KAc/高岭土插层复合材料的制备与表征开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文献综述

1前言

聚合物／粘土纳米复合材料是指以聚合物为有机相与无机相的层状粘土进

行复合而得到的体系。由于聚合物的可加工性、可塑性与多功能的应用，使之

成为纳米复合材料的首选载体之一[1-3]。聚合物与粘土的复合是纳米科学与技

术的重要组成部分，也是制备高性能聚合物材料的重要方法之一．

插层法是制备有机，无机复合材料的一种重要方法。相比于传统的材料，

插层复合材料是由一层或多层有机分子或聚合物插入层状无机物形成的。复合

后不仅可以提高力学性能，还能获得许多功能特性。因此，插层研究已引起相

关学者的广泛重视。

高岭土的插层研究始于20世纪60年代，当时用有机低分子量化合物研究高

岭土的膨胀性，并作为粘土矿物鉴定的一种手段[4-5]。近年来，随着高岭土研究工

作的不断深入，高岭土有机复合物作为新型矿物材料的许多优异性能逐渐显示

出来，材料学家对此表现出了浓厚的兴趣。

作为一种新型的复合材料，高岭土插层复合物的研究涉及了无机化学、有

机化学、高分子及材料等学科的内容，综合性比较强[6-8]。本文综述了高岭土插层

反应的特点、插层复合材料的合成与表征，以及高岭土插层复合材料的应用研

究进展，并展望了高岭土插层复合材料的研究及开发前景。

1．2插层理论

1．2．1插层的定义

插层复合法是制备聚合物／醋酸钾盐复合材料的重要方法之一。首先将单

体或聚合物插入经插层剂处理的层状醋酸钾盐片层之间，进而破坏醋酸盐的片

层结构，使其剥离成层状醋酸盐基本单元，并均匀分散在聚合物基体中，以实

现高分子与粘土层状醋酸钾盐的复合[9-10]。

1．2．2插层的方法

1．2．2．1按照复合的过程进行分类

按照复合的过程插层复合法可分为两大类。

1)插层聚合先将聚合物单体分散、插层进入层状醋酸盐片层中，然后原位

聚合，利用聚合时放出的大量的热量以及分子体积大小的增加克服醋酸盐片间

的库仑力，使其剥离，从而使醋酸盐层与聚合物基体相复合。

2)聚合物插层。将聚合物熔体或溶液与层状醋酸盐混合，利用机械或热作

用使层状醋酸盐剥离成片层并均匀分散在聚合物基体中。

插层复合法制备KAc复合材料的流程示意见图

1.3高岭土的插层研究

1.3.1高岭土的插层反应特点

高岭土插层反应的特点，主要表现在高岭土在插层反应过程中对于有机分

子的选择。对有机分子进行选择时，一方面要考虑到插层反应进行的难易程度、

对层间的膨胀作用以及稳定性；另一方面要考虑其插层后所形成复合材料的性

能[11-14]。

1.3.2高蛉土的活化

高岭士作为重要的工业原料，在很多领域得到广泛应用。粘土的比表面积、

吸附性、白度、结晶性能、分散性、胶化能力等都是高岭土应用中需要注意的

重要因素。不同应用领域对高岭土的理化性能要求不一样，相应的活化方法也

就不同。作为聚合物填料，主要通过以下几种方法来提高高岭土的使用性能。

1.4聚合物，高岭土插层复合材料的制备

由于高岭土自身的特征，对高岭土插层的相关报道并不是很多，而对所用

的有机物种类也仅限于上面所列举的。根据所选用插层剂的不同，高岭土插层

材料的制备可采用直接插入、一次取代插入、二次取代插入等方法。直接插层

适合于极性小分子对高岭土的插层，而一次取代、二次取代多是适合于聚合物

在高岭土层阃形成复合物[15]。

1．4．1高岭土／聚合物插层复合材料的制备

高岭土／聚合物插层复合材料是一个极具发展潜力的研究领域，对这种类

型复合物的研究可以加快插层材料的开发、应用，以达到提高性能、降低成本

等目的。

1．4．1．1插层复合物的制备

高岭土，聚合物插层复合材料的制备一般采用取代、原位聚合的方法。取

代法首先将极性小分子插入高岭石层间形成前驱体，然后根据不同的应用目的

