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纳米材料在塑料改性中的应用


来源:中国粉体网   初末

[导读]  在纳米复合材料中,分散相尺寸至少在一维方向小于100nm。由于分散相的纳米尺寸效应、大比表面积和强界面结合,使纳米塑料具有高强度、耐热性、高阻隔性、阻燃性和优良加工性等优异性能,是一种全新的高技术新材料。

中国粉体网讯  纳米材料是微粒尺寸在100nm以内的无机颗粒,它的尺寸远小于一般的微粒,它是一种多组分分散体。纳米材料的研究始于70年代,从金属陶瓷粉末开始,现在已经在微电子、冶金、化工、国防、核技术、航天、医学与生物工程中得到广泛的应用。90年代以来,纳米材料在聚合物改性中的应用研究日益活跃,并取得了很多重要的成果。纳米材料的开发与应用,为工程塑料功能化、高性能化提供了新的途径。



无机填充物以纳米尺寸分散在通用塑料基体中形成的有机/无机纳米复合材料叫纳米塑料。在纳米复合材料中,分散相尺寸至少在一维方向小于100nm。由于分散相的纳米尺寸效应、大比表面积和强界面结合,使纳米塑料具有高强度、耐热性、高阻隔性、阻燃性和优良加工性等优异性能,是一种全新的高技术新材料。


纳米材料改性塑料的制备方法


(1)插层复合法


插层复合是将单体或聚合物插入具有层状结构的硅酸盐片层之间,进而破坏硅酸盐的片层结构,剥离成厚度为1nm,长宽为100nm的基本单元,并使其均匀分散在聚合物基体中,实现高分子与层状硅酸盐片层在纳米级上的复合,插层复合分为插层聚合与聚合物插层两种技术路线。


插层聚合与聚合物插层的不同之处是前者是单体插入硅酸盐片层间进行聚合反应,形成聚合物纳米复合材料;后者则是通过插层剂的作用,使聚合物插入硅酸盐片层间。


(2)共混法


共混法是首先制备纳米粒子,然后再通过各种方式与有机聚合物混合。共混法分为熔融共混和溶液共混。从共混组分的不同又可分为聚合物/聚合物、聚合物/无机粒子两种体系,这种方法工艺简单,关键在于解决纳米材料的分散。


(3)原位分散法


原位分散法是将纳米材料溶解到单体溶液中再进行聚合反应,这种方法的特点是纳米材料分散均匀。


纳米材料在塑料改性中的应用


(1)提高塑料的韧性和强度


纳米材料的出现为塑料的增强、增韧改性提供了一种全新的方法和途径。小粒径分散相表面缺陷相对较少,非配对原子多。纳米粒子的表面原子数与总原子数之比,随其粒子的变小而急剧增大,表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子不同,具有很大的化学活性。晶体场的微粒化、活性表面原子的增多,使其表面能大大增加,因而可以和高聚物基材紧密结合,相容性比较好。当受外力时,离子不易与基材脱离,能较好地传递所承受的外应力。同时在应力场的相互作用下,材料内部会产生更多的微裂纹和塑料变形,能引发基材屈服,消耗大量冲击能,从而达到同时增强增韧的目的。


(2)改善塑料的加工性能


某些高聚物如黏均分子质量在150分以上的超高分子量聚乙烯,虽然具有优良的综合使用性能,但由于其粘度极高,导致成型加工困难,从而限制了推广使用。利用层状硅酸盐片层间摩擦系数小的特点,将超高分子量聚乙烯与层状硅酸盐充分混合,制成纳米稀土/超高分子量聚乙烯复合材料,可有效减少超高分子量聚乙烯分子链的缠结,降低粘度,起到良好的润滑作用,从而大大改善了其加工性能。


(3)增强塑料的抗老化性能


高聚物的抗老化性能直接影响到它的使用寿命和使用环境,尤其是对于农用塑料和塑料建材,这是一个需要高度关注的指标。太阳光中的紫外线波长为200~400nm,而280~400nm波段的紫外线能使高聚物分子链断裂,从未使材料老化。纳米氧化物对红外、微波有良好的吸收特性,在纳米氧化铝、氧化钛、氧化硅中可观察到常规材料根本看不到的发光现象。将纳米SiO2和TiO2适当混配,可大量吸收紫外线,从而使材料抗老化。


(4)纳米材料的加入使塑料功能化


金属纳米粒子具有异相成核作用,能诱发形成某些赋予材料韧性的晶型。用低熔点金属纳米粒子填充聚丙烯,发现它在聚丙烯中可起到导电通道和增强、增韧的作用,同时其低熔点亦改善了复合材料的加工性能。


参考资料:徐用军、姜琳琳.纳米材料在塑料改性中的应用进展
邓如生.纳米材料在工程塑料改性中的应用 


 

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