Abstract
Polymer/layered silicate nanocomposites (PLSNCs) offer remarkably improved mechanical and other properties with low inorganic filler loading. The major development in this field has been carried out over the last one and a half decades. However, the authors are far from the goal in terms of understanding the mechanisms of the enhancement effect in the nanocomposites. Continued progress in nanoscale controlling and an improved understanding of the physicochemical phenomena at the nanometre scale have contributed to the rapid development of novel PLSNCs. The present paper describes recent advances in PLSNCs with the primary focus on these advances from basic science to technology.
Keywords
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Cox
H.
,
Dearlove
T.
,
Rodges
W.
and
Verbrugge
M.
Proc. 4th World Cong. Nanocomposites 2004, San Francisco, CA, September 2004, Executives Conference Management Inc., Session I-(1).
2.
Okamoto
M.
: ‘Polymer/layered silicate nanocomposites’, Rapra review report No. 163, Rapra Technology, London, 2003.
3.
Usuki
A.
,
Kojima
Y.
,
Okada
A.
,
Fukushima
Y.
,
Kurauchi
T.
and
Kamigaito
O.
J. Mater. Res ., 1993 , 8 , 1174 .
4.National Lead: US patent
2531396, 1950.
5.Union Oil: US patent
3084117, 1963.
6.Unitika: Japanese Kokai patent application
109998, 1976.
7.
Fukushima
Y.
and
Inagaki
S.
J. Indus. Phenom ., 1987 , 5 , 473 .
8.
Kojima
Y.
,
Usuki
A.
,
Kawasumi
M.
,
Okada
A.
,
Fukushima
Y.
,
Karauchi
T.
and
Kamigaito
O.
J. Mater. Res ., 1993 , 8 , 1185 .
9.
Jose-Yacaman
M.
,
Rendon
L.
, and
Arenas
J.
and
Puche
M. C. S.
Science , 1996 , 273 , 223 .
10.
Hermosin
M. C.
and
Cornejo
J.
Clay. Clay Miner ., 1986 , 34 , 591 .
11.
Krishnamoorti
R.
,
Vaia
R. A.
and
Giannelis
E. P.
Chem. Mater ., 1996 , 8 , 1728 .
12.
Ray
S. S.
,
Yamada
K.
,
Okamoto
M.
,
Ogami
A.
and
Ueda
K.
Chem. Mater ., 2003 , 15 , 1456 .
13.
Su
S. P.
,
Jiang
D. D.
and
Wilkie
C. A.
Polym. Degrad Stabil , 2004 , 83 , 321 .
14.
Su
S. P.
,
Jiang
D. D.
and
Wilkie
C. A.
Polym. Degrad Stabil , 2004 , 83 , 333 .
15.
Vuillaume
P. Y.
,
Glinel
K.
,
Jonas
A. M.
and
Laschewsky
A.
Chem. Mater ., 2003 , 15 , 3625 .
16.
Acosta
E. J.
,
Deng
Y.
,
White
G. N.
,
Dixon
J. B.
,
McInnes
K. J.
,
Senseman
S. A.
,
Frantzen
A. S.
and
Simanek
E. E.
Chem. Mater ., 2003 , 15 , 2903 .
17.
Fischer
H.
: Mater. Sci. Eng ., 2003 , C23, 763.
18.
Hasegawa
N.
,
Okamoto
H.
,
Kato
M.
,
Usuki
A.
and
Sato
N.
Polymer , 2003 , 44 , 2933 .
19.
van Olphen
H.
: ‘An introduction to clay colloid chemistry’ ; 1977 , New York , Wiley .
20.
Zerda
A. S.
,
Caskey
T. C.
and
Lesser
A.
Macromolecules , 2003 , 36 , 1603 .
21.
Zhao
Q.
and
Samulski
E. T.
Macromolecules , 2003 , 36 , 6967 .
22.
Maiti
P.
,
Nam
P. H.
,
Okamoto
M.
,
Kotaka
T.
,
Hasegawa
N.
and
Usuki
A.
Macromolecules , 2002 , 35 , 2042 .
23.
Nam
P. H.
,
Mait
P.
,
Okamoto
M.
,
Kotaka
T.
,
Hasegawa
N.
and
Usuki
A.
Polymer , 2001 , 42 , 9633 .
24.
Maiti
P.
,
Nam
P. H.
,
Okamoto
M.
,
Kotaka
T.
,
Hasegawa
N.
and
Usuki
A.
Polym. Eng. Sci ., 2002 , 42 , 1864 .
