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      技術論文
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      納米材料在塑料改性中的應用

       納米材料在塑料改性中的應用

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

       

      納米材料是微粒尺寸在100nm以內的無機顆粒,它的只存遠小于一般微粒,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、光學性、電磁性、吸波性、化學活性、內壓方面呈現多種多樣的優異特性,在金屬陶瓷粉末、微電子、冶金、化工、國防、核技術、航天、醫學、生物工程中得到廣泛應用。納米材料在聚合物改性中的應用研究日益活躍,并取得了很多重要的成果。納米材料的開發與應用,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性能、穩定性能,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/無機納米復合材料叫納米塑料。在納米復合材料中,由于分散相的納米尺寸效應、大比表面積和強界面結合,使納米塑料具有高強度、耐熱性、高阻隔性、阻燃性和優良加工性等優異性能,是一種全新的高技術新材料。

      改性塑料是指在通用塑料和工程塑料的基礎上,經過填充、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,表現為變色、粉化、龜裂、光澤度下降等,然后逐漸往內部深入。高聚物的抗老化性能直接影響到它的使用壽命和使用環境,尤其是對于農用塑料和塑料建材,這是一個需要高度關注的指標,也是高分子化學中的一個重要課題。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SiO2TiO2適當混配,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。因為塑料成型要經過高溫,可適應高溫的有無機抗菌劑。傳統的抗菌金屬硫酸銅,硝酸鋅等粉末直接加入到熱塑性塑料中不好結合,無機納米抗菌劑粉末經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,則形成“復合材料”,通過復合得到綜合性更優的材料,用來提高材料力學強度、沖擊強度等。納米材料的出現為塑料的增強、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與總原子數之比,隨其粒子的變小而急劇增大,表面原子的晶體場環境和結合能與內部原子不同,具有很大的化學活性。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合,相容性比較好。當受外力時,離子不易與基材脫離,能較好地傳遞所承受的外應力。同時在應力場的相互作用下,材料內部會產生更多的微裂紋和塑料變形,能引發基材屈服,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. 提高塑料的導熱性能(納米氧化鋁VK-L04R/納米氧化鎂VK-Mg30D

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

      5. 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,發現它在聚丙烯中可起到導電通道和增強、增韌的作用,同時其低熔點亦改善了復合材料的加工性能。

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