原位聚合法是從納米復合材料中發(fā)展而來(lái)的，所謂納米復合材料，即，納米粒子與有機高分子材料共同構建而成的復合材料。納米復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。原位聚合法原理：原位聚合是一種把反應性單體(或其可溶性預聚體)與催化劑全部加入分散相(或連續相)中，芯材物質(zhì)為分散相。由于單體(或預聚體)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，所以聚合反應在分散相芯材上發(fā)生。反應開(kāi)始，單體預聚，預聚體聚合，當預聚體聚合尺寸逐步增大后，沉積在芯材物質(zhì)的表面。

簡(jiǎn)介

納米復合材料已儼然成為了未來(lái)柔性包裝的發(fā)展重點(diǎn)，因此受到的關(guān)注也越來(lái)越多，由于用這種技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的材料的阻隔性、機械性能更強，重量更輕，所以全球納米材料的市場(chǎng)正在不斷擴張，預計到2008年全球納米技術(shù)的市場(chǎng)有望增長(cháng)到2.5億美元，屆時(shí)每年的增長(cháng)速度預期會(huì )到18%~25%。

材料構成

聚合物納米復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(guò)”曲折通道”逸出，針對氣體和水氣形成復雜的阻隔層。聚合體結構呈現地越曲折，阻隔性就越高。聚合薄膜的滲透系數（P）由兩個(gè)因素決定：擴散（D）和溶解度（S）系數，也就是P = DxS。

當有更多的納米粒子分散到聚合物中時(shí)，滲透性也會(huì )大大降低。根據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合薄膜復合到那些純的聚合薄膜上時(shí)出現的機械和阻隔特性的改善程度相關(guān)?！?/p>

為了使薄膜得到最佳的性能，和傳統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(guò)5%，這樣就可以極大地減少納米復合薄膜的重量。納米粒子的分散過(guò)程會(huì )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)于填充傳統材料的塑料。

填充物種類(lèi)

有不同種類(lèi)的填充物可供使用。最普通的一種是被稱(chēng)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)調一致，必須對黏土的極性進(jìn)行改良成為更加“有機”的物質(zhì)。一種改良黏土的方法就是通過(guò)將有機銨陽(yáng)離子（帶正電的離子）和黏土表面的無(wú)機陽(yáng)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)行調研中，例如，合成黏土、天然纖維（大麻、亞麻）以及POSS（納米復合光電薄膜）。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更高—能提供良好的導電性能和熱傳導性能。納米黏土的兩家主要供應商是Southern Clay Products

三種填充方式

通常有三種方法可以通過(guò)納米填充物增強聚合物的性能來(lái)生產(chǎn)納米復合材料：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(chēng)處理可以通過(guò)擠出機、注塑機或其他處理設備制造聚合物的時(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構的加工方法）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。