納米材料在塑料改性中的應(yīng)用.

1、整體框架整體框架緒論緒論納米材料的特性納米材料的特性納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米材料改性塑料的常見制備方法納米材料改性塑料的常見制備方法結(jié)束語結(jié)束語11緒論緒論l 納米材料學(xué)是近年來剛剛興起并受到普遍關(guān)注的一個新的科學(xué)領(lǐng)域，它涉及到物理、化學(xué)、材料、生物等許多領(lǐng)域的知識，為人們認(rèn)識自然改造自然開辟了新的途徑。一般來說，納米材料是指材料兩相顯微結(jié)構(gòu)中至少有一相的一維尺度達(dá)到納米級的材料，其中納米粒子相是數(shù)目很少的原子或分子組成的聚集體，粒子直徑小于100nm。l 由于納米粒子在磁、光、化學(xué)、催化等許多方面呈現(xiàn)出各種各樣的優(yōu)異特性，世界各國先后對這種材料給予了極大的關(guān)注

2、，并迅速展開此方面的研究與開發(fā)。2納米材料的特性納米材料的特性l 科學(xué)研究表明，當(dāng)微粒尺寸小于100nm時，由于量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，物質(zhì)的很多性能將發(fā)生質(zhì)變，從而呈現(xiàn)出既不同于宏觀物體，又不同于單個獨(dú)立原子的奇異現(xiàn)象，聲、電、光、磁、熱、力學(xué)等物理性能有很大變化。l 納米材料由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，決定了納米材料出現(xiàn)許多不同于傳統(tǒng)材料的獨(dú)特性能：低熔點(diǎn)、高比熱容、高熱膨脹系數(shù)；高反應(yīng)活性、高擴(kuò)散率；高強(qiáng)度、高韌性；奇特磁性；極強(qiáng)的吸波性。優(yōu)化了材料的電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)性能。3納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用l 所謂 “納米塑料”是指無

3、機(jī)填充物以納米尺寸分散在有機(jī)聚合物基體中形成的有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合材料。在納米復(fù)合材料中，分散相的尺寸至少在一維方向小于100nm。由于分散性的納米尺寸效應(yīng)、大比表面積和強(qiáng)界面結(jié)合，納米復(fù)合材料具有一般工程塑料所不具備的優(yōu)異性能。l 納米塑料具有高強(qiáng)度、高剛性、韌性好、密度低、抗老化的特點(diǎn)；由于納米粒子尺寸小，納米塑料顯示出良好的透光性、阻隔性、耐熱性、殺菌防霉性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電及吸波性、防紫外性等特性；此外部分材料還具有優(yōu)異的耐磨性、阻燃自熄滅性能。3納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用l 1、納米技術(shù)改善了高分子材料的物理力學(xué)性能。l 普通填料加入到高分子材料中，一般使拉伸強(qiáng)度明

4、顯降低。而采用納米粉末填充的復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度卻會有所增加，并在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)極值。如納米SiO2填充復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度在SiO2體積分?jǐn)?shù)為4%時達(dá)到最大值；采用納米CaCO3填充聚乙烯，復(fù)合材料的斷裂伸長率提高。l 研究表明，采用不同種類的納米粉末混合填充聚合物，將使復(fù)合材料的性能在某一點(diǎn)上出現(xiàn)極值，這是由于不同粒子的官能團(tuán)種類、數(shù)目及表層厚度不同，在粒子與基體作用的同時，粒子之間也相互吸附，從而表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。3納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用l 2、納米技術(shù)為塑料的增韌增強(qiáng)改性提供了一種全新的方法和途徑。l 塑料的增韌增強(qiáng)改性方法較多，傳統(tǒng)的方法有共混、共聚、使用增

5、韌劑等。無機(jī)填料填充基體，通?？梢越档椭破烦杀尽⑻岣邉傂?、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，然而往往帶來沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長率的下降。l 納米技術(shù)的出現(xiàn)為塑料的增韌增強(qiáng)改性提供了一種全新的方法和途徑。納米粒子表面活性原子多，可與基體緊密結(jié)合，相容性比較好。近年來開始用納米級無機(jī)填料填充聚合物。國外開發(fā)成功的PP（聚丙烯）/ EPR（乙丙橡膠）/滑石粉納米復(fù)合材料，克服了以往聚丙烯 （PP）改性材料韌性增加而斷裂伸長率下降的缺點(diǎn)，它兼有高流動性、高剛性和耐沖擊性。3納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用l 2、納米技術(shù)為塑料的增韌增強(qiáng)改性提供了一種全新的方法和途徑。l 國內(nèi)已研制成功的納米聚丙烯復(fù)

6、合材料，是在聚丙烯原料加入納米粉末，使其聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而具有了新的性能，既保持了原有剛性，又大幅度提高韌性。用這種材料制成的箱包，既堅(jiān)硬，又不易碎裂；用它制造汽車零部件，可代替高品質(zhì)的塑料和鋼材。l 目前國內(nèi)汽車保險(xiǎn)杠專用料多是高韌性、剛性低的聚丙烯（PP）改性材料，不能滿足汽車零部件高剛性、高韌性兼具的要求，開發(fā)應(yīng)用納米粒子改性聚丙烯（PP）材料，能充分利用國內(nèi)有豐富的聚丙烯（PP）資源，具有廣闊的發(fā)展前景。3納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用l 3、納米技術(shù)提高了塑料的抗老化能力。l 太陽光的紫外線波長在200400nm之間，而280400nm波段的紫外線能