25.
Khare
R.
,
de Pablo
J. J.
and
Yethiraj
A.
Macromolecules , 1996 , 29 , 7910 .
26.
Sheng
N.
,
Boyce
M. C.
,
Parks
D. M.
,
Rutledge
G. C.
,
Abes
J. I.
and
Cohen
R. E.
Polymer , 2004 , 45 , 487 .
27.
Carrado
K. A.
: in ‘Handbook of layered materials’, (ed. S. M. Auerbach, K. A. Carrado and P. K. Dutta), 1-38; 2004, New York, Marcel-Dekker.
28.
Sato
H.
,
Yamagishi
A.
and
Kawamura
K.
J. Phys. Chem. B , 2001 , B105, 7990.
29.
Seo
Y.-S.
,
Ichikawa
Y.
and
Kawamura
K.
Mater. Sci. Res. Int ., 1999 , 5 , 13 .
30.
Tamura
K.
,
Setsuda
H.
,
Taniguchi
M.
and
Yamagishi
A.
Langmuir , 1999 , 15 , 6915 .
31.
Medellin-Rodriguez
F. J.
,
Burger
C.
,
Hsiao
B. S.
,
Chu
B.
,
Vaia
R. A.
and
Phillips
S.
Polymer , 2001 , 42 , 9015 .
32.
Maiti
P.
and
Okamoto
M.
Macromol Mater. Eng ., 2003 , 288 , 440 .
33.
Landis
W. J.
: Connect. Tissue Res ., 1996 , 35 , 1 .
34.
Lincoln
D. M.
,
Vaia
R. A.
,
Wang
Z. G.
and
Hsiao
B. S.
Polymer , 2001 , 42 , 1621 .
35.
Lincoln
D. M.
and
Vaia
R. A.
Macromolecules , 2004 , 37 , 4554 .
36.
Kim
G. M.
,
Lee
D. H.
,
Hoffmann
B.
,
Kressler
J.
and
Stoppelmann
G.
Polymer , 2001 , 42 , 1095 .
37.
Stern
T.
,
Wachtel
E.
and
Marom
G.
J. Polym. Sci. B , 1997 , 35B , 2429 .
38.
Fratzl
P.
,
Gupta
H. S.
,
Paschalis
E. P.
and
Roschger
P.
J. Mater. Chem ., 2004 , 14 , 2115 .
39.
Priya
L.
and
Jog
J. P.
J. Polym. Sci. B , 2002 , 40B , 1682 .
40.
Shah
D.
,
Maiti
P.
,
Gunn
E.
,
Schmidt
D. F.
,
Jiang
D. D.
,
Batt
C. A.
and
Giannelis
E. P.
Adv. Mater ., 2004 , 16 , 1173 .
41.
Ray
S. S.
,
Yamada
K.
,
Okamoto
M.
and
Ueda
K.
Polymer , 2003 , 44 , 857 .
42.
Chen
J. S.
,
Poliks
M. D.
,
Ober
C. K.
,
Zhang
Y.
,
Wiesner
U.
and
Giannelis
E. P.
Polymer , 2002 , 43 , 4895 .
43.
Ray
S. S.
,
Okamoto
K.
and
Okamoto
M.
Macromolecules , 2003 , 36 , 2355 .
44.
Okamoto
K.
,
Ray
S. S.
and
Okamoto
M.
J. Polym. Sci. B , 2003 , 41B , 3160 .
45.
Utracki
L. A.
: ‘Polymer alloys and blends: thermodynamics and rheology’ ; 1990 , New York , Hasser .
46.
Cox
W. P.
and
Merz
E. H.
J. Polym. Sci ., 1958 , 28 , 619 .
47.
Okamoto
M.
,
Sato
H.
,
Taguchi
H.
and
Kotaka
T.
J. Soc. Rhea ., 2000 , 28 , 201 .
48.
Okamoto
M.
,
Nam
P. H.
,
Maiti
P.
,
Kotaka
T.
,
Hasegawa
N.
and
Usuki
A.
Nano Lett ., 2001 , 1 , 295 .
49.
Kotaka
T.
,
Kojima
A.
and
Okamoto
M.
Rheot Acta , 1997 , 36 , 646 .
50.
Nam
P. H.
: ‘The structure and properties of intercalated PP/clay nanocomposites’ , Master dissertation , Toyota Technological Institute, 2001 .
51.
Kojima
Y.
,
Usuki
A.
,
Kawasumi
M.
,
Okada
A.
