網(wǎng)上服務平臺
多孔納米復合材料以多孔材料為支撐體，修飾或負載其它功能性物質(zhì)，綜合了無機材料(剛性等)和有機高分子材料(延展性等)的優(yōu)點，是一種性能優(yōu)異的新型材料，在催化載體、吸附、電化學、生物醫(yī)藥等方面的應用日益廣泛。目前制備多孔材料的方法主要有溶膠G凝膠法、水熱合成法、共沉淀法和模板法等，而乳液模板法因其形式多樣、簡便易行及所制備材料結(jié)構(gòu)可控等特點，在功能材料領域的優(yōu)越性日益明顯。將納米粒子引入高內(nèi)相乳液可以實現(xiàn)聚合物、無機納米粒子及多孔材料的有機結(jié)合。按照粒子組分的不同，將該類材料分為無機物/聚合物多孔納米復合材料、聚合物/聚合物多孔納米復合材料、黏土/聚合物多孔納米復合材料。其中，無機物/聚合物多孔納米復合材料占主導地位。
——無機物/聚合物多孔納米復合材料
無機物/聚合物納米復合材料是將納米級無機粒子填充到聚合物基體中形成的復合材料。由于納米分散相具有比表面積大、界面相互作用強等特點，使得納米復合材料表現(xiàn)出不同于一般宏觀復合材料的熱力學、電磁學性能，還可能具有原組分不具備的一些特殊性能。常用的納米無機粒子主要有碳酸鹽、金屬氧化物、石墨烯及SiO2等。碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鋇等碳酸鹽納米粒子可以提高聚合物的性能，且在乳液聚合體系中，此類無機納米粒子可以取代乳化劑起穩(wěn)定乳液的作用。研究人員以價格低廉的納米碳酸鈣取代山梨糖醇脂肪酸酯(Span80)制得穩(wěn)定的高內(nèi)相乳液并得到相應的多孔聚合物材料，實驗表明15 wt/v%(相對于連續(xù)相質(zhì)量體積分數(shù))的納米粒子足以穩(wěn)定內(nèi)相分數(shù)為85%的乳液，且制備出的大孔復合材料強度較大，可根據(jù)實際需要調(diào)節(jié)納米碳酸鈣與Span80的比例來制備不同孔徑和性能的復合材料。另有研究者以超臨界CO2乳液模板法成功制備了納米碳酸鈣/聚丙烯酰胺多孔納米復合材料，該材料具有典型的開孔、貫通結(jié)構(gòu)，孔徑分布較窄，也可通過對納米粒子調(diào)控得到不同孔徑分布的復合材料以滿足實際應用需要。將納米SiO2引入高內(nèi)相乳液體系也能夠?qū)λ苽涞亩嗫讖秃喜牧掀鹪鰪娫鲰g作用，顯著提高材料的力學性能。
——聚合物/聚合物多孔納米復合材料
除了固體無機納米粒子穩(wěn)定高內(nèi)相乳液可以制備聚合物多孔復合材料外，利用高分子乳膠粒來穩(wěn)定乳液制備聚合物/聚合物多孔納米復合材料的研究也引起了研究者廣泛興趣。具備合適親水親油性的高分子乳膠粒能較好地穩(wěn)定乳液，較為簡便地使材料功能化，得到具有不同特殊結(jié)構(gòu)的新型材料。研究者以低能乳化法成功制備了內(nèi)相高達95%的水包油Pickering高內(nèi)相乳液，其中聚氨酯脲納米粒子起機械屏障的作用，阻止液滴的聚集。所得多孔材料為親水性開孔聚合物泡沫，形態(tài)隨油水比、聚氨酯脲濃度的改變而改變。該法提供了一種以水包油高內(nèi)相乳液為模板制備形態(tài)可控親水性聚合物泡沫的簡單路線。
——黏土/聚合物多孔納米復合材料
具有層狀結(jié)構(gòu)的蒙脫土是最具商業(yè)價值和實際應用前景且能制成納米復合材料最理想的天然礦物。黏土/聚合物納米復合材料因其獨特的分子結(jié)構(gòu)，使得這種復合材料既有聚合物的可加工性、介電性，又具有黏土的優(yōu)良強度及穩(wěn)定性。將高內(nèi)相乳液與黏土結(jié)合可改變所制備多孔納米復合材料的泡孔尺寸、孔隙率、機械性能和熱性能等，可根據(jù)需要制備相應材料。研究者將兩種類型的有機黏土及鈉蒙脫石引入高內(nèi)相乳液來控制泡孔形態(tài)、尺寸及開孔含量等。實驗發(fā)現(xiàn)材料開孔含量隨著有機黏土含量的增加而增加，平均泡孔尺寸隨著鈉蒙脫石的增加而減少。自然界中蒙脫土是親水性的，因此較難分散到有機相中，單體分子也很難插入到黏土層中。因此必須對原生黏土進行改性以改善黏土的疏水性能同時促進單體的嵌入，這種改性也能提高黏土在連續(xù)相中的分散性。另有研究者先以陽離子交換樹脂對蒙脫土進行改性，再制備出納米復合微孔材料，其實驗證實原生黏土在聚合物基體中分散性較差，對材料的熱性能和機械性能幾乎沒有影響，而改性黏土使材料的硬度和屈服強度得到了加強，且含量較高時楊氏模量增加而彈性不變；但超出一定界限后，黏土聚集體的存在會導致降解溫度的降低。