摘 要： 当材料尺寸无限减小, 达到纳米级别时材料将显现出有独特的效应如:小尺寸效应、量子尺寸效应和表面效应等, 这些效应与聚合物密度小, 耐腐蚀、易加工等优良特性有机结合, 便形成了一类新型功能高分子材料。本文综述了纳米技术在塑料、橡胶、纤维三类高分子材料中的典型应用。
关键词： 纳米高分子材料; 纳米塑料; 纳米橡胶;
纳米技术一词从提出到发展只有二十几年的时间, 它的提出掀起了科技届的研究浪潮, 有专家预言它必将引领新时代的科技变革, 于是世界各国、地区都积极制定计划, 加强投入, 力争占领科技至高点。近年来, 随着纳米技术的成熟与改善, 国内外对于聚合物基纳米复合材料的研究已显现成效。高分子基纳米复合材料是各种纳米结构单元与有机高分子材料复合形成的一种新型材料, 常见的纳米高分子基复合材料有:纳米复合塑料、纳米复合橡胶、纳米复合纤维。
1、 纳米复合塑料
纳米复合塑料是指塑料中分散了纳米级尺寸的超微细分散相, 分散相为聚合物时, 称为聚合物分子纳米复合塑料;分散相为无机填料时, 称为无机填料纳米复合塑料, 研究较多的是无机填料作为分散相。众所周知, 塑料作为一种用途广泛的材料有着自身的缺点:如强度较差、不耐老化、透气性差等。发展纳米复合塑料可以很好地改善这些方面的性能。
1) 无机纳米材料复合塑料能够很好地改善塑料的强度, 起到增强增韧的效果。比如在尼龙塑料当中增加少量的纳米粘土生产的纳米复合塑料, 既保持了产品的塑性, 又提高了它的刚性和强度, 更提高了它的抗弯能力, 可以作为车体材料进行使用。
2) 使用纳米添加剂改善的塑料制品可以大大提高抗老化能力, 塑料的老化主要原因是光老化, 将纳米Ti O2等粒子填充到塑料基体当中, 纳米Ti O2可以很好地吸收紫外线, 降低紫外线对塑料的破坏, 提高塑料制品的抗老化能力。比如用添加0.1%~0.5%的纳米Ti O2制成的透明塑料包装材料包装食品, 可以减少紫外线对食品营养成分的损失, 保持食品的营养价值。
3) 可以赋予塑料一些新的功能。比如在农膜的使用当中, 有一种纳米转光膜, 它就是利用纳米技术, 在农膜塑料生产过程中添加纳米黏土, 这种农膜被称为纳米转光膜, 由于纳米黏土的存在, 它能够很好地强化、放大有利于农作物生产的特征光, 而过滤掉不利于农作物生长的光, 从而大大促进农作物的光合作用, 使农作物果实更大更有营养。
2、 纳米复合橡胶
纳米橡胶是指尺寸在1~100的纳米无机粒子分散在连续相橡胶基体中构成的复合材料。利用纳米粒子作为补强材料填充到橡胶中, 可以很好地发挥纳米粉体的小尺寸效应、量子效应等表面效应, 提高粉体与橡胶大分子间作用力的, 弥补界面区化学作用力的缺乏, 从而增强对橡胶的补强效果。赋予橡胶制品更高的性能, 延长橡胶制品的使用寿命。现有研究表明, 纳米黏土复合橡胶能够很好地提高材料的模量、硬度和强度, 提高橡胶的气体阻隔性、耐油、阻燃性能。Si3N4陶瓷粉体分散在橡胶中, 能很好地发挥Si3N4的高化学稳定性、优良的机械性能和介电性能。
3、 纳米复合纤维
纳米纤维有广义和狭义之分, 狭义的纳米纤维指纤维直径为纳米量级的超细纤维, 广义的纳米纤维还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。目前国内外开发的热点是后者;所采用纳米颗粒的性能不同, 可开发各种不同的功能性纤维。
1) 可用于开发抗菌纤维产品, 将具有抗菌作用的成分:银离子、铜离子、锌离子等微粒离子及其化合物通过物理吸附离子交换等方法制成抗菌剂, 填充至纤维材料中, 金属离子在低浓度下可以破坏细菌的细胞膜或细胞原生质活性酶的活性, 从而起到抗菌作用。这种抗菌纤维常用来制作手术服、护士服、手术巾等医疗用品, 还可制造衣物、鞋袜等生活用品。
2) 可用于开发紫外线防护纤维, 将Zn O、Si O2等纳米粉体利用共混纺丝法或后整理法制得防紫外线纤维或织物。纳米材料可做紫外线屏蔽剂, 主要是因为纳米粒子的尺寸比紫外线相当或更小, 小尺寸效应导致其对紫外线的吸收更强。通过以上方法制得的紫外线防护纤维可广泛用于制造遮阳伞、遮阳冒、泳衣、防晒服等。
3) 可用于开发远红外纤维。研究表明, 将具有较高远红外发射率的陶瓷微粉加入到高分子聚合物中, 经纺丝加工可制成远红外纳米纤维, 其中的纳米粒子可以有效地吸收材料本身释放的远红外射线, 从而达到促进血液循环, 调节新陈代谢的保温保健功能。同样, 由于纳米粒子可以很好地吸收电磁波, 这种纤维材料还可以用于制作军用服装。
4) 可用于开发超双疏织物。对织物进行纳米表面处理, 使之形成纳米尺寸的凹凸结构, 利用纳米结构的表面效应可以实现既疏水又疏油的超双疏性。
纳米技术作为一项高新技术在材料领域有着非常广阔的应用前景, 而高分子材料作为发展最快、品种多样、应用广泛、价廉性优的一类材料, 加强两者结合的有机结合, 可实现开发高性能高分子材料的现实意义。
参考文献
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[2]施利毅.纳米材料在高性能橡胶开发中的应用进展[J].中国橡胶, 2007.
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