第九章 纳米复合材料

1、第九章 纳米复合材料,9.1 定义及分类 9.2 金属基纳米复合材料 9.3 陶瓷基纳米复合材料 9.4 聚合物基纳米复合材料,9.1 定义及分类,纳米复合材料(Nanocomposites)：纳米材料与其它材料复合而成的材料 1984年，Roy, Komamenis首次提出Nanocomposites概念 分类：,按基材分,金属基纳米复合材料 陶瓷基纳米复合材料 聚合物基纳米复合材料,按材料的维度分,0-0复合：即不同成分、不同相或者不同种类的纳米粒子复合而成的纳米固体。包括金属/金属、金属/陶瓷、金属/高分子、陶瓷/陶瓷、陶瓷/高分子； 0-1复合： 0-2复合：把纳米粒子分散到二维的薄膜

2、材料中； 0-3复合：纳米粒子分散到常规的三维固体中。包括金属纳米粒子/另一种金属或合金、金属纳米粒子/常规的陶瓷材料或高分子、纳米陶瓷粒子(氧化物、氮化物)/常规的金属、高分子及陶瓷、高分子纳米粒子/高分子。 1-3复合：一维纳米材料分散到常规的三维固体中。 2-3复合：,9.1 定义及分类,9.2 金属基纳米复合材料,金属基纳米复合材料(Metal matrix nanocomposites，MMNCs)是以金属及合金为基体，与一种或几种金属或非金属纳米级增强相相结合的复合材料。 纳米粒子可存在于晶界界面或晶粒内部,Fe、Cu、Ni、Mg、Au等,TiO2、纳米碳管、SiC,机械性能,高强

3、度、高韧性 高比强度、高比模量 抗蠕变、抗疲劳性好 高温性能好 断裂安全性高,制备方法,（1）高能球磨法,Pure elemental powders of Al (99.99%, 10 m) and SiC (99.9%, 100 m),Ball milling,SiCp/Al nanocomposites,随着SiC含量的增加，材料的显微硬度增加，最高达2.6GPa，远高于纯Al的硬度(0.95GPa)，杨氏模量也有同样的变化趋势。,(2) 大塑性变形法,利用SPD技术对纳米-微米混合粉末进行压实可以制备出高强度、高热稳定性的金属-陶瓷纳米复合材料。 SiO2/Cu和Al2O3/Al两种高

4、强度、高热稳定性的金属基纳米复合材料 SPD工艺合成了TiO2/Ti纳米复合材料，样品力学分析显示，Ti基体(粒径为21m)中加入纳米TiO2颗粒(粒径为36 nm)可同时提高材料的显微硬度和热稳定性。,制备方法,（3）原位复合技术,原理：根据材料设计的要求选择适当的反应剂(气相、液相或固相)，在适当的温度下借助于基材之间的物理化学反应，原位生成分布均匀的第二相(或称增强相),SiC+Ti,TiC/Ti5Si3纳米复合材料,热压,3SiC+8Ti,合成的TiC/Ti5Si3纳米复合材料的室温强度比采用相同工艺的纯Ti5Si3材料提高近6倍。,制备方法,例,3TiC+Ti5Si3,(4)快速凝固

5、工艺,镍基合金In600+碳纳米管粉为熔化料，采用单辊法快速凝固工艺制备了碳纳米管/In600复合材料，拉伸强度和显微硬度测试结果表明，与快速凝固In600和In600+石墨相比，其室温拉伸强度分别提高了80和40，并且硬度也略有提高。,制备方法,(5) 纳米复合镀法,用于制备金属基纳米复合镀层 原理：运用电镀或化学镀原理，将悬浮在镀液中的不溶性纳米微粒，共沉积到单一金属或合金上，经过二次热处理而形成金属基纳米复合涂层。,在镀锌液中分别加入纳米CeO2粉末(平均粒径为30nm)和微米CeO2粉末进行共沉积，在基片上分别获得CeO2/Zn纳米复合镀层和CeO2/Zn微米复合镀层,CeO2/Zn纳