,
Kurauchi
T.
,
Kamigaito
O.
and
Kaji
K.
J. Polym. Set B , 1995 , 33B , 1039 .
52.
Yalcin
B.
and
Calcmak
M.
Polymer , 2004 , 45 , 2691 .
53.
Medellin-Rodriguez
F. J.
,
Burger
C.
,
Hsiao
B. S.
,
Chu
B.
,
Vaia
R. A.
and
Phillips
S.
Polymer , 2001 , 42 , 9015 .
54.
Lele
A.
,
Mackley
M.
,
Galgali
G.
and
Ramesh
C.
J. Rhea ., 2002 , 46 , 1091 .
55.
Bafna
A.
,
Beaucage
G.
,
Mirabella
F.
and
Mehta
S.
Polymer , 2003 , 44 , 1103 .
56.
Roe
R.
: ‘Methods of X-ray and neutron scattering in polymer science’ , 199 ; 2000 , New York , Oxford University Press .
57.
Bafna
A.
,
Beaucage
G.
,
Mirabella
F.
,
Skillas
G.
and
Sukumaran
S.
J. Polym. Set B , 2001 , 39B , 2923 .
58.
Kim
J. W.
,
Kim
S. G.
,
Choi
H. J.
and
Jhon
M. S.
Macromot Rapid Commun ., 1999 , 20 , 450 .
59.
Kim
J. W.
,
Noh
M. H.
,
Choi
H. J.
,
Lee
D. C.
and
Jhon
M. S.
Polymer , 2000 , 41 , 1229 .
60.
Park
J. H.
,
Lim
Y. T.
and
Park
O. O.
Macromot Rapid Commun ., 2001 , 22 , 616 .
61.
Lim
Y. T.
,
Park
J. H.
and
Park
O. O.
J. Coll. Interf Sci ., 2002 , 245 , 198 .
62.
Okamoto
M.
,
Nam
P. H.
,
Maiti
M.
,
Kotaka
T.
,
Nakayama
T.
,
Takada
M.
,
Ohshima
M.
,
Usuki
A.
,
Hasegawa
N.
and
Okamoto
H.
Nano Lett ., 2001 , 1 , 503 .
63.
Fratzl
P.
: Curr. Opin. Colloid Interf Set , 2003 , 8 , 32 .
64.
Nam
P. H.
,
Okamoto
M.
,
Maiti
P.
,
Kotaka
T.
,
Nakayama
T.
,
Takada
M.
,
Ohshima
M.
,
Hasegawa
N.
and
Usuki
A.
Polym. Eng. Set , 2002 , 42 , (9 ), 1907 .
65.
Mitsunaga
M.
,
Ito
Y.
,
Okamoto
M.
,
Ray
S. S.
and
Hironaka
K.
Macromot Mater. Eng ., 2003 , 288 , 543 .
66.
Klempner
D.
and
Frisch
K. C.
‘Handbook of polymeric foams and foam technology’ ; 1991 , Munich , Vienna, Hanser .
67.
Colton
J. S.
and
Suh
N. P.
Polym. Eng. Set , 1987 , 27 , 485 .
68.
Ito
Y.
and
Okamoto
M.
Macromolecular Mater. Eng., to be published.
69.
Fujimoto
Y.
,
Ray
S. S.
,
Okamoto
M.
,
Ogami
A.
and
Ueda
K.
Macromot Rapid Commun ., 2003 , 24 , 457 .
70.
Cao
X.
,
Lee
L. J.
,
Widya
T.
and
Macosko
C.
Polymer , 2005 , 46 , 775 .
71.
Chandra
A.
,
Gong
S.
,
Turng
L. S.
,
Gramann
P.
and
Cordes
H.
Polym. Eng. Set , 2005 , 45 , 52 .
72.
Taki
K.
,
Yanagimoto
T.
,
Funami
E.
,
Okamoto
M.
and
Ohshima
M.
Polym. Eng. Set , 2004 , 44 , 1004 .
73.
Strauss
W.
and
D'Souza
N. A.
J. Cell. Plast ., 2004 , 40 , 229 .
74.
Fong
H.
,
Liu
W.
,
Wang
C. S.
and
Vaia
R. A.
Polymer , 2002 , 43 , 775 .
75.
Brown
J. M.
,
Curliss
D. B.
and
Vaia
R. A.
Proc. 219th ACS Natl Meet., San Francisco, CA, March 2000, American Chemical Society, 278.
76.
Ray
S. S.
,
Okamoto
K.
