纳米技术在高分子材料改性中的应用
高分子化学技术的现状及发展
高分子化学技术的现状及发展随着科技的不断进步，高分子化学技术已经成为当今工业界的重要一员。
它可以广泛应用于各个领域，如医疗、电子、建筑、能源等。
本文将探讨高分子化学技术的现状及未来的发展方向。
一、高分子化学技术的定义及应用高分子化学技术是指通过聚合反应所形成的高分子化合物的制备工艺。
它可以用于催化、溶剂、解离等多种反应中。
高分子化合物是由多个单元结构通过化学键相连接而成的大分子链。
这些大分子链可以形成有机聚合物或无机聚合物。
高分子化合物的性质在很大程度上取决于它的化学组成和大分子链的结构。
高分子化学技术广泛应用于各个领域。
例如，在医疗领域中，高分子化合物可以作为药物输送系统、组织工程、生物传感器等。
在电子领域中，高分子化合物可以作为电光材料、可控压电材料等。
在建筑领域中，高分子材料可以用于水泥增强、路面防滑等。
在能源领域中，高分子材料可以用于太阳能电池、燃料电池等。
二、高分子化学技术的现状目前，高分子化学技术已经成为世界各国工业界的重要部分。
在化工工业中，高分子化学技术已经形成了一个成套的技术体系。
从单体制备到聚合反应，再到高分子化合物的加工、改性和性能测试等环节，高分子化学技术几乎覆盖了化学工业的各个环节。
在高分子材料的制备和改性方面，不断涌现出新的技术。
例如，应用插层剂在高分子材料中形成纳米复合材料，可以大大提高其物理机械性能。
应用改性剂可以改善高分子材料的热稳定性、耐候性、阻燃性等，使其更具应用价值。
另外，随着人们对环境友好型材料要求的提高，绿色高分子材料开始受到人们的关注。
很多科学家正致力于开发生物可降解高分子材料、绿色高分子涂料、可生物吸收的高分子材料等，以满足消费者对环境友好型材料的要求。
三、高分子化学技术的未来发展随着技术的不断进步和新材料的不断发明，高分子化学技术面临着新的发展机遇和挑战。
我们可以预见，未来高分子化学技术可能在以下几个方面得到进一步发展：1. 复合材料在高分子化学技术领域，复合材料可能会成为未来的热点。
高分子纳米生物材料的发展现状及前景
高分子纳米生物材料的发展现状及前景纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。
巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。
而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。
这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1纳米科技与高分子材料的邂逅高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。
而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。
金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。
通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。
高分子纳米复合材料的应用及前景由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。
定性。
纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。
高分子材料与纳米技术应用前景
高分子材料与纳米技术应用前景高分子材料是一类由重复单元通过共价键连接而成的大分子化合物，具有结构多样性、可塑性强、力学性能优良、热电性能稳定等特点。
而纳米技术是一种将物质尺度控制在纳米级别的技术，具有表面效应、量子效应、尺寸效应和量子限效应等特点。
高分子材料与纳米技术的结合将产生新的材料和技术应用，具备广阔的前景。
首先，高分子材料与纳米技术的应用前景在材料方面非常广泛。
高分子材料通过控制分子结构和组装方式，可以制备具有特定性能的功能性材料。
纳米技术通过对材料的纳米粒子和纳米结构进行调控，可以改善材料的电、磁、光学、热学等性能。
将二者结合起来可以制备出高分子纳米复合材料，具备多功能性和高性能。
例如，高分子纳米复合材料在电子、光电子、医疗、环境等领域的应用已经取得了显著的成果。
纳米粒子可以增强高分子材料的力学性能，同时也赋予了材料其他特殊的性能，如抗菌、自修复等。
此外，高分子材料与纳米技术的结合还可以应用于分离膜、电化学储能等领域，进一步丰富了材料的应用范围。
其次，高分子材料与纳米技术的结合在能源领域具有重要的应用前景。
高分子材料可以用于制备聚合物电解质膜、聚合物太阳能电池和超级电容器等能源设备。