6、米复合镀层的耐蚀性较纯锌镀层有明显改善，而CeO2/Zn微米复合镀层的耐蚀性与纯锌镀层相比变化不大,制备方法,例：,（6）其它方法,喷射与喷涂共沉积法 加盐反应法 反应-喷雾沉积法 反应低压等离子喷射沉积法等,制备方法,9.3 陶瓷基纳米复合材料,1988年Izaki首次将纳米碳化硅用来补强Si3N4陶瓷，使力学性能在Si3N4陶瓷的基础上有了显著改善。 日本大阪大学新原皓一等采用热压工艺、无压烧结和热等静压工艺成功地制备出多种体系的微米/纳米复合陶瓷。种类：Al2O3/SiC、MgO/SiC、Si3N4/SiC、莫来石/SiC等； 作用：大幅度提高断裂强度；显著提高断裂韧性；明显改善耐高温性

7、能；,9.3.1 陶瓷基纳米复合材料的力学性能,9.3.1 陶瓷基纳米复合材料的力学性能,9.3.1 陶瓷基纳米复合材料的力学性能,9.3.2 陶瓷基纳米复合材料的强韧化机制,(1)内晶型结构的形成,(2)残余应力引起裂纹偏转或裂纹被钉轧,(3)微米晶粒的潜在纳米化,由于纳米颗粒在微米级基体晶内的存在，次界面处存在较大残余应力，使基体晶粒内产生大量亚晶界和潜在微裂纹。,这种亚晶界或微裂纹的存在实际上使基体晶粒处于一种潜在分化状态，我们称之为“纳米化效应”。,(4)纳米化效应有利于穿晶断裂的诱发,Si3N4/SiC系统中的纳米SiC促进了棒状-Si3N4的生长，即SiC起到了晶核剂的作用。,(5

8、)纳米颗粒对整体晶粒形状的影响,9.3.2 陶瓷基纳米复合材料的强韧化机制,9.3.3 制备方法,(1) 机械混合分散法,基体粉末与纳米相粉末搅拌混合，再球磨,(2) 液相分散包裹法,将已取得的纳米粉末分散于含有基体组分的溶液中，为达到充分分散，需使用超声波振动、分散剂及调整pH值等辅助手段，以达到破坏粉末团聚的目的。 通过工艺参数调整，在没有析晶、沉淀、团聚、沉降等造成分散不均匀因素存在的情况下，使体系冻结、凝胶或聚合。 经一定热处理而制得均匀分散的复合粉末。,例如，将纳米SiC粉和-Al2O3(平均直径0.1m)分散于含有机单体(丙烯酰胺)、交联剂(亚甲基双丙烯酰胺)的水溶液中，用过硫酸胺

9、作为引发剂，在定温度及催化条件下使体系快速聚合、凝胶，制成被有机单体包裹的复合纳米粉末。,(3)复合粉末法,复合粉末法是通过化学、物理过程直接制取基体与分散相均匀分散(混合)的复合粉末。 制备复合粉末的方法有溶胶凝胶法和化学气相沉积法等.,9.3.3 制备方法,(4) 原位生成法,例：纳米Al2O3/亚微米TiC陶瓷刀具材料 Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,将基体粉末分散于含有可生成纳米相组分的前驱体溶液中，经干燥、浓缩、预成型坯件，最后在热处理或烧结过程中生成纳米相粒子,(5) 沉淀法,9.3.3 制备方法,9.4 聚合物基纳米复合材料, 制备方法：,纳米粒子填充法 纳米粒子原位生成法 溶胶

10、凝胶法 插层复合法,9.4.1 纳米粒子填充法,聚合物溶液 聚合物乳液 熔融聚合物 单体,纳米粒子,溶液共混 乳液共混 熔融共混 原位聚合,例： 纳米TiO2+聚酰亚胺(PI)溶液,TiO2/PI纳米复合材料, 丙烯酸乳液纳米SiO2分散液,SiO2/丙烯酸纳米复合乳液, 聚氯乙烯(PVC)+纳米CaCO3,熔融挤出,PVC纳米复合材料, 十二烷基硫醇改性的Au纳米粒子甲基丙烯酸甲酯(MMA),Au/PMMA纳米复合材料,共混方法（从聚合物状态分）：,定义：直接填充纳米粉体或溶胶粒子在聚合物基体中合成纳米复合材料的方法。,需解决的关键问题：分散,分散技术： 机械力分散：研磨分散、胶体磨分散、球