7、使高分子材料分子鏈斷裂，從而使材料老化，影響了塑料的推廣應(yīng)用。l 實(shí)驗(yàn)表明：納米SiO2與TiO2適當(dāng)混配，可吸收大量的紫外線，從而使塑料抗老化能力提高；在PP中加入0.3%的納米iO2，經(jīng)過700h熱光照射后，其拉伸強(qiáng)度僅損失10%。3納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用納米技術(shù)在塑料改性中的應(yīng)用l 另外，在通用塑料中加入納米粒子能使其達(dá)到工程塑料的性能；在塑料中添加具有抗菌性的納米粒子，可使塑料具有持久抗菌性；l 將納米ZnO或納米金屬粒子添加到塑料中，可以得到具有抗靜電性的塑料；選用適當(dāng)?shù)募{米粒子添加到塑料中，還可以制成吸波材料，用于生產(chǎn) “隱身涂料”。3納米材料改性塑料的常見制備方法納米材料改性

8、塑料的常見制備方法l 1、插層法l 插層法是采用層狀無機(jī)物(如粘土、云母、石墨、層狀金屬氧化物等) 作為無機(jī)相,將有機(jī)相單體插人到無機(jī)相 的層間進(jìn)行原位聚合或?qū)⒕酆衔镏苯硬迦藢娱g形成復(fù)合材料的方法。l 根據(jù)插層形式不同又可分為以下幾種方法：（1）插層聚合法；（2）溶液插層法；（3）熔體插層法l 試驗(yàn)結(jié)果表明,插層聚合法、溶液插層法、熔體插層法所得到 的納米復(fù)合材料具有相同或相似的結(jié)構(gòu)和性能。近年來具有不需要溶劑、制備工藝簡單、材料來源 豐富、價格低廉、對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)的熔體插層法已引起人們的極大興趣。4納米材料改性塑料的常見制備方法納米材料改性塑料的常見制備方法l 2、溶膠凝膠法l 溶膠一凝

9、膠法是將烷氧金屬化合物或金屬鹽等前驅(qū)物(水溶性鹽或油溶性醇鹽 )溶于水或有機(jī)溶劑中形成均質(zhì)溶液,溶質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)生成納米級粒子并形成溶膠,再與聚合物縮聚形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠,經(jīng)干燥除去低分子物以制備納米復(fù)合材料的方法。l 溶膠一凝膠法制備納米復(fù)合材料的特點(diǎn)是:無機(jī)、有機(jī)分子有選擇地?fù)诫s,兩相分散均勻；可通過控制反應(yīng)條件、有機(jī)與無機(jī)組分的比例,使制備的納米復(fù)合材料從無機(jī)物改性的塑料轉(zhuǎn)變到有機(jī)物改性的無機(jī)材料；工藝過程溫度低,材料純度高,有機(jī)相與無機(jī)相可以分子間作用力、共價鍵結(jié)合,甚至因聚合物交聯(lián)而形成互穿網(wǎng)絡(luò)。4納米材料改性塑料的常見制備方法納米材料改性塑料的常見制備方法l 3、共混法l 共混

10、法也叫直接生成法,它是制備聚合物/無機(jī)粒子納米復(fù)合材料的方法中應(yīng)用較廣的一種,也是制備納米復(fù)合材料最簡單的方法,適合各種形態(tài)的納米粒子。l 此法按共混方式可分為溶液共混法、乳液共混法、熔融共混法和機(jī)械共混法。l 共混法的特點(diǎn)是工藝簡單、合成分步進(jìn)行、粒子的形態(tài)及尺寸大小可以控制,通過控制條件可獲得窄分布、高分散、小微粒 的納米復(fù)合材料。其關(guān)鍵技術(shù)是控制納米粒子以納米尺寸均勻分散在聚合物基體中。4結(jié)束語結(jié)束語l 我國每年塑料進(jìn)口量占國內(nèi)總需求量50%，而國產(chǎn)塑料產(chǎn)品卻過剩，就是因?yàn)閲a(chǎn)塑料產(chǎn)品多屬于大品種通用聚合物，具有產(chǎn)品型號少、品位低的缺點(diǎn)。納米材料作為一項(xiàng)高新技術(shù)，在高分子材料改性中有著非

11、常廣闊的應(yīng)用前景，對開發(fā)具有特殊性能的高分子材料有著重要的實(shí)際意義。l 納米粉末在填充塑料體系時表現(xiàn)出同時增強(qiáng)、增韌的特性，為開拓聚合物復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域開辟了廣闊的前景。開發(fā)納米聚合物復(fù)合材料并使之工業(yè)化應(yīng)用，充分利用我國資源優(yōu)勢的同時，也是改造傳統(tǒng)聚合物工業(yè)技術(shù)的最佳途徑，具有巨大的市場潛力。目前我國在納米改性高分子材料的應(yīng)用研究方面才剛剛起步，相信在不遠(yuǎn)的將來，納米材料會進(jìn)一步擴(kuò)大工業(yè)化，并廣泛應(yīng)用于高分子材料領(lǐng)域。4參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)u1許海燕，等材料研究學(xué)報(bào)許海燕，等材料研究學(xué)報(bào)，2003，17(2)：127u2成國祥，等中國醫(yī)學(xué)成國祥，等中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào)科學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24(

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