納米材料在塑料改性中的應(yīng)用

納米材料自從20世紀(jì)80年代初問世以來，由于其結(jié)構(gòu)上、性能上的特殊性及其潛在的應(yīng)用前景，受到各國材料工作者的密切關(guān)注。進入90年代后，大量有關(guān)的理論研究、實驗研究和工程應(yīng)用研究公布于眾，一個新的熱門學(xué)科——納米材料已逐步形成。

納米材料是微粒尺寸在100nm以內(nèi)的無機顆粒，它的只存遠(yuǎn)小于一般微粒，它是一種多組分分散體。由于納米粒子比表面面積大，粒子間距離小，表面能高，并在磁性、光學(xué)性、電磁性、吸波性、化學(xué)活性、內(nèi)壓方面呈現(xiàn)多種多樣的優(yōu)異特性，在金屬陶瓷粉末、微電子、冶金、化工、國防、核技術(shù)、航天、醫(yī)學(xué)、生物工程中得到廣泛應(yīng)用。納米材料在聚合物改性中的應(yīng)用研究日益活躍，并取得了很多重要的成果。納米材料的開發(fā)與應(yīng)用，為工程塑料功能化、高性能化提供了新的途徑，明顯提高其材料的力學(xué)性能、穩(wěn)定性能，并賦予一些特殊的性能。

無機填充物以納米尺寸分散在通用塑料基體中形成的有機/無機納米復(fù)合材料叫納米塑料。在納米復(fù)合材料中，由于分散相的納米尺寸效應(yīng)、大比表面積和強界面結(jié)合，使納米塑料具有高強度、耐熱性、高阻隔性、阻燃性和優(yōu)良加工性等優(yōu)異性能，是一種全新的高技術(shù)新材料。

改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基礎(chǔ)上，經(jīng)過填充、共混、增強等方法加工改性，提高其阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性、抗老化性和抗菌性等方面的性能的塑料制品。

1. 增強塑料的抗老化性能（納米氧化鈦VK-T03/納米氧化硅VK-SR01）

高分子材料的老化，特別是光氧老化，首先是從材料或制品的表面開始，表現(xiàn)為變色、粉化、龜裂、光澤度下降等，然后逐漸往內(nèi)部深入。高聚物的抗老化性能直接影響到它的使用壽命和使用環(huán)境，尤其是對于農(nóng)用塑料和塑料建材，這是一個需要高度關(guān)注的指標(biāo)，也是高分子化學(xué)中的一個重要課題。太陽光中的紫外線波長為200~400nm，而280~400nm波段的紫外線能使高聚物分子鏈斷裂，從而使材料老化。納米氧化物，如納米氧化鋁、納米氧化鈦VK-T03、納米氧化硅VK-SR01等對紅外、微波有良好的吸收特性。將納米SiO2和TiO2適當(dāng)混配，可大量吸收紫外線，以防塑料受日光照射損壞，有助于防塑料制品破裂、褪色和其它光照降解，從而使材料抗老化。

2. 改善塑料的抗菌防霉性能（納米銀抗菌劑VK-T07/納米氧化鋅VK-J30）

抗菌塑料一般采用向樹脂中添加抗菌劑或抗菌母料的方法制備。因為塑料成型要經(jīng)過高溫，可適應(yīng)高溫的有無機抗菌劑。傳統(tǒng)的抗菌金屬硫酸銅,硝酸鋅等粉末直接加入到熱塑性塑料中不好結(jié)合，無機納米抗菌劑粉末經(jīng)過特殊處理而得到抗菌塑料母粒，便于用在塑料制品上，與塑料有良好的相容性，有利于抗菌劑的分散。無機銀離子可以被載體到納米二氧化鈦VK-T07、納米氧化硅鋁VK-S07等無機納米材料中，形成的粉體抗菌性能良好，與塑料混合，擠塑成型，通過紫外線照射形成抗菌塑料，其抗菌作用通過抗菌劑緩釋而形成，從而達到抗菌的效果。

3. 提高塑料的韌性和強度（納米氧化鋁VK-L30/納米氧化硅VK-SR01）

在聚合基體中加入第二種物質(zhì)，則形成“復(fù)合材料”，通過復(fù)合得到綜合性更優(yōu)的材料，用來提高材料力學(xué)強度、抗沖擊強度等。納米材料的出現(xiàn)為塑料的增強、增韌改性提供了一種全新的方法和途徑。小粒徑分散相表面缺陷相對較少，非配對原子多。納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比，隨其粒子的變小而急劇增大，表面原子的晶體場環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同，具有很大的化學(xué)活性。晶體場的微?；?、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緊密結(jié)合，相容性比較好。當(dāng)受外力時，離子不易與基材脫離，能較好地傳遞所承受的外應(yīng)力。同時在應(yīng)力場的相互作用下，材料內(nèi)部會產(chǎn)生更多的微裂紋和塑料變形，能引發(fā)基材屈服，消耗大量沖擊能，從而達到同時增強增韌的目的。常用的納米材料有納米氧化鋁VK-L30，納米氧化硅VK-SR01，納米碳酸鈣VK-Ca01等。

4. 提高塑料的導(dǎo)熱性能（納米氧化鋁VK-L04R/納米氧化鎂VK-Mg30D）

導(dǎo)熱類塑料是指具有較高熱導(dǎo)率的一類塑料制品，一般其熱導(dǎo)率大于1w/(m . k)。導(dǎo)熱塑料由于其質(zhì)量輕，導(dǎo)熱快，注塑成型簡單，加工成本低等，越來越得到廣泛的應(yīng)用。納米氧化鋁因其具有良好的絕緣導(dǎo)熱性能，被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)熱塑料、導(dǎo)熱橡膠、導(dǎo)熱建年紀(jì)、導(dǎo)熱涂料等領(lǐng)域。納米氧化鋁VK-L04R/納米氧化鎂VK-Mg30D用作塑料導(dǎo)熱填料，與金屬填料相比，不緊可以提高導(dǎo)熱系數(shù)，而且絕緣效果好，同時塑料的機械性能也能得到提高。

5. 改善塑料的加工性能

某些高聚物如黏均分子質(zhì)量在150分以上的超高分子量聚乙烯，雖然具有優(yōu)良的綜合使用性能，但由于其粘度極高，導(dǎo)致成型加工困難，從而限制了推廣使用。利用層狀硅酸鹽片層間摩擦系數(shù)小的特點，將超高分子量聚乙烯與層狀硅酸鹽充分混合，制成納米稀土/超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，可有效減少超高分子量聚乙烯分子鏈的纏結(jié)，降低粘度，起到良好的潤滑作用，從而大大改善了其加工性能。

6. 納米材料的加入使塑料功能化

 金屬納米粒子具有異相成核作用，能誘發(fā)形成某些賦予材料韌性的晶型。用低熔點金屬納米粒子填充聚丙烯，發(fā)現(xiàn)它在聚丙烯中可起到導(dǎo)電通道和增強、增韌的作用，同時其低熔點亦改善了復(fù)合材料的加工性能。