11、磨分散、砂磨、高速剪切分散 超声波分散：使用时应避免过热，过热时颗粒碰撞几率增加，反而导致团聚,提高纳米粒子与液体介质的润湿性合适的分散技术,表面修饰改性：与溶剂介质的润湿性及与聚合物介质的相容性,优点：,缺点：,简单易行； 无机纳米材料的体积分数便于控制。,纳米粒子在复合材料中的空间分布参数难于确定； 纳米微粒易团聚，难于达到完全原级粒径分散。,9.4.1 纳米粒子填充法,Aggregates or agglomerates with size large than 100nm,200nm,Primary particle,Aggregates with size less than 100

12、nm,The schematic diagram of typical morphology of nanocomposite coatings from nanopowder,The typical morphology of nanocomposite coating from colloidal particles,纳米ZnO+丙烯酸酯乳液膜,纳米ITOUV光固化涂层,9.4.2 纳米粒子原位生成法,定义：利用聚合物特有的官能团对金属离子的络合吸附及基体对反应物运动的空间位阻，或是基体提供了纳米级的空间限制，从而原位反应生成纳米微粒构成的纳米复合材料。 纳米微粒前驱体：金属离子、有机金属

13、化合物 纳米微粒的生成方式：辐射、加热、光照、气体反应和溶液反应 纳米粒子体系：纳米硫化物、纳米氧化物、纳米金属等,例： 含有Ag盐的聚乙烯醇水溶液+CS2,Ag2S/聚乙烯醇纳米复合材料, 乙烯吡啶均聚物衣康酸-丙烯酸共聚物铁盐溶液,复合铁离子聚合物肼(H2N-NH2),磁性纳米Fe3O4复合材料,反应成膜, 贵金属络合物MMA,低温聚合,贵金属络合物PMMA固溶体,120140,贵金属(Pt、Pd、Ag、Au等)/PMMA纳米复合材料,加热,还原,9.4.3 溶胶-凝胶法,(1)定义：,金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶固化，再经热处理而得到氧化物或其他化合物固体的方法。纳米颗粒 金

14、属有机或无机化合物等前驱体(precursor)在单体或聚合物的存在下经酸或碱催化水解，或先经预水解再与单体或聚合物复合制备有机无机杂化材料的方法。有机-无机纳米杂化材料,(2) 制备方法,依据分散介质分类：水介质和醇介质 依据分散质（前驱体）分类：硅氧烷、金属烷氧基化合物 依据聚合物相的形成分类：单体和聚合物 依据是否预水解：先预水解再复合和直接复合后再水解,9.4.3 溶胶-凝胶法,不同分散介质时的制备方法,水介质（水-金属盐形成的溶胶-凝胶体系）,Mn+nH2O,第一步：溶胶制备,浓缩法：高温下，控制胶粒慢速成核和晶体生长 分散法：金属离子在室温下过量水中迅速水解,第二步：凝胶化,脱水凝

15、胶化：扩散层中电解质浓度增加，凝胶化能垒逐渐减小 碱性凝胶化：,xM(H2O)nz+yA-,MxOu(OH)y-2u(H2O)nAa(xz-y-a)+(xn+u-n)H2O,M(OH)n+H+,水解,A-酸根离子,9.4.3 溶胶-凝胶法,醇介质（醇金属醇盐形成的体系）,不同分散介质时的制备方法,M(OR)n+xH2O,M(OH)x(OR)n-x+xROH,醇盐水解,脱水缩合,2(RO)n-1MOH,(RO)n-1-M-O-M(OR)n-1+H2O,与烷氧基缩合,(OR)n-x(OH)x-1MOH+ROM(OR)n-x-1(OH)x,(OR)n-x(OH)x-1M-O-M(OR)n-x-1(O

