶解但不熔融,所以无法采用第二种方法。本
研究以有机化的钠基蒙脱土为原料通过原位插应液洗至中性,再将产物50℃真空干燥至恒
量。
层法制备了聚甲基倍半硅氧烷(PMSQ)/粘土
1.3表征

X收稿日期:2002-07-01
基金项目:国家自然科学基金(20074039)、国家863高技术项目、化学所高分子物理与化学国家重点实验室基金(00-B-01)
联系人:徐坚.
第4期任建辉等:聚甲基倍半硅氧烷/粘土纳米复合材料189

复合材料的层间距采用X射线粉末衍射间距3.42nm,大约占79%;二是在2H=5.30°
法测定,测试条件:放射源为CuKA,管电压40处的衍射峰,对应于层间距1.67nm,大约占
kV,管电流100mA。21%。这表明,大部分粘土晶片的层间距经过单
体插层原位聚合明显增大,但少部分的层间距
反而减小。究其原因,可以从单体插层原位聚合
的过程中得到解释。经过有机化处理,十六烷基
三甲基溴化铵通过离子交换取代了钠基蒙脱土
片层表面的钠粒子,层间距由0.97nm增至
1.97nm,同时由于粘土片层附着了烷基链,粘
土由亲水性转变为亲油性。当有机土溶于氯仿
或单体时,粘土片表面的烷基链处于伸展状态,
粘土片之间的间距被撑大,为单体插层提供空
间;另一方面,亲和作用使得溶剂分子或单体易
.1
FigXRDpatterns于迁移插入片层内得到插层混合物。如实验部
(a):polymethylsilsesquioxane;(b):organo-,
MMT;(c):polymethylsilsesquioxaneandorg-分所述,将混合物滴加入三口烧瓶中,在层内的
MMTnanocoposite.
单体、溶剂分子及H+在相互扩散的同时发生
Tab.1XRDdateoforgano-MMT(sampleb)聚合反应,由于单体甲基三