,
Yamada
K.
and
Okamoto
M.
Nano Lett ., 2002 , 2 , 423 .
77.
Gibson
L. J.
and
Ashby
M. F.
‘Cellular solids’, 8; 1988, New York, Pergamon Press.
78.
Tetto
J. A.
,
Steeves
D. M.
Welsh
E. A.
and
Powell
B. E.
Proc. Ann. Tech. Conf., May 1999, Society of Plastics Engineers, 1628.
79.
Lee
S. R.
,
Park
H. M.
,
Lim
H. L.
Kang
T.
,
Li
X.
,
Cho
W. J.
and
Ha
C. S.
Polymer , 2002 , 43 , 2495 .
80.
Ray
S. S.
,
Okamoto
M.
,
Yamada
K.
and
Ueda
K.
Nano Lett ., 2002 , 2 , 1093 .
81.
Ray
S. S.
,
Yamda
K.
,
Ogami
A.
,
Okamoto
M.
and
Ueda
K.
Macromot Rapid Commun ., 2002 , 23 , 943 .
82.
Ray
S. S.
,
Yamada
K.
,
Okamoto
M.
and
Ueda
K.
Macromot Mater. Eng ., 2003 , 288 , 936 .
83.
Ray
S. S.
,
Yamada
K.
,
Okamoto
M.
and
Ueda
K.
Polymer , 2003 , 44 , 857 .
84.
Liu
J. W.
,
Zhao
Q.
and
Wan
C. X.
Space Med Med. Eng ., 2001 , 14 , 308 .
85.
Okamoto
K.
,
Ray
S. S.
and
Okamoto
M.
J. Polym. Set B , 2003 , 41B , 3160 .
86.
Hiroi
R.
,
Ray
S. S.
,
Okamoto
M.
and
Shiroi
T.
Macromot Rapid Commun ., 2004 , 25 , 1359 .
87.
Fujishima
A.
and
Honda
K.
Nature , 1972 , 37 , 238 .
88.
Simha
R.
,
Utracki
L. A.
and
Garcia-Rejon
A.
Compos. Interf , 2001 , 8 , 345 .
89.
Tanoue
S.
,
Utracki
L. A.
,
Garcia-Rejon
A.
,
Tatibouet
J.
,
Cole
K. C.
and
Kamal
M. R.
Polym. Eng. Set , 2004 , 44 , 1046 .
90.
Utracki
L. A.
and
Simha
R.
Macromolecules , 2004 , 37 , 10123 .
91.
Wang
Y.
,
Wu
Y.
,
zhang
H.
,
Zhang
L.
,
Wang
B.
and
Wang
Z.
Macromot Rapid Commun ., 2004 , 25 , 1973 .
92.
Ginzburg
V. V.
and
Balazs
A. C.
Macromolecules , 1999 ,32 , 5681 .
93.
Ginzburg
V. V.
,
Singh
C.
and
Balazs
A. C.
Macromolecules , 2000 , 33 , 1089 .
94.
Ginzburg
V. V.
and
Balazs
A. C.
Adv. Mater ., 2000 , 12 , 1805 .
95.
Ginzburg
V. V.
,
Gendelman
O. V.
and
Manevitch
L. I.
Phys. Rev. Lett ., 2001 , 86 , 5073 .
96.
Totha
R.
,
Coslanicha
A.
,
Ferronea
M.
,
Fermeglia
M.
,
Pricl
S.
,
Miertus
S.
and
Chiellini
E.
Polymer , 2004 , 45 , 8075 .
97.
Sinsawat
A.
,
Anderson
K. L.
,
Vaia
R. A.
and
Farmer
B. L.
J. Polym. Set Part B: Polym. Phys ., 2003 , 41 , 3272 .
98.
Kuppa
V.
,
Menakanit
S.
,
Krishnamoorti
R.
and
Manias
E.
J. Polym. Sci B , 2003 , 41B , 3285 .
99.
Zeng
Q. H.
,
Yu
A. B.
,
Lu
G. Q.
and
Standish
R. K.
Chem. Mater ., 2003 , 15 , 4732 .
100.
Sheng
N.
,
Boyce
M. C.
,
Parks
D. M.
,
Rutledge
G. C.
,
Abes
J. I.
and
Cohen
R. E.
Polymer , 2004 , 45 , 487 .
101.
Ebenau
A.
: Wirtschaftliche perspektiven der nanotechnologie: enorme markte fur kleinste teilchen'; 2002, Mannheim, BASF Future Business GmbH.