聚合物/MMT纳米复合材料的研究

本文对近10年来聚合物/MMT纳米复合材料的研究进行了归纳总结,综述了该类材料的制备方法、性能和应用,介绍了合成过程中的热力学和动力学理论,并对该类材料的制备方法提出展望.     

SBS／MMT复合改性沥青常规性能测试分析

利用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）与蒙脱土（MMT）及其共混物分别对沥青进行了直接复合改性和共混物复合改性,测试了改性剂用量不同的SBS改性沥青、MMT改性沥青以及SBS与MMT质量比（m（SBS）／m（MMT））不同的共混物复合改性沥青的物理机械性能,同时还对不同m（SBS）／m（MMT）的SBS／MMT共混物复合改性沥青及SBS／MMT直接复合改性沥青的高温储存稳定性和相形态作了测试分析。结果表明,SBS／MMT共混物复合改性沥青的常规性能整体最优。     

国外高分子合成与加工应用——聚乙烯与硅石复合材料粒子

聚乙烯（PE）和硅石也许分别是最简单和最普通的有机和无机聚合物。人们首次描述了在这两种基本聚合物之间的一种物理上相互渗透的纳米复合材料。虽然聚合物一硅石纳米复合材料是众所周知的，但PE和硅石的纳米级物理掺混物依然存在急待解决的问题。     

聚乙烯-蒙脱土纳米复合材料的结构与性能

利用MgCl2在醇溶剂中可溶解及蒙脱土(MMT)在醇溶剂中发生层间膨胀的特性,制备了负载于MMT层间的MMT-MgCl2-TiCl4催化剂。MgCl2的引入,屏蔽了MMT表面复杂的化学因素对MMT-MgCl2-TiCl4催化剂活性的影响,并起到了高效载体的作用;增大了MMT的层间距,为引入活性中心Ti及活化过程提供了空间,确保MMT-MgCl2-TiCl4催化剂具有很好的活性,同时也为MMT在聚合过程中的层间剥离提供了条件。通过原位插层聚合复合法制备了聚乙烯-MMT纳米复合材料(简称纳米复合材料)。用X射线衍射、场效应扫描电子显微镜和透射电子显微镜等技术考察MMT的层间距、纳米复合材料形态及MMT在聚乙烯基质中的分布时发现,MMT片层呈剥离状态。当纳米复合材料中MMT的质量分数为1.5%-2.0%时,纳米复合材料具有良好的力学性能。     

纳米塑料复合啤酒瓶的初步研制

研究了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)／蒙脱土(MMT)纳米复合材料的合成工艺,讨论了MMT对PET聚合工艺及切片的形变和相变温度以及气体阻隔性能的影响。结果表明:PET／MMT纳米复合材料的合成工艺与普通聚酯切片的合成工艺相近,含MMT 3.0％的纳米啤酒瓶可耐95℃高温,对O2、CO2气体的阻隔性比普通聚酯瓶提高2~3倍。     

蒙脱土增强的新型抗冲共聚聚丙烯树脂

采用具有可控颗粒形态的蒙脱土(MMT)负载Ziegler-Natta催化剂,进行连续的丙烯均聚反应和乙烯/丙烯气相共聚反应,以聚合反应参数调控树脂组成,制备了纳米MMT增强的三元抗冲共聚聚丙烯(PP)(EPRMMT@PP)树脂。考察了EPRMMT@PP树脂的相形态、熔融/结晶性能、热稳定性和力学性能。实验结果表明,MMT在聚合过程中片层得到剥离,MMT的引入稳定了乙丙橡胶(EPR)的分散微区尺度;纳米MMT对EPRMMT@PP树脂显示出结晶成核能力和有效的纳米效应,与普通抗冲共聚合金(EPR@PP)树脂相比,EPRMMT@PP树脂的熔融温度、结晶温度和热分解温度均提高;纳米MMT进一步促进了EPRMMT@PP树脂中EPR组分对PP基体的增韧作用。     

聚丙烯酰胺类纳米材料的研究进展

综述了丙烯酰胺聚合物（共聚物）纳米材料的研究进展。前言中指出了油气钻采领域应用这类材料的前景。扼要介绍了通过反相乳液聚合制备的丙烯酰胺聚合物纳米微粒。重点介绍了丙烯酰胺聚合物／黏土纳米复合材料制备原理，包括蒙脱土晶体的层状结构、有机化处理的蒙脱土和插层方法及近期合成的多种这类纳米复合材料如纳米复合材料型水凝胶、插层型纳米复合材料、剥离型纳米复合材料等。最后介绍了专为油气钻采研发的3种纳米材料：乙酸铬交联聚丙烯酰胺／蒙脱土纳米复合材料型水凝胶，可用于油田堵水调剖；具有核-壳结构的部分水解聚丙烯酰胺／蒙脱土纳米微粒，可用作钻井液处理剂；有机／无机纳米复合材料型凝胶，可用作钻井堵漏剂。图2参30。     

