高性能新材料－纳米塑料-修改

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1、高性能新材料－纳米塑料高性能新材料－纳米塑料纳米塑料是无机纳米粒子以纳米级尺寸（一般为1-100nm）均匀分散在塑料母体树脂中形成的复合材料，也被称为聚合物基纳米复合材料。由于纳米粒子尺寸小和彼此间距离非常近，具有独特的量子尺寸效应、表面效应、界面效应、体积效应、宏观显示隧道效应、小尺寸效应和超塑性，使纳米塑料具有独特的物理力学性能，已成为复合材料发展的最前端产品之一。何谓纳米？“纳米”是法定计量中的一种长度单位元名称，其单位符号为nm。1纳米等于10亿分之一米，相当于10个氢原子相挨排成直线的长度。一克普通的纳米材料，如果将外表铺展开来，可以达到640平方米。纳

2、米技术是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵和安排原子、分子来创造物质。纳米结构通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。当材料的粒径为0.1-100nm时，统称为纳米材料。纳米材料按颗粒尺寸的大小可划分为3个等级：粒径为10-100nm称为纳米级；粒径处于2-10nm范围的称为分子级；粒径小于2nm的称为原子级。科学家发现，当物质(材料)结构单元(如晶粒或孔隙)小到纳米量级时，物质(材料)的性能发生了重大变化，不仅大大改善了原有材料的性能，甚至具有新的性能或效应。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应、宏观量子遂道效应，使其具有常规材料所没有的特殊性能。纳米粒子/塑料复合

3、材料常用的无机纳米粒子包括硅酸盐、碳酸钙、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3、云母、绢英粉等，根据母体树脂不同，纳米复合材料可分类为：纳米尼龙、纳米聚烯烃、纳米聚酯、纳米聚甲醛等，世界最早的纳米塑料工业化应用，是1991年日本丰田中央研究所和尼龙树脂厂宇部兴产（UBE）公司共同开发的做汽车定时器罩用纳米尼龙6。它拉开了纳米塑料全球化快速发展的序幕，最近几年，各国都竞相投入资金和人力，加大了开发力度和产业化步伐。与原来母体树脂相比，纳米塑料提高了材料的力学性能和热性能，弯曲模量（刚性）可提高1.5-2倍，摩擦和耐磨损性及耐热性也得到提高，热变形温度可上升几十度，

4、热膨胀系数则下降为原来的一半。其次，纳米塑料赋予材料更多、更高的功能性，使材料具有阻隔性、阻燃性，并可改进材料的透明性、颜料?色性、导电性和磁性能等，提高材料的阻燃等级，如使材料对二氧化碳、氧的透过率降为原来1/2-1/5。因此，人们往往称这种改性材料为功能性纳米塑料。另外，还能提高材料的尺寸稳定性。纳米塑料的无机纳米粒子加入量小，一般为2-5%，仅为通常无机填料改性时加入量的1/10左右，因而塑料密度几乎不变或增加很小，不会因密度增加过多而增加下游塑料加工厂的成本，也没有因填料过多导致其它性能下降的弊病。由于纳米粒子尺寸小，因此成型加工和回收时几乎不发生断裂破损

5、，具有良好的可回收性，而材料能否回收再利用、是否有利于环境已成为许多工业选材时考虑的重要原则之一。纳米塑料的缺点是与通常无机填料一样，使塑料的焊接强度有所下降，有些纳米塑料如纳米尼龙的韧性（冲击强度）有所下降，但纳米聚烯烃的韧性却有所提高。由于纳米塑料对材料的改性不是通过制备新结构塑料完成的，因此，利用现有设备或稍加改造便可进行生产，设备投入资金少，这两点是推动和加快纳米塑料商业化的有利因素。纳米塑料制法纳米塑料制法主要归纳为四大类：插层复合法、原位复合法、分子复合法和超微粒子直接分散法。插层复合法是目前制备纳米塑料的主要方法。首先将单体或聚合物插入经插层剂处理后

6、的层状硅酸盐（如蒙脱土，俗称粘土）之间，进而破坏片层硅酸盐紧密有序的堆积结构，使其剥离成厚度为1nm左右，长、宽为30-100nm的层状基本单元，并均匀分散于塑料基体树脂中，实现塑料高分子与层状硅酸盐片层在纳米尺度上的复合。插层复合法又可分为两大类：1-插层聚合法：先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中，然后原位聚合，利用聚合时放出大量的热，克服硅酸盐片层间的作用力并使其剥离，从而使硅酸盐片层与塑料基体以纳米尺度复合。2-聚合物插层法：将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合，利用化学和热力学作用使层状硅酸盐剥离成纳米尺度的片层，并均匀地分散于聚合物基体中。该法的

7、优点是易于实现无机纳米材料以纳米尺寸均匀地分散到塑料基体树脂中。原位复合法包括原位聚合法和原位形成填料法。将纳米粒子溶解于单体溶液再进行聚合反应，叫原位聚合法，特点是纳米材料分散均匀。原位形成填料法也叫溶胶凝胶法，是近年研究比较活跃和前景看好的方法。该法一般分两步，首先将金属或硅的硅氧基化合物有控制地水解使其生成溶胶，水解后的化合物再与聚合物共缩聚，形成凝胶，然后对凝胶进行高温处理，除去溶剂等小分子即可得到纳米塑料。分子复合法代表性的产品是液晶聚合物（LCP）系纳米塑料，利用熔融共混或接枝共聚、嵌段共聚的方法，将LCP均匀地分散于柔性高分子基体中。原位生成纳米级的

8、LCP微纤