1.1 层状硅酸盐粘土的有机化
由于蒙脱土的层间结构松散，水分子或 其他有机分子可以进入层间，所以造成蒙 脱土具有吸水膨胀性、高分散性、吸附性 等，这也是蒙脱土易造浆、活化、有机化 和改型的原因所在，为PLS纳米复合材料 的制备提供了重要依据。
1.1 层状硅酸盐粘土的有机化
由于粘土层间距仅为1nm左右，且层间 化学微环境微亲水憎油性。
○ 价廉易得，最好是现有的工业品。
● 插层剂应满足以下几个条件
离子交换反应:
X MMT Y Y MMT X
简单的可逆过程。在实际的处理过程中， 为了充分将片层间的阳离子交换出来，要 使用过量的插层剂（Y＋）以驱使该反应尽 量向右边进行。
● 插层剂应满足以下几个条件
离子交换的速度主要由粘土颗粒在溶剂 中的扩散速度和插层剂向蒙脱土片层表面 扩散并取代原有金属离子的速度所决定。 研究表明交换速率与浸润时间的平方根有 明显的线性关系。
●力学性能
图 不同填充材料填充PA6时复合体系的弯曲模量对比
●阻隔性能
图 聚合物基纳米复合物用作气体阻隔的模型
●阻隔性能
图 PA6及其纳米复合材料薄膜对水、氧气的阻隔性能比较
●生物降解性能
图 纯的PLA和PLA/MMT纳米复合材料材料在不同 的堆肥时间后生物降解性图示。样品尺寸：3 *10 *0.1 cm3。
为高分子凝聚态物理问题中受限链和聚合 物刷子提供了基本模型。
3. PLS纳米复合材料的性能
与常规聚合物基复合材料相比，PLS具有 的优点：
● 质量轻 ● 优良的热稳定性及尺寸稳定性 ● 力学性能提高 ● 阻隔性能优异等
原位聚合PA6/粘土纳米复合材料
WAXD曲线
照片
TEM
●结晶性能
●力学性能
● 插层剂应满足以下几个条件
图 利用烷基铵盐置换蒙脱土层间阳离子
● 蒙脱土片层间距的测定
布拉格（Bragg）方程计算层间距d：
n 2d sin
测试条件为CuKα，入射X射线的波长λ＝0.154 nm
● 蒙脱土片层间距的测定
1—钠基蒙脱土 2—有机蒙脱土 3—PS/MTT纳米
复合材料
图 几种典型的WAXD谱图
2.1 插层复合法(intercalation compounding)
● 插层聚合法(intercalative polymerization) 先将聚合物单体分散、插层进入层状硅
酸盐片层中，然后引发原位聚合，利用聚 合时放出的大量热量，克服硅酸盐片层间 的作用力，从而使硅酸盐片层以纳米尺度 与聚合物基体复合。
通过离子交换对粘土进行有机化，即粘 土间的阳离子（如Na+，K+，Ca2+等）和有 机阳离子（插层剂）交换生成亲油性粘土。
● 插层剂应满足以下几个条件
○ 容易进入硅酸盐层间，并能显著增大 粘土晶片间层间距。
○ 插层剂分子应与聚合物单体或高分子 链有较强的物理或化学作用，以利于 单体或聚合物插层反应的进行、增强 粘土片层与聚合物两相间的界面粘结。
插层型PLS纳米复合材料
插层型PLS纳米复合材料中层状硅酸盐在随机分布是无序的。
剥离型PLS纳米复合材料
剥离型PLS纳米复合材料中层状硅酸盐有 序结构均被破坏。
插层型PLS纳米复合材料是聚合物链高度 受限于二维空间的理想模型
剥离型PLS纳米复合材料则是高分子链末 端连接在硅酸盐片层表面上的聚合物刷子
● 蒙脱土有机改性方法
○ 烷基铵盐和烷基胺 ○ 氨基酸 ○ 聚合物单体 ○ 引发剂和催化剂 ○ 偶联剂 ○ 多组分共插层剂
2. PLS纳米复合材料的制备方法
2.1插层复合法(intercalation compounding)
将单体或聚合物以液体、熔体或溶液的 方式插入层状硅酸盐片层之间，进而破坏硅 酸盐的片层结构，使其剥离成厚度为1nm的 基本单元，并均匀分散在聚合物基体中，以 实现高分子与粘土在纳米尺度上的复合。
是聚合物大分子链在溶液中借助于溶剂而 插层进入蒙脱土的硅酸盐片层间，再挥发除 去溶剂。这种方式需要合适的溶剂来同时溶 解聚合物和分散粘土。
● 聚合物溶液插层(intercalative polymerization)
● 聚合物熔融插层(intercalative polymerization)
是将聚合物加热，在静态条件下或剪切力 作用下直接插层进入蒙脱土的片层间。
1.1 层状硅酸盐粘土的有机化
在PLS纳米复合材料中应用的层状硅酸盐 矿物有蒙脱土、高岭土、海泡石等，这是由 于它们具有较大的初始间距以及可交换的层 间阳离子，可以利用离子交换的方式将它们 的层间距扩大，从而允许聚合物分子链插入 层间。
可交换阳离子 硅氧四面体
铝氧四面体
硅氧四面体 可交换阳离子
图 蒙脱土晶体结构示意图
第6章 聚合物纳米复合材料的结构与性能
纳米复合材料是指分散相尺寸至少有一维小 于100nm的复合材料。
聚合物基纳米复合材料（Polymeric Nanocomposite，PNC）是以高聚物为基体，与金属 粒子、无机非金属材料以及有机物等进行纳米 复合得到的材料。
聚合物纳米复合材料可将分散相的刚性、 尺寸稳定性、热稳定性及特殊功能与聚合物 的韧性、可加工性及介电性能等完美地结合 起来。且分散相与基体间具有强烈的界面相 互作用，使其表现出不同于一般宏观复合材 料的力学性能、热学性能、电磁学性能以及 光学性能等，是制备高性能多功能聚合物材 料的重要方法之一。
1. 聚合物/层状硅酸盐粘土纳米复合材料 （polymer/layered silicate，PLS）
自1987年日本报道用插层聚合方法制备尼 龙6/粘土混杂材料以来，国内外对聚合物/ 粘土纳米复合材料的研究异常活跃。制备出 Nylon 6、 PET、PBT 、PS/粘土等性能优异 的聚合物/粘土纳米复合材料。
2.2 插层聚合法(intercalative polymerization)
2.3 聚合物插层法(polymer intercalation)
将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合， 通过外力、化学作用使层状硅酸盐剥离成纳 米尺度的片层并均匀分散在聚合物基体中。 ● 聚合物溶液插层(intercalative polymerization)