塑料見得多，納米塑料又是什么呢?一般說來，納米技術(shù)是指在納米尺寸范圍內(nèi)，通過直接操縱和安排原子、分子來創(chuàng)造物質(zhì)。因此，納米塑料是指無機(jī)納米粒子以納米級(jí)尺寸(一般為1-100nm)均勻分散在聚合物基體樹脂中形成的復(fù)合材料，也被稱為聚合物基納米復(fù)合材料。由于納米粒子尺寸小，彼此間距離非常近，因此，具有獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、界面效應(yīng)、體積效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和超塑性，從而使納米塑料具有獨(dú)特的物理力學(xué)性能，成為復(fù)合材料發(fā)展的最前端產(chǎn)品之一。

    聚合物/納米復(fù)合材料

    常用的無機(jī)納米粒子包括硅酸鹽、碳酸鈣、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3、云母等，根據(jù)基體樹脂不同，納米復(fù)合材料可分類為：納米尼龍、納米聚烯烴、納米聚酯、納米聚甲醛等。世界上最早的納米塑料工業(yè)化應(yīng)用是1991年日本豐田中央研究所和尼龍樹脂廠宇部興產(chǎn)(UBE)公司共同開發(fā)的、用做汽車定時(shí)器罩的納米尼龍6，從此拉開了納米塑料快速發(fā)展的序幕。近幾年來，世界各國都競(jìng)相投入資金和人力，加大了納米塑料的開發(fā)力度和產(chǎn)業(yè)化步伐，特別是工業(yè)發(fā)達(dá)國家，目前已經(jīng)形成了一個(gè)納米塑料產(chǎn)業(yè)。

    與原來的基體樹脂相比，納米塑料提高了材料的力學(xué)性能和熱性能。復(fù)合材料的彎曲模量(剛性)可提高1.5-2倍，摩擦和耐磨損性及耐熱性也得到提高，熱變形溫度可上升幾十度，熱膨脹系數(shù)則下降為原來的一半。同時(shí)，納米復(fù)合材料具有更多、更高的功能性，如阻隔性、阻燃性等。復(fù)合材料的透明性、著色性、導(dǎo)電性和磁性能也得到了相應(yīng)的提高。納米粒子的加入也提高了復(fù)合材料的阻燃等級(jí)，使材料對(duì)二氧化碳、氧的透過率下降。另外，納米粒子填充聚合物還能提高復(fù)合材料的尺寸穩(wěn)定性。

    納米塑料的無機(jī)納米粒子加入量較小，一般為2%-5%，僅為通常無機(jī)填料改性時(shí)加入量的1/10左右，因而復(fù)合材料的密度與原來樹脂相比幾乎不變或增加很小。因此，不會(huì)因密度增加過多而增加下游塑料加工廠的成本，也沒有因填料過多導(dǎo)致其他性能下降的弊病。由于納米粒子尺寸小，因此成型加工和回收時(shí)幾乎不發(fā)生斷裂破損，具有良好的可回收性。納米塑料的缺點(diǎn)與通常無機(jī)填料一樣，納米粒子的加入會(huì)使塑料的焊接強(qiáng)度有所下降，有些納米塑料如納米尼龍的韌性(沖擊強(qiáng)度)有所下降，但納米聚烯烴的韌性卻有所提高。

    由于納米塑料對(duì)材料的改性不是通過制備新結(jié)構(gòu)塑料完成的，因此，利用現(xiàn)有設(shè)備或稍加改造便可進(jìn)行生產(chǎn)，設(shè)備投入資金少，這兩點(diǎn)也是推動(dòng)和加快納米塑料商業(yè)化的有利因素。

    納米塑料生產(chǎn)方法

    納米塑料的生產(chǎn)方法主要有四種：插層復(fù)合法、原位復(fù)合法、分子復(fù)合法和超微粒子直接分散法。

    插層復(fù)合法是目前制備納米塑料的主要方法。首先將單體或聚合物插入經(jīng)插層劑處理后的層狀硅酸鹽(如蒙脫土)之間，破壞片層硅酸鹽緊密有序的堆積結(jié)構(gòu)，使其剝離成厚度為1nm左右，長(zhǎng)、寬為30-100nm的層狀基本單元，均勻分散于聚合物基體中，實(shí)現(xiàn)聚合物高分子與層狀硅酸鹽片層在納米尺度上的復(fù)合。插層復(fù)合法又可分為插層聚合法和聚合物插層法。插層聚合法是先將聚合物單體分散、插層進(jìn)入層狀硅酸鹽片層中，然后原位聚合，利用聚合時(shí)放出大量的熱克服硅酸鹽片層間的作用力，并使其剝離，從而使硅酸鹽片層與塑料基體以納米尺度復(fù)合。聚合物插層法是將聚合物熔體或溶液與層狀硅酸鹽混合，利用化學(xué)和熱力學(xué)作用使層狀硅酸鹽剝離成納米尺度的片層并均勻地分散于聚合物基體中。該法的優(yōu)點(diǎn)是易于實(shí)現(xiàn)無機(jī)納米材料以納米尺寸均勻地分散到塑料基體樹脂中。

    原位復(fù)合法包括原位聚合法和原位形成填料法。將納米粒子溶解于單體溶液再進(jìn)行聚合反應(yīng)，叫原位聚合法。其特點(diǎn)是納米材料分散均勻。原位形成填料法也叫溶膠凝膠法，是近年研究比較活躍和前景看好的方法。該法一般分兩步，首先將金屬或硅的硅氧基化合物有控制地水解使其生成溶膠，水解后的化合物再與聚合物共縮聚，形成凝膠，然后對(duì)凝膠進(jìn)行高溫處理，除去溶劑等小分子即可得到納米塑料。

    分子復(fù)合法代表性的產(chǎn)品是液晶聚合物(LCP)系納米塑料。利用熔融共混或接枝共聚、嵌段共聚的方法，將LCP均勻地分散于柔性高分子基體中。原位生成納米級(jí)的LCP微纖，其尺寸比一般納米復(fù)合材料更小，分散程度接近分子水平，因此稱為分子復(fù)合法。其優(yōu)點(diǎn)是可大幅度提高柔性高分子基體樹脂的拉伸強(qiáng)度、彎曲模量、耐熱性、阻隔性。

    超微粒子直接分散法包括乳溶共混法、溶液共混法、機(jī)械共混法、熔融共混法等，有實(shí)際意義的為熔融共混法，其他方法難于達(dá)到理想的分散效果。例如，機(jī)械共混法雖然簡(jiǎn)單，但很難使易團(tuán)聚的無機(jī)納米粒子在塑料基體中以納米尺寸均勻分散。用捏合機(jī)、雙螺桿擠出配混機(jī)將塑料與納米粒子在塑料熔點(diǎn)以上熔融，混合的難點(diǎn)和關(guān)鍵是要防止納米粒子團(tuán)聚，故一般要對(duì)納米粒子進(jìn)行表面處理。表面處理劑有兼容劑、分散劑、偶聯(lián)劑，并經(jīng)常使用兩種以上表面處理劑。另外，要優(yōu)化熔融共混裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)以達(dá)到最佳分散效果。該法工藝簡(jiǎn)單，納米粒子與復(fù)合材料制備分步進(jìn)行，易于控制納米粒子的形態(tài)和尺寸。

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