16、H)x+ROH,特点：水解和缩合几乎是同时进行； 可通过催化剂、螯合剂、温度等参数来控制水解和缩合； 在水解速度较快时，为了防止沉淀的出现，可加入金属离子的螯合剂，如乙酰丙酮,9.4.3 溶胶-凝胶法,硅氧烷前驱体,四乙氧基硅烷（TEOS)-最普遍的无机相前驱体， 酸性条件：水解速率缩聚速率，形成线性或长链聚合物或网络状团簇 碱性条件：缩聚速率水解速率，形成球状纳米SiO2粒子,9.4.3 溶胶-凝胶法,金属烷氧基化合物,钛酸正丁酯（TBT)、仲丁醇铝、正丙氧基锆等 相对活性：Zr(OR)4, Al(OR)3Ti(OR)4Sn(OR)4Si(OR)4 水解速率过快控制方法 加入螯合剂，如乙二醇

17、、有机酸（乙酸）、-二羰基络合剂（乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮） 化学控制缩聚：如通过有机酸和醇的酯化反应控制水的含量,9.4.3 溶胶-凝胶法,前驱体在单体相中原位生成纳米杂化材料,例：,乙烯基吡咯烷酮无机相组分前驱体,杂化复合材料,无机相水解和缩聚,含乙烯基吡咯烷酮的无机凝胶,聚合,9.4.3 溶胶-凝胶法,前驱体在聚合物中生成纳米复合材料,例：,硫化胶浸泡在TEOS中，溶胀平衡后转移至催化剂的水溶液中，溶胶-凝胶反应,聚乙烯基吡啶TEOS/H2O,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)钛酸丁酯溶胶,杂化材料,PMMA溶液醇溶胶（或水溶胶）,9.4.3 溶胶-凝胶法,（3）制备关键及解决方法,制备关键：避免相

18、分离 解决方法：,加入硅烷偶联剂共水解 在聚合物链中引入能与无机相作用的基团，如羧酸、羟基、烷氧硅基等 控制工艺参数：如pH值、水量 加入螯合剂，如乙二醇、有机酸（乙酸）、-二羰基络合剂（乙酰乙酸乙酯、乙酰丙酮）,9.4.3 溶胶-凝胶法,（4）应用实例,SiO2-聚碳酸酯杂化材料提高Tg、热分解温度、耐磨性 SiO2-聚丙烯酸酯纳米杂化材料提供硬度、耐磨性 SiO2-聚硅氧烷纳米杂化材料非线性光学材料，掺杂有机激光染料、荧光粉、液晶、热致或光致变色分子，可用于光学通讯，全光学计算机及信息处理。 SiO2-橡胶纳米杂化材料 传统橡胶增强：碳黑（色彩单一、分散困难)和白碳黑(易二次团聚、混炼生热

19、大，易与硫化促进剂作用导致硫化滞后)。 杂化法：SiO2分散均匀，纳米质点可起到物理交联作用 SiO2-聚酰亚胺复合材料 高介电性能，用于航空航天及微电子领域，杂化后耐热性能、力学性能以及尺寸稳定性得到提高, SiO2杂化复合材料,9.4.3 溶胶-凝胶法,TiO2-聚丙烯酸酯纳米杂化材料 TiO2-紫外光吸收剂 TiO2-聚对苯乙炔(PPV)纳米杂化材料 高分子电致发光材料，但发光效率低，杂化后，荧光效应增强,SiO2-环氧树脂复合材料 SiO2-ABS共聚物复合材料, TiO2纳米杂化材料, Al2O3杂化材料,9.4.3 溶胶-凝胶法,小结,溶胶凝胶法可制备分散均匀的纳米级复合材料，且透

20、明性好 有机无机杂化材料的体系有限 无机相主要为：SiO2、TiO2 制备影响因素包括：催化剂的种类及用量、pH值、有机相无机相之间的界面作用、加料工艺等,9.4.4 插层复合法,定义：粘土与高分子有机化合物以某种方式形成的粘土以纳米级弥散的复合材料制备方法 最早由日本在1987年开创合成,制备纳米复合材料粘土应具备的条件： 层状的矿物，能够分散成细小晶层 粘土的纯度，有效层状硅酸盐片晶含量要高，如蒙脱土(montmorillonite)有效含量95以上 可以通过有机阳离子和无机金属离子的离子交换反应来调节粘土的表面化学活性 粘土稳定性好，不具有氧化-还原性质,（1）插层复合材料的无机填料,粘

