聚苯乙烯PS粘土纳米复合材料的研究进展

聚苯乙烯PS粘土纳米复合材料的研究进展

第２８卷第９期２００４年９月

械

ｆｏｒ

工程材料

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖ０１．２８Ｎｏ．９

Ｓｅｐ．２００４

ＰＳ／粘土纳米复合材料的研究进展

李谷，麦堪成，冯开才，刘振兴

（中山大学化学与化学工程学院，教育部聚合物复合材料及功能材料重点实验室，广东广州５１０２７５）

摘要：聚苯乙烯（ＰＳ）与粘土复合是一种快速有效制备纳米复合材料的途径。ＰＳ／粘土纳米复合材料具有更高的强度、韧度等力学性能和热稳定性，并具有一定的阻燃性和离子电导性。就粘土的改性与复合材料的制备方法、纳米复合材料的物理、力学性能及间规ＰＳ／粘土纳米复合材料中间规ＰＳ的结晶性进行了综述。

关键词：聚苯乙烯；纳米复合材料；粘土；力学性能；结晶性能

中图分类号：０６３１

文献标识码：Ａ

ｏｎ

文章编号：１０００一３７３８（２００４）０９一００３５一０４

ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＲｅｓｅａｒｃｈ

ＬＩ

Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ／ＣｌａｙＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ｚｈｅＩ卜ｘｉｎｇ

Ｇｕ，ＭＡＩＫａ阶ｃｈｅｎｇ，ＦＥＮＧＫ心ｃａｉ，ＬＩＵ

（ＺｈｏｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２７５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ（ＰＳ）ａｎｄｃｌａｙｉｓ

ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｘｈｉｂｉｔｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｕｃｈｒｅｔａｒｄａｎｃｙａｎｄｉｏｎｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ．

Ｔｈｉｓ

ｐａｐｅｒ

ｐｒｅｓｅｎｔｓ

ａ

ａｓ

ａｎ

ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｙｗａｙ

ｔｏ

ｐｒｅｐａｒｅ

ｎａｎｏ＿ｍａｔｅｒｉａｌｓ．

ＰＳ／ｃｌａｙ

ｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄ

ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｔｈｅｍａｌ

ｉｎ

ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｆｌａｍｅ

ｓｕｎｌＩｎａｒｙ

ｏｆｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ

ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ

ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ｉｓ

ａｌｓｏ

ＰＳ／ｃｌａｙｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．

ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

ＴｈｅｃｒｙｓｔａＵｉｚａｔｉｏｎ

ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ

ｓｙｎｄｉｏｔａｃｔｉｃ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｌｙｓｔ”ｅｎｅ；ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｃｌａｙ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｙ；ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ

１

引言

的同时强度韧性增加，热稳定性提高，具有一定的阻燃性和离子电导性。作者就ＰＳ／粘土纳米复合材料的制备方法及物理、力学性能进行综述，同时讨论间规ＰＳ／粘土纳米复合材料中基体间规ＰＳ结晶性能。

２

聚苯乙烯（ＰＳ）具有透明、成型性好、刚性高、化学性能及电绝缘性优良、低吸湿性和价格低廉等优点，但ＰＳ较脆，冲击强度不高，耐环境应力开裂及耐溶剂性能较差，耐热性能低，因而限制了其应用范围。通过共混改性、填充增强，使ＰＳ获得优良的综合性能一直是一个重要研究课题。无机纳米粒子用于聚合物的改性，可将无机粒子的高刚性、高耐热性和尺寸稳定性与高分子的韧性、加工性、介电性有机地结合起来，得到性能优异的聚合物纳米复合材料。目前，用粘土制备ＰＳ纳米复合材料的研究较多。通过原位聚合或熔融、溶液插层法将ＰＳ引入到有机粘土的硅酸盐片层间，得到硅酸盐片层纳米级有序或无序的分散结构，形成插层型或剥离型ＰＳ／粘土纳米复合材料。纳米复合材料保留ＰＳ高透明性

收稿日期：２００３一１１一１７；修订日期：２００４∞３－０４

基金项目：广东省自然科学基金重点资助项目（０２１７３１）作者简介：李谷（１９６８一），女，江西高安人，讲师，博士研究生。导师：麦堪成教授

ＰＳ／粘土纳米复合材料的结构特征

纳米粘土分散到单体或聚合物基体中一般形成

三种类型复合材料：（１）普通复合材料非插层粘土面对面聚集的局部取向层分散于基体中，不形成纳米分散结构。复合材料力学性能差，没有实际应用价值。（２）插层型复合材料

聚合物渗透到粘土硅

酸盐片层通道内，使其片层距由基层距的１ｎｍ左右扩张到２～３ｎｍ。有序片层结构仍然保留在复合材料中，插层结构具有自组装、有序性的多层结构形态。（３）剥离型复合材料通过广泛的聚合物渗透以及硅酸盐晶片的层离，单独的纳米级厚度的粘土片层有序或无序分散在聚合物基体中，不再与相邻片层的阳离子相互作用，片层间距与聚合物的回转半径相当。剥离型复合材料由于片层的大长径比和大表面积，通常性能提高更为显著。

３５