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纳米材料在塑料改性中的应用

 纳米材料在塑料改性中的应用

纳米材料自从20世纪80年代初问世以来,由于其结构上、性能上的特殊性及其潜在的应用前景,受到各国材料工作者的密切关注。进入90年代后,大量有关的理论研究、实验研究和工程应用研究公布于众,一个新的热门学科——纳米材料已逐步形成。

 

纳米材料是微粒尺寸在100nm以内的无机颗粒,它的只存远小于一般微粒,它是一种多组分分散体。由于纳米粒子比表面面积大,粒子间距离小,表面能高,并在磁性、光学性、电磁性、吸波性、化学活性、内压方面呈现多种多样的优异特性,在金属陶瓷粉末、微电子、冶金、化工、国防、核技术、航天、医学、生物工程中得到广泛应用。纳米材料在聚合物改性中的应用研究日益活跃,并取得了很多重要的成果。纳米材料的开发与应用,为工程塑料功能化、高性能化提供了新的途径,明显提高其材料的力学性能、稳定性能,并赋予一些特殊的性能。

无机填充物以纳米尺寸分散在通用塑料基体中形成的有机/无机纳米复合材料叫纳米塑料。在纳米复合材料中,由于分散相的纳米尺寸效应、大比表面积和强界面结合,使纳米塑料具有高强度、耐热性、高阻隔性、阻燃性和优良加工性等优异性能,是一种全新的高技术新材料。

改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基础上,经过填充、共混、增强等方法加工改性,提高其阻燃性、强度、抗冲击性、韧性、抗老化性和抗菌性等方面的性能的塑料制品。

1. 增强塑料的抗老化性能(纳米氧化钛VK-T03/纳米氧化硅VK-SR01

高分子材料的老化,特别是光氧老化,首先是从材料或制品的表面开始,表现为变色、粉化、龟裂、光泽度下降等,然后逐渐往内部深入。高聚物的抗老化性能直接影响到它的使用寿命和使用环境,尤其是对于农用塑料和塑料建材,这是一个需要高度关注的指标,也是高分子化学中的一个重要课题。太阳光中的紫外线波长为200~400nm,而280~400nm波段的紫外线能使高聚物分子链断裂,从而使材料老化。纳米氧化物,如纳米氧化铝、纳米氧化钛VK-T03、纳米氧化硅VK-SR01等对红外、微波有良好的吸收特性。将纳米SiO2TiO2适当混配,可大量吸收紫外线,以防塑料受日光照射损坏,有助于防塑料制品破裂、褪色和其它光照降解,从而使材料抗老化。

2. 改善塑料的抗菌防霉性能(纳米银抗菌剂VK-T07/纳米氧化锌VK-J30

抗菌塑料一般采用向树脂中添加抗菌剂或抗菌母料的方法制备因为塑料成型要经过高温可适应高温的有无机抗菌剂传统的抗菌金属硫酸铜,硝酸锌等粉末直接加入到热塑性塑料中不好结合无机纳米抗菌剂粉末经过特殊处理而得到抗菌塑料母粒便于用在塑料制品上与塑料有良好的相容性有利于抗菌剂的分散。无机银离子可以被载体到纳米二氧化钛VK-T07、纳米氧化硅铝VK-S07等无机纳米材料中,形成的粉体抗菌性能良好,与塑料混合,挤塑成型,通过紫外线照射形成抗菌塑料,其抗菌作用通过抗菌剂缓释而形成,从而达到抗菌的效果。

3. 提高塑料的韧性和强度(纳米氧化铝VK-L30/纳米氧化硅VK-SR01

在聚合基体中加入第二种物质,则形成“复合材料”,通过复合得到综合性更优的材料,用来提高材料力学强度冲击强度等纳米材料的出现为塑料的增强、增韧改性提供了一种全新的方法和途径。小粒径分散相表面缺陷相对较少,非配对原子多。纳米粒子的表面原子数与总原子数之比,随其粒子的变小而急剧增大,表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子不同,具有很大的化学活性。晶体场的微粒化、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紧密结合,相容性比较好。当受外力时,离子不易与基材脱离,能较好地传递所承受的外应力。同时在应力场的相互作用下,材料内部会产生更多的微裂纹和塑料变形,能引发基材屈服,消耗大量冲击能,从而达到同时增强增韧的目的。常用的纳米材料有纳米氧化铝VK-L30,纳米氧化硅VK-SR01,纳米碳酸钙VK-Ca01等。

 

4. 提高塑料的导热性能(纳米氧化铝VK-L04R/纳米氧化镁VK-Mg30D

导热类塑料是指具有较高热导率的一类塑料制品,一般其热导率大于1w/(m . k)。导热塑料由于其质量轻,导热快,注塑成型简单,加工成本低等,越来越得到广泛的应用。纳米氧化铝因其具有良好的绝缘导热性能,被广泛应用于导热塑料、导热橡胶、导热建年纪、导热涂料等领域。纳米氧化铝VK-L04R/纳米氧化镁VK-Mg30D用作塑料导热填料,与金属填料相比,不紧可以提高导热系数,而且绝缘效果好,同时塑料的机械性能也能得到提高。

5. 纳米材料的加入使塑料功能化

 金属纳米粒子具有异相成核作用,能诱发形成某些赋予材料韧性的晶型。用低熔点金属纳米粒子填充聚丙烯,发现它在聚丙烯中可起到导电通道和增强、增韧的作用,同时其低熔点亦改善了复合材料的加工性能。