21、土的种类,（1）插层复合材料的无机填料,高岭土晶体结构示意图,蒙脱土晶体结构示意图,其它插层填料,V2O5、MoO3、WO3等层状金属氧化物 VS2、MoS2、WS2等过渡金属二硫化物 NaTiS2、KCrS2、NaCrS2等硫化复合物 磷酸盐、磷酸酯盐等金属盐类层状化合物,石墨 合成层状化合物,（1）插层复合材料的无机填料,（2）粘土的有机化处理,利用粘土晶层间金属离子的可交换性，以有机阳离子交换金属离子，使粘土有机化及增加层间距离 蒙脱土的有机化改性 蒙脱土先钠化（钠基蒙脱土），再与有机铵阳离子进行交换,常用的季铵改性盐 十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基二甲基苄基氯化铵

22、 改性方法： 干法：蒙脱土季铵盐阳离子表面活性剂（高于熔点），研磨 湿法：以水为分散介质，将蒙脱土制成浆液，离子交换 预凝胶法：将钠基蒙脱土加入有机溶剂，有机溶胶插入蒙脱土层间,高岭土的活化和有机化处理,活化： 将表面能较低的高岭土置于耐热管加热，高温真空干燥，氮气保护下冷却至室温。 有机化： 在有机溶剂中，进行有机取代反应，吸附一层有机物，增大高岭土层间距,石墨的活化,目的：在石墨片层间插入一些离子或原子，如碱金属、稀土金属、卤素等 方法：将天然鳞片石墨用混酸浸泡一定时间，净化干燥，然后高温膨胀，在石墨层间引入-OH、-COOH等基团,（2）粘土的有机化处理,有机化合物与粘土之间的结合力形式

23、,极性分子依靠静电引力吸附在粘土的间层上 非极性分子依靠色散力吸附在粘土的间层上, 共价键,OH,+CH2N2,离子键, 范德华力,（2）粘土的有机化处理,（3）插层方法,将粘土分散在液态活性单体中，单体插入到层间，原位聚合形成有机聚合物插层复合材料 插层单体种类：丙烯酸酯、吡咯等杂环类、苯胺类及其衍生物 例：, 溶液插层,单体溶液插层,聚合,聚合物水溶液插层,特点：水溶剂对粘土具有一定的溶胀作用，有利于聚合物插层并剥离粘土片层 插层条件温和、经济、方便 插层聚合物种类：聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙二醇、甲基纤维素 例：聚乙二醇/V2O5、LixPEO/MoO3纳米复合材料,特点

24、：技术上较好，但不经济，浪费大量溶剂、污染环境 例：,聚合物有机溶液插层,聚氨酯插层复合材料,聚对苯乙炔-氯仿溶液有机粘土,插层,发光复合材料,聚己内酰胺-氯仿溶液有机蒙脱土,插层，除氯仿,聚己内酰胺插层复合材料,多元醇聚醚蒙脱土,插层,+甲苯二异氰酸酯,原位酯化反应（粘土片层剥离）,（3）插层方法,聚合物乳液插层,例：粘土/丁苯橡胶、粘土/丁腈橡胶、粘土/氯丁橡胶等,直接利用聚合物乳液对分散的粘土进行插层 步骤：, 粘土分散在水中, 加入乳液，乳胶粒子对粘土片层进行穿插和隔离, 加入絮凝剂共沉淀，脱除水份得到插层复合材料,（3）插层方法, 熔融插层,优点：工艺简单、易于工业化、无需溶剂 缺点