选取合适的单体取代作为前驱体的极性小分子，再引发聚合，生成高岭石，聚

合物复合物。

1．4．1．2聚合机理脚

在所报道的单体在高岭土层间的原位聚合，聚合机理基本上包括烯类单体

的自由基聚合和内酰胺类的离子聚合。

(1)自由基聚合：单体在高岭土中的自由基聚合与典型的自由基聚合机理

一样，包括链引发，链增长、链终止，但在插层材料生成上有其自身的特点。

在插层自由基聚合中，单体聚合速度快，瞬间内放出大量的热，这种热效应足

以使高岭土的片层逐层分离剥落，容易形成剥离型复合材料。

（2)离子聚合：原位插层离子聚合的单体主要是己内酰胺，用来制备尼龙

类复合物。在高蛉土原位聚合时，通常是在质子酸或Lewis酸催化条件下进行

的。

对高岭土插层纳米复合材料研究的报道比较少，制备的方法大多是采用原

位聚合或熔融挤出的方法获得的。

1．5高岭土插层复合材料的表征研究

研究高岭土插层复合材料的结构和性能对复合材料的应用是非常重要的。

需要多种表征技术的结合，才能够较深入地了解高岭土插层复合材料的微观结

构及性能，进一步认识高岭土插层复合材料的全貌[16]。

主要的表征方法：X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）、Raman光谱、扫描电子

显微镜（SEM）。

参考文献

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1研究的内容

高岭土插层复合材料具有优良的性能，在使用上除可以提高原有的性能，

还会显现新的功能，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。

从文献报道的内容来看，对于高岭土插层复合物的研究还存在一些问题，

需要研究人员来解决。第一，研究范围有限。对于高岭土活化、插层剂的种

类、复合物性能的研究都是比较少的；第二，制备方法的局限性。对于聚合

物插层高岭土复合物的制备较多的文献只说在层间引发聚合，然后就研究性

能，但对于聚合机理、反应条件以及它们对产物性能的影响都没有进行深入

的探讨；第三，表征的应用比较传统。对表征手段及分析方法都还停留在传

统方法上，对复合材料特别是纳米材料的表征不完普，这些不完善与高岭土

插层复合材料的先进性不相符。第四，高岭土，聚合物插层复合物虽然有着

不同而广泛的用途，然而对形成这一类复合物的反应机理还不是非常的清楚，

而对其应用的研究更是比较少；第五，理论化是研究的一个重要方向，而对

高岭土插层的研究还没有形成一个理论体系的雏形；第六，研究的最终目的

是产业化，而在这一方面的研究几乎还是空白。

从所分析的来看，我们在对高岭土插层复合物研究当中，显然不应局限于

现有思想方法，而应该在综合不同学科的基础理论和工艺技术甚至应用前景的

基础上，开拓新的研究方法，并形成新的理论。高岭土插层复合材料不管是在

制备方法、功能特性上还是在使用上都存在着许多的可能，它已经成为材料领

域研究的新热点。

由于高岭土插层复合材料具有优良的性能，特别是高岭土形成纳料结构

以后，在使用上除可以提高原有的性能，还会显现新的功能，具有重要的研究

价值和广阔的应用前景。

从文献报道来看，由于高岭土自身的结构特征，因而高岭土插层反应的

研究较少，而将之用于聚合物的研究则更少．我们的研究可以为进一步的材料

研究奠定基础．高岭土插层复合材料不管是在制备方法、功能特性上还是在使

用上都存在着许多的可能，它已经成为材料领域研究的新热点。

2采用的研究手段

醋酸钾改性使得粘土有较大的层间距，更容易与丙烯腈单体插层复合，

在聚合物中剥离效果最好，对聚合物能进行有效改性。

选择乳液聚合。由于复合物的合成中，聚合物成核机理为均相成核，

分散体系中的单体引发聚合到一定分子量成为初级微球以后，被粘土小颗

粒吸附，共同成为球核，进一步反应。所以乳液聚合可能是粘土对聚合物

插层聚合改性有效方法之一。