四川大学进行聚丙烯弹性体复合材料的抗老化性能研究

金红石型纳米二氧化钛（nano-rutlle-TiO2）的化学性质稳定、无毒、耐热性优良，在全部紫外光区都具有高效的紫外光屏蔽能力，目前已被大量应用于防晒化妆品和汽车漆等领域，而用于改性聚合物材料的抗老化性能仍处在探索性的研究阶段，随着纳米级TiO2使用成本的降低，用其替代或部分替代传统有机紫外线吸收剂提高聚合物材料的抗老化性能将是一个大的趋势。     

聚丙烯/蒙脱土纳米复合树脂的结构、形态与性能

利用球形纳米蒙脱土(MMT)负载Ziegler-Natta催化剂制备了聚丙烯(PP)/MMT纳米复合树脂。复合树脂中的PP具有与普通PP相仿的等规度和熔点;可通过改变聚合条件调节复合树脂中PP的相对分子质量和MMT含量。采用SEM,WAXRD,POM,DMA,TG等方法研究了复合树脂的形态结构、结晶形态、流变行为、动态力学行为、力学性能、阻隔性能和热稳定性。表征结果显示,复合树脂颗粒呈球形,流动性良好;MMT片层均匀分散于PP基体中,MMT片层与PP基体的相容性较差,在熔融加工过程中会发生部分聚集。当MMT含量约为1.1%(w)时,复合树脂中可形成MMT的逾渗网络。当MMT含量为1.29%(w)时,复合树脂的综合力学性能较好。少量MMT的存在可提高复合树脂的液体阻隔性能和热稳定性。     

吉林大学等合作研究聚丙烯／多壁碳纳米管复合材料的热性能和流变性能

碳纳米管（CNTs）是一类新型纳米碳，它的结构是由石墨层卷曲形成中空两端封闭的圆柱体。它包括单壁碳纳米管（SWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTS）两种形式。单壁碳纳米管是由单层石墨层卷曲而成，多壁碳纳米管是由同轴的多层石墨层卷曲形成。由于碳纳米管具有优良的力学性能和电学性能及很高的长径比，较大的比表面积，较高的硬度、热稳定性等，目前很多研究都使用CNTs作为纳米填料来改善聚合物基体的性能并赋予其新的性能。     

储氢材料及其在含能材料中的应用

详细介绍了储氢材料品种，其中包括苯和甲苯有机液体氢化物，氢化硼和氢化铝络合物，超级活性炭，碳纳米纤维和碳纳米管的纳米碳材料，镧（稀土）系列、钛铁系列、镁系列等金属及合金氢化物，多孔聚合物等；并简单介绍了这些储氢材料的制备方法、在含能材料中应用时存在的问题及改进方向。重点介绍了多孔聚合物储氢材料的特点及合成方法，提出金属氢化物和多孔聚合物应作为储氢材料在含能材料中应用的重点研究对象。     

三次采油用抗高温堵剂JAM水凝胶的研制

在交联剂存在条件下使丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)单体及无机添加剂蒙脱土(MMT)引发聚合，合成了抗高温JAM交联聚合物水凝胶。实验结果表明，当单体AM和AA的质量配比为11：2，MMT用量为7．5wt％，MMT的粒径为320目，交联剂浓度为0．09wt％，水溶液pH值为6，引发剂浓度为0．06wt％时，水凝胶在60℃下的抗温系数达0．83，在90℃下的抗温系数达0．76。     

