聚合物粘土纳米复合材料研究现状及应用前景.pdf

第5卷第4期建筑材料学报Vo1．5．NO．4
2002年12月JOURNALOFBUllDINGMATERIALSDec．，2002

文章编号：1007—9629(2002)04—0353—07
聚合物／粘土纳米复合材料研究现状及应用前景

任杰一，刘艳，唐小真
(1．同济大学混凝土材料研究国家重点实验室，上海200092；
2．上海交通大学高分子材料科学与工程系，上海200240)

摘要：阐述了聚合物／粘土纳米复合材料(PCN)的制备方法，并简要描述了蒙脱土的基本
性质及其有机改性机理，讨论了插层法制备PCN的合成方法以及PCN的性能、表征、热
力学及动力学行为，最后展望了PCN的应用前景．
关键词：插层；蒙脱土(MMT)；聚合物／粘土纳米复合材料(PCN)
中图分类号：TU599；063；TQI72．42文献标识码：A

ResearchandApplicationsofPolymer／MontmorilloniteNanocomposites

byIntercalationProcess

RENJiP一，Lj【，Yah，TANGXiao—zhen
(1．StateKeyLaboratoryofConcreteMaterialsResearch，TongiiUniversity，Shanghai200092，China；
2．DepartmentofPolymerScienceandEngineering，ShanghaiJiaotongUniversity，Shanghai200240，China)

Abstract：Inthispaper，firstly，allkindsofpreparationofpolymer／claynanocomposites(PCN)are
summarizedup，propertiesandorganictreatmentofMMTarebrieflydescribed．Secondly，therecent

developmentsinsynthesis，characterization，propertiesandanalysisofthermodynamicsandkineticsin

PCNmadebyintercalativemethodsarereviewed．Finally，potentialapplicationprospectsofthismate—

rialarealsoevaluated．
Keywords：intercalation；montmorillonite(MMT)；polymer／claynanocomposites(PCN)

纳米复合材料(nanocomposites)是20世纪80年代初由Roy⋯提出的，与单一相组成的纳米结
晶材料和纳米相材料不同，它是由2种或2种以上的吉布斯固相至少在1个方向以纳米级(1～100
nm)复合而成的复合材料，这些固相可以是非晶质、半晶质、晶质或者兼而有之，而且可以是无机、
有机或二者都有．日本已将PA／粘土纳米复合材料应用于汽车工业、食品包装业等，其它潜在的应
用包括飞机内部材料、燃料箱、电工或电子元件、防护罩结构部件、制动器和轮胎等．
插层法制备有机一无机纳米复合材料，是将聚合物或有机物插入到无机物的层间间隙而形成的
二维有序纳米复合材料的方法_2』．具有层状结构的蒙脱土(montmorillonite，简称MMT)，是目前最
具有商业价值和实际应用前景的能制成纳米复合材料的最理想的天然矿物_3』．近年来，以聚合物
为基体、粘土为无机插层主体而制备的聚合物／粘土纳米复合材料(polymer／claynanocomposites，简
称PCN)，由于其具有比常规聚合物／无机填料复合材料更有意义的性能，如优异的力学、热学性能

收稿日期：2002。05。27；修订日期：200207。02
基金项目：上海市青年科技启明星计划资助项目(OOQE|4047)；匕海市重点学科建设资助项目
作者简介：任杰(1965一)，男，江苏人，同济大学副教授，上海交通大学博士生．

354建筑材料学报第5卷

和气体阻隔性能，而倍受各国材料科学家的广泛关注本文对近年来用插层法制备PCN纳米复合
材料的研究进展和应用前景予以评述．

1粘土的基本性质及其表面化学修饰

蒙脱土(MMT)是一类2：1型的层状硅酸盐粘土，如钠MMT、锂
MMT和海泡石等，其结构如图1所示l4J．它的基本结构单元是由1片
铝氧八面体夹在2片硅氧四面体之间，靠共用氧原子而形成的层状结
构，每个结构单元的尺度为0．96nm厚，长、宽各为100nm．MMT铝
氧八面体上部分三价铝容易被二价镁同晶置换，使层内表面剩有负电
荷，过剩的负电荷通过层