25、：非极性聚合物对熔融插层有困难，如聚乙烯 可熔融插层的聚合物种类：聚烯烃、聚酰胺、聚酯、聚醚、含磷、氮等杂原子主链聚合物、聚硅烷等 例：聚苯乙烯烷基铵改性蒙脱土，混合、压成球团，大于PStTg(90)下加热球团，聚苯乙烯-蒙脱土复合材料 PEO/蒙脱土纳米复合材料,（3）插层方法,(4) 插层纳米复合材料的结构和特点,粘土的含量一般小于5，复合材料的力学性能已有很大的提高，而传统的增强填料如白碳黑、碳黑、轻质碳酸钙等填充量高达2060 纳米粘土片层具有高度一致的结构和各向异性，提高了复合材料对溶剂分子和气体分子的阻隔性、抗静电性和阻燃性 复合材料能够保持低应力条件下较好的尺寸稳定性 具有较高的

26、热变形温度 热塑性插层纳米复合材料具有再生性质，再生的复合材料能够获得进一步增强的力学性质 复合材料因分散有纳米级片层材料，而具有光滑的表面结构, 结构, 特点：,插层型,剥离型,总结,插层复合材料主要是以粘土等层状结晶体无机化合物与高分子有机化合物以某种方式形成的复合物 粘土的有机化改性对制备插层纳米复合材料特别重要，改性剂的结构会影响复合材料的结构 制备方法：溶液插层和熔融插层 结构：插层型和剥离型 特点：改进力学性能、阻隔性能、尺寸稳定性,聚合物应用,塑料,橡胶,纤维,涂料,胶粘剂,纳米复合塑料,纳米复合橡胶,纳米复合纤维,纳米复合涂料,纳米复合胶粘剂,纳米塑料,纳米橡胶,纳米纤维,纳米

27、涂料,纳米胶粘剂,9.4.5 聚合物基纳米复合材料的应用,9.4.5.1 纳米复合塑料,（1）制备方法：,半导体纳米粉体光学、电学和磁学性质 纳米陶瓷粉体高强耐热性质 通用性纳米粉体强韧性质 抗菌杀毒等功能性粉体相应功能性粉体,纳米粒子填充法、插层法,（2）纳米材料在塑料中的作用,对塑料的增韧增强作用 改善塑料的抗老化性 赋予塑料功能性,（3）纳米复合塑料的性能 取决于纳米粉体的性质,（4）应用实例,热塑性纳米复合塑料,聚乙烯 LDPE薄膜、电缆绝缘层改善力学性能，如SiC/Si3N4/LDPE HDPE-纳米CaCO3、纳米SiO2 超高分子量聚乙烯改善加工流动性和力学性能（插层法制备） 聚

28、丙烯薄膜、箱、包 粘土、纳米CaCO3改善力学性能 聚氯乙烯塑钢门窗、管材、日用塑料制品 纳米CaCO3增韧改性 聚苯乙烯 聚丙烯酸酯 层状硅酸盐的插层复合法，改善力学性能,9.4.5.1 纳米复合塑料,热固性纳米复合塑料,环氧树脂 纳米SiO2、Al2O3、纳米BaTiO3、粘土 不饱和树脂（玻璃钢） 纳米SiO2增强、增韧、硬度、耐磨性 聚氨酯 酚醛树脂,尼龙6/粘土插层纳米复合工程塑料已产业化汽车发动机零部件,纳米工程塑料,抗菌塑料 导电塑料 磁性塑料,功能性纳米复合塑料,9.4.5.1 纳米复合塑料,9.4.5.2 纳米复合橡胶,(1) 橡胶种类：,天然橡胶 合成橡胶,丁苯橡胶 丁腈橡

29、胶 硅橡胶 乙丙橡胶,(2) 制备方法：,填充方法：纳米SiO2、ZnO、TiO2、CaCO3 插层法：粘土 溶胶-凝胶法：纳米SiO2,(3) 性能：,力学性能补强 电学性能不导电成导电 气体阻隔性、阻燃性 改善加工性，如包辊性,(4) 应用：,防水材料：三元乙丙橡胶（传统一般为黑色），硅基氧化物/溶聚丁苯橡胶/氯化聚乙烯（彩色） 运动场地材料：聚氨酯塑胶运动场 气密性轮胎,9.4.5.2 纳米复合橡胶,9.4.5.3 纳米复合纤维,复合纤维母料法,(1) 制备方法,混合、纺丝,纳米粉体有机聚合物,共混,复合纤维母料纺丝原料,关键：纳米粒子的分散,涂覆法： 关键：附着性和稳定性,合成纤维母料

