3 聚合物/无机纳米复合材料的制备方法[2]
3.1溶液共混
把基体树脂溶于适当的溶剂中,然后加入纳米粒子,充分搅拌使粒子分散混合均匀,除去溶剂或使之聚合得样品。
李小兵等用溶液共混法制得SiO2/环氧树纳米复合材料,在偶联剂的作用下,纳米SiO2较匀地分散在环氧树脂基体中,当SiO2/环氧树脂3/100时,各性能均达到一最大值,复合材料的冲强度比纯环氧树脂提高了124%,拉伸强度提高30%,断裂伸长率提高了18%。
3.2 熔融共混
将纳米粒子加至熔融树脂中共混,最后成型。但最大的不足在于纳米粒子易团聚,粒子在体系中难以均匀分散,因此该法的关键是在共混前要对纳米粒子的表面进行处理。
3.3 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是指前驱物质(水溶性盐或油溶性醇盐等)溶于水或有机溶剂中形成均质溶液,溶质发生水解反应生成纳米级的粒子并形成溶胶,溶胶经蒸发干燥转变为凝胶,进而制成纳米材料。
3.4 插层法
插层法是指具有层状结构的纳米尺寸的粘土、硅酸盐矿物等,经过某些有机化合物处理后,在其层间插入单体或聚合物,并同时发生插入化学反应使其一层一层分散在聚合物内而制成纳米复合材料的方法。根据插层形式的不同可分为单体插层聚合、溶液插层、熔体插层和乳液插层等。
3.5 反应器就地合成法
反应器就地合成法是指首先在单体溶液中溶解纳米材料,然后进行聚合,形成纳米材料良好分散的纳米复合材料的方法。
欧玉春等将经过氨基丁酸处理的SiO2溶于ε-已酰胺,原位聚合生成PA/SiO2纳米复合物,结果表明,SiO2均匀分散在尼龙中,随着SiO2含量的增加,复合物的冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率呈现先上升后下降的趋势,在SiO2含量为5%时达到最大值。
4 目前聚合物/纳米复合材料研究实例
4.1超高速混合设备混合纳米碳酸钙/聚丙烯复合材料研究[3]
碳酸钙/聚丙烯纳米复合材料是研究比较早也是相对比较成熟的内容，但是绝大多数研究的结果多为碳酸钙在体系中含量为2-4%时，冲击性能提高1-2倍。
四川大学王港在其博士论文里和其导师黄锐教授研究了自行设计的超高速混合设备制备碳酸钙/聚丙烯复合纳米材料，使得碳酸钙含量在35%时，冲击性能可以提高到3-4倍（见图-1），这一研究结果不仅大大提高了材料的综合性能，大大降低了材料成本。
由图-1和图-2可以发现，经超高速处理后在CCO含量约35%时复合材料的冲击强度可提高3一4倍;而未处理的碳酸钙加入后，复合材料的冲击强度有明显下降;经两种普通高混机处理的碳酸钙加入后，冲击强度都略有提高，在加入量15%左右出现最大值约提高一倍。以前的研究中只有当纳米粒子的加入量较少时(一般小于5%)才能使复合材料的冲击性能有一定的提高(可提高1一2倍)，而加入量较大时，复合材料的冲击性能变差，这与纳米碳酸钙的表面处理效果不好有关，以前的研究多使用普通高速混合器进行碳酸钙的表面处理，在复合材料中碳酸钙加入量较少时，由于共混时的混炼作用，可使少量的纳米碳酸钙粒子局部分散较好，而当碳酸钙含量较高时，碳酸钙粒子团聚的机会增大，混炼作用的效果不再明显，纳米粒子团聚现象严重，冲击性能变差。这一言及结果表明，新型超高速混合器对纳米碳酸钙的表面处理效果明显优于普通高速混合器，实现了纳米碳酸钙大量加入时在复合材料中的良好微观分散，从而使复合材料的力学性能大幅度提高。
4.2凹凸棒土/聚丙烯纳米复合材料的研究[4]
王丽华在其博士论文系统的研究了凹凸棒土/聚丙烯纳米复合材料的研究。