聚合物分子聚集态对液流转向效果影响及其作用机理

对4种调驱剂聚合物纳米球、部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）溶液、Cr³⁺聚合物凝胶和聚合物表面活性剂的黏度、分子线团尺寸、微观聚集态、驱油效果及其液流转向效果进行了研究和机理分析。结果表明,浓度相同时,调驱剂的黏度从大到小依次为：聚合物表面活性剂>Cr³⁺聚合物凝胶>HPAM溶液>聚合物纳米球（约2 mPa·s）。水驱至含水40%后转注0.38 PV调驱剂,采收率增幅从大到小依次为：Cr³⁺聚合物凝胶(14.5%)>HPAM溶液(10.2%)>聚合物表面活性剂(6.8%)>聚合物纳米球（-5.1%）。液流转向效果实验结果表明,调驱结束时,Cr³⁺聚合物凝胶、HPAM溶液、聚合物表面活性剂、聚合物纳米球调驱后的低渗透层采收率增幅分别为：24.7%、16.5%、10.3%、3.1%,低渗透层分流率分别为：20.8%、12.4%、9.7%、3.2%。聚合物分子聚集态是影响黏度及液流转向效果的主要因素。聚合物纳米球、HPAM溶液、Cr³⁺聚合物凝胶和聚合物表面活性剂的水动力学半径Rh(0.267、0.066、0.079和0.771 μm)均小于0.46R（R为岩石孔喉半径）,理论上难以形成稳定封堵,其聚集态分别为颗粒状、线网状、局部网状和区域性网状。Cr³⁺聚合物凝胶在岩石孔喉内的滞留量和流动阻力最大。聚合物表面活性剂黏度较高,但与岩石的孔喉配伍性较差,易在注入端面发生堵塞。     

纳米塑料

介绍了中国科学院工程塑料国家重点实验室在聚合物／层状硅酸盐纳米复合材料领域的研究成果;探讨了这一领域的发展方向（如土有机化和新的制备工艺等）及纳米复合材料的应用前景。     

抗高温聚合物纳米微球封堵剂的合成与性能评价

针对目前钻井用柔性封堵剂抗温性弱的问题，开展了抗高温聚合物纳米微球封堵剂的研究。以丙烯酰胺（AM）、对苯乙烯磺酸钠（SSS）、丙烯酸钠（AAS）、丙烯酸十三氟辛酯（TEAC）和1,3,5-三（甲基丙烯酰胺基甲酸酯）苯（B-TMAC）为原料，偶氮异丁氰基甲酰胺（CABN）为引发剂，十二烷基硫醇（TDDM）为分子量调节剂，通过自由基胶束聚合法合成了聚合物纳米微球OPTB。通过正交实验确定了最佳合成条件:反应温度105 ℃、反应时间20 h、反应单体浓度7.5%、CABN浓度0.4%和TDDM浓度1.5%。借助核磁共振光谱仪（1H-NMR）进行了分子结构表征。OPTB的钻井液性能测试结果显示，OPTB对钻井液的流变性能影响较小，滤失造壁性能显著。高温老化后，OPTB的粒径仍呈单分散状态。OPTB的加量达到3.0%时，对纳微米孔隙的封堵率高达90.84%，且可有效减慢井筒内液柱压力向地层传递的速度。采用扫描电镜（ESEM）观测了160 ℃老化16 h前后的OPTB的微观形貌，结果显示 OPTB颗粒呈球形，粒径较均一，高温作用仍有部分颗粒仍保持单分散状态。      

聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

综述了插层法制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的原理，方法和途径，并对聚合物/蒙脱土纳米复合材料的微观结构的表征方法作了介绍。指出目前在插层制备聚合物/蒙脱土纳米复合材料的研究中所存在的一些问题。     

汽油抗爆剂甲基环戊二烯三羰基锰的性能与应用

甲基环戊二烯三羰基锰（MTY）是一种汽油抗爆剂，添加量少，抗爆性能高，经济效益好，对环境的污染小，可减少汽车尾气中有害成分的排放，具有广阔的应用前景。对MMT的开发背景、物理性质、合成方法、抗爆机理、汽油对其的感受性及应用效果进行了介绍，说明MMT不仅能帮助炼油厂提高汽油产品等级，而且能提高高标号汽油产量。     

四川大学研究PP／POE共混组成对材料断裂行为的影响

基本断裂功（EWF）方法可用于研究韧性聚合物及增韧聚合物的断裂行为，特别适于聚合物薄片的研究，EVCF方法常选用双边缺口拉伸（DENT）试样进行。     

聚合物在聚合物驱产出水中的溶解性能实验研究

分别使用清水、产出水１和产出水２与ＳＮＦ（法国）和１２７５Ａ（英国）两种分子量聚合物配制了６种聚合物溶液，并通过实验测量其过滤因子，结果表明，用聚合物驱产出水配制聚合物溶液是可行的。     

聚合物纳米塑料的研究与发展

论述了聚合物纳米复合材料的体积效应、表现效应、界面效应等特性；纳米塑料的高强度和耐热性、高阻隔及自熄灭性等物理力学性能；纳米粒子对高聚物的增强增韧机理；聚合物纳米复合材料的溶胶凝胶法、共混法、抽层法、原位聚合等制备方法，阐述了国内外纳米塑料在聚乙烯纳米合金、纳米聚酯、纳米尼龙－6等方面的最新发展动态。