30、法合成技术和工艺困难,纳米粉体纤维原料,原位合成,合成纤维母料,(2) 功能,抗老化性：防紫外线（遮阳伞）纳米TiO2 抗菌性：医院用绷带、消臭敷料、防臭袜（纳米ZnO、TiO2、纳米Ag等） 保键性：人体的远红外辐射反射、抗电磁波辐射,(3) 应用,远红外长丝吸收太阳光和人体辐射的远红外线 防紫外线纤维 抗菌纤维 增白纤维（纳米荧光剂的加入）等,9.4.5.3 纳米复合纤维,9.4.5.4 纳米复合涂料,制备方法,纳米粒子填充法 纳米粒子原位生成法 溶胶-凝胶法 插层法,传统涂料性能改进 功能性纳米涂料制备,作用,施工性能的改善 力学性能的改善 耐候性的改善,施工性能的改善,纳米粒子的 表面

31、分率高，与有机树脂之间存在较大的界面作用，但在剪切力作用下，这种界面作用易被破坏，涂料出现稀化，使涂料具有触变性，改善涂料的施工性。 如(纳米SiO2)用于建筑涂料，防止涂料的流挂。,力学性能的改善,硬度 耐刮伤性 耐磨性,产生原理：无机纳米粒子的刚性特点 有机相与无机相之间的界面相互作用大,高耐磨性纳米复合地板漆,Nanophase Technologies公司的Roger H. Cayton博士撰文报道了纳米氧化铝改善家具和地板漆用三聚氰胺-甲醛交联树脂的耐磨性，实验表明，含20%纳米氧化铝的三聚氰胺-甲醛交联树脂涂层的耐刮伤性提高了4-6倍，且涂层具有较好的透明性，而微米氧化铝虽然能提高

32、涂层的耐磨性，但由于粒径大，光散射大而导致涂层变得不透明。,高耐刮伤性纳米杂化涂层,Triton Systems, Inc开发了一种NanoTufTM注册牌号的透明耐磨耐腐蚀纳米复合涂料，这种涂料由环氧树脂和纳米粒子组成，可用于保护聚碳酸酯和丙烯酸树脂的表面，这种涂料非常硬，其耐磨性是其它涂料的4倍以上，且韧性好，在不同物体的冲击下都不出现碎裂。开始这种涂料主要用于美国海军聚碳酸酯眼磨削（eyewear）表面的保护，但现在亦可以用于日常生活中，如工业保护眼磨削（eyewear）：面具、护罩、护目镜，医生规定的眼磨削、太阳镜，挡风玻璃、飞机窗、天篷涂料等。 德国GmbH新材料研究所（INM-Gm

33、bH）41采用溶胶-凝胶等方法开发了牌号为NANOMERs的系列纳米复合涂料，该涂料用于提高塑料眼镜片的耐刮伤性，使R+H (Bamberg)公司的塑料眼镜片销售大幅度上升。,耐候性的改善,在紫外光照射下，纳米氧化物的电子被激发，由价带向导带跃迁引起紫外吸收，如纳米TiO2、SiO2、ZnO、Fe2O3等，将其用于涂料中后，纳米粒子的这些特性仍得到保留，从而使涂膜获得紫外屏蔽特性，提高了涂膜本身或涂膜下涂层或材料的耐候性,紫外屏蔽原理,特点,(1) 在对紫外线吸收的同时保持对可见光具有较高的透过性，使其可以应用在对涂膜透明性有要求的场合，如汽车面漆、家具漆等； (2) 在使用过程中稳定性好，具备了长期的耐老化性，而通常的UV吸收剂在使用过程中会逐渐分解，使涂膜逐渐丧失紫外屏蔽特性，并且有毒。,使用场合 主要在室外，如可制成高耐候性外墙建筑涂料，高耐候性