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塑料见得多 纳米塑料又是什么呢

发布: 2017-08-25 | 来源:环亚娱乐 | 编辑:gdpia | 查看:

    塑料见得多,纳米塑料又是什么呢?一般说来,纳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。因此,纳米塑料是指无机纳米粒子以纳米级尺寸(一般为1-100nm)均匀分散在聚合物基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,彼此间距离非常近,因此,具有独特的量子尺寸效应、表面效应、界面效应、体积效应、宏观量子隧道效应、小尺寸效应和超塑性,从而使纳米塑料具有独特的物理力学性能,成为复合材料发展的最前端产品之一。

    聚合物/纳米复合材料

    常用的无机纳米粒子包括硅酸盐、碳酸钙、SiO2、TiO2、SiC、Al2O3、云母等,根据基体树脂不同,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。世界上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)企业共同开发的、用做汽车定时器罩的纳米尼龙6,从此拉开了纳米塑料快速发展的序幕。近几年来,世界各国都竞相投入资金和人力,加大了纳米塑料的开发力度和产业化步伐,特别是工业发达国家,目前已经形成了一个纳米塑料产业。

    与原来的基体树脂相比,纳米塑料提高了材料的力学性能和热性能。复合材料的弯曲模量(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,热膨胀系数则下降为原来的一半。同时,纳米复合材料具有更多、更高的功能性,如阻隔性、阻燃性等。复合材料的透明性、着色性、导电性和磁性能也得到了相应的提高。纳米粒子的加入也提高了复合材料的阻燃等级,使材料对二氧化碳、氧的透过率下降。另外,纳米粒子填充聚合物还能提高复合材料的尺寸稳定性。

    纳米塑料的无机纳米粒子加入量较小,一般为2%-5%,仅为通常无机填料改性时加入量的1/10左右,因而复合材料的密度与原来树脂相比几乎不变或增加很小。因此,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他性能下降的弊病。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,具有良好的可回收性。纳米塑料的缺点与通常无机填料一样,纳米粒子的加入会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,这两点也是推动和加快纳米塑料商业化的有利因素。

    纳米塑料生产方法

    纳米塑料的生产方法主要有四种: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的层状硅酸盐(如蒙脱土)之间,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,均匀分散于聚合物基体中,实现聚合物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插层聚合法和聚合物插层法。插层聚合法是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。聚合物插层法是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。其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LCP微纤,其尺寸比一般纳米复合材料更小,分散程度接近分子水平,因此称为分子复合法。其优点是可大幅度提高柔性高分子基体树脂的拉伸强度、弯曲模量、耐热性、阻隔性。

    超微粒子直接分散法包括乳溶共混法、溶液共混法、机械共混法、熔融共混法等,有实际意义的为熔融共混法,其他方法难于达到理想的分散效果。例如,机械共混法虽然简单,但很难使易团聚的无机纳米粒子在塑料基体中以纳米尺寸均匀分散。用捏合机、双螺杆挤出配混机将塑料与纳米粒子在塑料熔点以上熔融,混合的难点和关键是要防止纳米粒子团聚,故一般要对纳米粒子进行表面处理。表面处理剂有兼容剂、分散剂、偶联剂,并经常使用两种以上表面处理剂。另外,要优化熔融共混装置结构参数以达到最佳分散效果。该法工艺简单,纳米粒子与复合材料制备分步进行,易于控制纳米粒子的形态和尺寸。

来源:环球塑化网
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