4.2.1有机化处理前后的凹凸棒土对聚丙烯复合材料性能的影响
由图-3 (a) 可以看出，凹凸棒土不经过处理时，使得聚丙烯的拉伸强度下降。凹凸棒土表面经过硅烷偶联剂处理后，对聚丙烯复合材料强度的提高有明显的作用，但提高的幅度不是很大；若有机化凹凸棒土再经过和丙烯酸丁酯聚合后，能显著提高聚丙烯的拉伸强度，拉伸强度最大提高 13％。这是因为凹凸棒土表面含有极性的－OH基，若不经过处理，和非极性的聚丙烯复合后界面粘结较差，两者之间的复合只是填充复合，在外力作用下基体树脂易从填料颗粒表面拉开，因承受外力的总面积减小，所以拉伸强度有所降低。凹凸棒土经过硅烷偶联剂处理后，有机物和无机物界面的作用力增加，从而使得复合材料的强度提高。有机化凹凸棒土经与丙烯酸丁酯接枝聚合后，使得其与聚丙烯的界面粘接力进一步增加，从而能显著提高聚丙烯的拉伸强度。但是凹凸棒土的含量不是越高越好，当凹凸棒土的含量大于 3％后，拉伸强度出现下降趋势由图-3(b) 可知，改性前后的凹凸棒土加入到聚丙烯中，均会使复合材料的杨氏模量增加，只是增加的程度不同。当凹凸棒土经偶联剂和接枝聚合改性后聚丙烯复合材料的杨氏模量比纯聚聚丙烯提高了 32％，很明显凹凸棒土的加入可以提高聚丙烯的刚性。
由图-4 可以看出凹凸棒土不经过改性，也能提高聚丙烯的冲击强度，但
提高的幅度不大；凹凸棒土经过偶联剂表面改性和接枝聚合后，能大大提高聚丙烯的冲击韧性；冲击强度比纯聚丙烯最大提高 65％。一般认为，硬性粒子的加入所引起的增韧效果，主要是由于粒子引发周围基体屈服或损伤和阻滞裂纹扩展而消耗更多的应变能，从而提高了复合材料的断裂韧性。硅烷偶联剂改性后的凹凸棒土的加入，使聚丙烯复合材料的冲击韧性进一步提高，但增韧效果不是很显著。这是因为凹凸棒土和硅烷偶联剂的作用不是完全的共价键结合，在混炼过程中结合不牢固的偶联剂会被游离出来，因而达不到很好的增韧效果。聚丙烯酸丁酯作为一种柔性聚合物和改性凹凸棒土接枝后被牢固地键接在凹凸棒土表面，加之聚丙烯与聚丙烯酸丁酯之间也有很好的相容性，综合以上两种因素，聚丙烯复合材料的冲击韧性能够明显提高。
4.2.2不同聚合方法对凹凸棒土对聚丙烯复合材料的性能的影响
由图-5可以看到，利用溶液聚合方式进行表面接枝的凹凸棒土与聚丙烯复合得到的复合材料的拉伸强度比用乳液聚合方法得到的复合材料要高,相应的杨氏模量也高。说明溶液聚合的方法得到的凹凸棒土纳米复合物与聚丙烯有较好的相容性，而且在实验中发现用溶液聚合得到的凹凸棒土接枝物比乳液聚合得到的粒径要小得多，和聚丙烯共混后分散程度也好的多，这可能与拉伸强度与杨氏模量的提高幅度有直接关系。
由图-6 可知，和拉伸性能正好相反，用乳液聚合方法对凹凸棒土表面进行接枝聚合得到的聚丙烯复合材料的冲击强度比用溶液聚合方法的要高出许多，冲击强度比纯聚丙烯提高了 72％，此结论与动态力学的结果相符合。通过乳液聚合得到的凹凸棒土具有类似核壳结构特征的相包容粒子，其能够使复合体系冲击强度提高的原因，一方面是因为其外壳部分的聚丙烯酸丁酯通过弹性变形吸收冲击能量，另一方面是因为聚丙烯酸丁酯与聚丙烯基体由良好的界面强度，在外力作用下，这些界面的破坏也将产生较大的耗能所致。
4.3纳米复合材料的其他研究
赵贵哲用微胶囊化处理那米二氧化硅，当二氧化硅含量在1-5%时，拉伸强度提高43%，冲击强度可以提高到1倍多[5]。
除了对纳米无机刚性粒子/聚丙烯二元复合材料研究之外，现在很多学者专家也对纳米无机刚性粒子/弹性体/聚丙烯复合材料三元体系，多元纳米无机刚性粒子/聚合物或多元纳米无机刚性粒子/弹性体/聚丙烯复合体系惊醒了大量的研究。
