原位聚合法是從納米復(fù)合材料中發(fā)展而來的，所謂納米復(fù)合材料，即，納米粒子與有機(jī)高分子材料共同構(gòu)建而成的復(fù)合材料。納米復(fù)合材料的合成方法有：熔融捏合，原位聚合，溶解法。原位聚合，顧名思義，就是把反應(yīng)單體填充到納米層狀物的層間，讓其在層間發(fā)生聚合反應(yīng)。原位聚合法原理：原位聚合是一種把反應(yīng)性單體(或其可溶性預(yù)聚體)與催化劑全部加入分散相(或連續(xù)相)中，芯材物質(zhì)為分散相。由于單體(或預(yù)聚體)在單一相中是可溶的，而其聚合物在整個(gè)體系中是不可溶的，所以聚合反應(yīng)在分散相芯材上發(fā)生。反應(yīng)開始，單體預(yù)聚，預(yù)聚體聚合，當(dāng)預(yù)聚體聚合尺寸逐步增大后，沉積在芯材物質(zhì)的表面。

簡介

納米復(fù)合材料已儼然成為了未來柔性包裝的發(fā)展重點(diǎn)，因此受到的關(guān)注也越來越多，由于用這種技術(shù)生產(chǎn)出來的材料的阻隔性、機(jī)械性能更強(qiáng)，重量更輕，所以全球納米材料的市場正在不斷擴(kuò)張，預(yù)計(jì)到2008年全球納米技術(shù)的市場有望增長到2.5億美元，屆時(shí)每年的增長速度預(yù)期會到18%~25%。

材料構(gòu)成

聚合物納米復(fù)合材料是將填充物分散到納米粒子之間形成一種片晶而構(gòu)建成的。然后，這些小片晶就分散到聚合體的矩陣中，形成的若干平行層迫使氣體從聚合體中通過”曲折通道”逸出，針對氣體和水氣形成復(fù)雜的阻隔層。聚合體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)地越曲折，阻隔性就越高。聚合薄膜的滲透系數(shù)（P）由兩個(gè)因素決定：擴(kuò)散（D）和溶解度（S）系數(shù)，也就是P = DxS。

當(dāng)有更多的納米粒子分散到聚合物中時(shí)，滲透性也會大大降低。根據(jù)美國陸軍的納提克士兵研究中心的研究表明，“聚合物中納米粒子的分散程度跟納米復(fù)合薄膜復(fù)合到那些純的聚合薄膜上時(shí)出現(xiàn)的機(jī)械和阻隔特性的改善程度相關(guān)。”

為了使薄膜得到最佳的性能，和傳統(tǒng)填充物的加入量相比納米粒子的量要少許多。通常，納米填充物的添加量不超過5%，這樣就可以極大地減少納米復(fù)合薄膜的重量。納米粒子的分散過程會致使材料產(chǎn)生很高的材料縱橫比和表面積，使填充了納米粒子的塑料的性能大大優(yōu)于填充傳統(tǒng)材料的塑料。

填充物種類

有不同種類的填充物可供使用。最普通的一種是被稱為高嶺土的納米黏土材料—單層的蒙脫石黏土。黏土在自然狀態(tài)中就有親水性，而聚合物也是親水的。為了使這兩者協(xié)調(diào)一致，必須對黏土的極性進(jìn)行改良成為更加“有機(jī)”的物質(zhì)。一種改良黏土的方法就是通過將有機(jī)銨陽離子（帶正電的離子）和黏土表面的無機(jī)陽離子進(jìn)行交換。

其他的納米填充物包括碳納米管，片狀石墨和碳納米纖維。另外還有一些填充物正在進(jìn)行調(diào)研中，例如，合成黏土、天然纖維（大麻、亞麻）以及POSS（納米復(fù)合光電薄膜）。碳納米管—比納米黏土填充物這種在自然界中易得到的材料的膨脹系數(shù)更高—能提供良好的導(dǎo)電性能和熱傳導(dǎo)性能。納米黏土的兩家主要供應(yīng)商是Southern Clay Products

三種填充方式

通常有三種方法可以通過納米填充物增強(qiáng)聚合物的性能來生產(chǎn)納米復(fù)合材料：熔融捏合，原位聚合法和溶解法。將納米填充物填入聚合物中的熔融捏合或稱處理可以通過擠出機(jī)、注塑機(jī)或其他處理設(shè)備制造聚合物的時(shí)候同時(shí)進(jìn)行。使用剪切力將聚合體顆粒和填充物（黏土）壓制到一起以幫助剝落（將顆粒分解成正確的形狀和層結(jié)構(gòu)的加工方法）或分散。原位聚合法是在聚合狀態(tài)下直接將填充物加到液態(tài)單體中。溶解法是將填充物加到使用諸如甲苯、氯仿、乙腈溶劑的聚合物溶液中，以使聚合物和填充物的分子結(jié)合到一起。

由于溶劑對環(huán)境有害，因此熔融捏合和原位聚合法是生產(chǎn)納米復(fù)合材料使用最廣泛的方法。

所以原位聚合法是在聚合狀態(tài)下直接將填充物加到液態(tài)單體中。