而纳米技术可以提供纳米材料的导电、储能和光学性能，提高能源设备的效率和性能。
将高分子材料与纳米技术相结合，可以制备出具有高能量密度、高导电性和优异循环寿命的电池和超级电容器。
此外，纳米技术还可以用于改善光电转换器件的光吸收和传输性能，提高太阳能电池的光电转换效率。
因此，高分子材料与纳米技术在可再生能源领域的应用前景巨大。
另外，高分子材料与纳米技术还可以应用于生物医学领域。
纳米技术可以改善药物的输送和控释效果，提高药物的疗效和减少副作用。
高分子材料可以作为药物载体和控释材料，通过精确控制材料的结构和组装方式，实现对药物的精确控制。
将二者结合可以制备出纳米药物载体和纳米控释系统，实现对疾病的精准治疗。
此外，高分子材料还可以作为生物医学材料，如人工器官、生物传感器、生物医用材料等。
温敏性高分子材料的合成与性能研究
温敏性高分子材料的合成与性能研究温敏性高分子材料是一类具有特殊性质的材料，其性能可以由温度变化而改变。
这种材料具有广泛的应用前景，如药物缓释、生物传感、智能纳米器件等。
为了满足不同应用领域的需求，研究人员一直在努力合成具有不同性能的温敏性高分子材料。
在温敏性高分子材料的合成中，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）是最常用的材料之一。
PNIPAM具有独特的热响应性质，其在低温下呈溶胶状态，在高温下则形成胶体凝胶。
这种特性使得PNIPAM在药物缓释中具有巨大的应用潜力。
为了改善PNIPAM的温敏性能，研究人员不断通过合成方法的改进来提高材料的性能。
例如，通过聚合反应中添加交联剂，可以提高PNIPAM的热稳定性和力学性能。
此外，还可以通过化学修饰PNIPAM分子的末端基团，改变材料的温敏性能。
除了PNIPAM，还有其他温敏性高分子材料的合成和性能研究。
例如，聚丙烯酸钠（PAA）是一种具有温敏性的材料，具有优良的溶胀性质。
PAA在低温下呈现溶胶态，而在高温下形成凝胶。
这种性质使得PAA在智能纳米器件中具有广泛的应用前景。
为了进一步探索温敏性高分子材料的性能，研究人员还结合了其他材料来进行合成。
例如，将金属纳米粒子引入温敏性高分子材料中，可以调节材料的电学性能，并赋予材料新的性质。
此外，研究人员还研究了温敏性高分子材料在生物传感中的应用。
通过引入具有特定识别性的分子，可以实现对生物分子的高选择性检测。
在温敏性高分子材料的合成与性能研究中，近年来出现了一些新的技术和方法。
例如，利用激光技术可以实现对材料的精确控制。
通过激光光束的聚焦，可以在微观尺度上进行材料的合成和改性。
此外，纳米技术也为温敏性高分子材料的研究提供了新的思路。
通过调控纳米颗粒的形貌和组成，可以改变材料的光学、电学和磁学性能。
总的来说，温敏性高分子材料的合成与性能研究是一个前沿而有挑战性的领域。
通过不断改进合成方法和研究新的应用领域，可以使这类材料更好地服务于人类的需求。
纳米高分子材料
纳米高分子材料
纳米高分子材料是指在纳米尺度下具有特殊结构和性能的高分子材料。
纳米高分子材料具有较大的比表面积和较小的孔隙结构，因此表现出了许多传统高分子材料所不具备的优异性能。
纳米高分子材料在材料科学、医学、电子学等领域具有广泛的应用前景。
首先，纳米高分子材料在材料科学领域具有重要意义。
由于其特殊的结构和性能，纳米高分子材料在材料增强、改性、复合等方面表现出了独特的优势。
例如，将纳米高分子材料添加到传统高分子材料中，可以显著提高材料的力学性能、热稳定性和耐磨性，从而扩大了材料的应用范围。
其次，纳米高分子材料在医学领域也具有重要应用价值。
纳米高分子材料可以作为药物载体，用于药物的缓释和靶向输送，提高药物的生物利用度和疗效，减少药物的毒副作用。
此外，纳米高分子材料还可以用于组织工程、生物成像等领域，为医学诊疗和治疗提供新的技术手段。
另外，纳米高分子材料在电子学领域也有着广泛的应用前景。
由于纳米高分子材料具有优异的导电性能和光学性能，可以用于制备柔性电子器件、光电器件、传感器等高性能电子产品。
纳米高分子材料在柔性电子领域的应用尤为突出，可以为可穿戴设备、可折叠电子产品等提供新的材料选择。
总的来说，纳米高分子材料具有独特的结构和性能，具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展和成熟，纳米高分子材料将在材料科学、医学、电子学等领域发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展和进步做出贡献。
纳米材料在高分子材料中的应用
纳米材料在高分子材料中的应用班级:Z090162 学号:Z09016206 姓名:张欢纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。
纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。
近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。
一、纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响1·1纳米粒子的特性纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。
由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。
(1)表面与界面效应。
纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。
由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。
利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。
(2)小尺寸效应。
当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。
如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。
应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度大大改善。
(3)量子尺寸效应。
即纳米材料颗粒尺寸小到定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。
其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质等。
高分子材料的热稳定性及其改性研究
高分子材料的热稳定性及其改性研究高分子材料是一类由重复单元构成的大分子化合物，具有广泛的应用领域。
然而，在高温条件下，高分子材料容易发生热分解、氧化或机械性能下降等问题，从而限制了其应用范围。
因此，热稳定性是高分子材料面临的一个重要挑战。
目前，研究人员通过改性技术提高高分子材料的热稳定性，以延长其使用寿命和提高性能。
改性方法包括填充剂增强、添加稳定剂、改变分子结构等。
以下是对高分子材料热稳定性及其改性研究的深入探讨。
首先，填充剂增强是一种常见的改性方法。
填充剂可以提高高分子材料的热稳定性，使其能够抵抗高温下的热分解和氧化。
常用的填充剂包括氧化铝、无机纳米颗粒和纤维素等。
这些填充剂具有高热导率和稳定性，可以吸收和分散热量，从而减缓高分子材料的热分解速度。
其次，添加稳定剂也是提高高分子材料热稳定性的有效方法。
稳定剂可以通过吸收热量、中和酸性物质、捕获自由基等方式来减缓高分子材料的热分解反应。
常用的稳定剂包括酚类、胺类和光稳定剂等。
这些稳定剂可以与高分子材料发生反应，形成稳定的化合物，从而提高材料的热稳定性。
此外，改变高分子材料的分子结构也可以提高其热稳定性。
通过调整分子链的长度、分支度和分子键的强度等参数，可以改变高分子材料的热稳定性。
例如，引入交联结构可以增强高分子材料的热稳定性，使其能够抵抗高温下的热分解反应。
此外，引入含氮或含硅等元素的官能团也可以改善高分子材料的热稳定性。
最后，需要注意的是，高分子材料的热稳定性与其使用条件密切相关。
不同的应用环境可能对高分子材料的热稳定性有不同的要求。
因此，在实际应用中，需要根据具体的使用条件选择合适的改性方法，以提高高分子材料的热稳定性。
总之，高分子材料的热稳定性及其改性研究是当前材料科学领域的一个重要研究方向。
通过填充剂增强、添加稳定剂、改变分子结构等方法，可以有效提高高分子材料的热稳定性，扩大其应用范围。
随着科学技术的不断进步，相信未来会有更多创新的改性方法出现，为高分子材料的热稳定性提供更多解决方案。
高分子材料的表面改性与功能化
高分子材料的表面改性与功能化高分子材料是一类重要的材料，广泛应用于许多领域。
然而，由于其特殊的性质和结构，其表面常常具有一些不足，如亲水性差、耐磨性差等问题。
为了克服这些问题，提高高分子材料的性能，人们提出了表面改性和功能化的方法。
本文将介绍高分子材料的表面改性与功能化的基本概念、方法和应用。
一、表面改性的概念和方法表面改性是指对高分子材料表面进行一系列化学或物理处理，改变其表面性质的过程。
常见的表面改性方法包括：1. 化学改性：通过在高分子材料表面引入新的官能团，改变其表面性质。
例如，通过表面引入羟基、氨基等官能团，可以增强高分子材料的亲水性；2. 物理改性：利用物理方法改变高分子材料的表面形貌和性质。
例如，利用等离子体处理可以使高分子材料表面形成更为平整的结构，增加其耐磨性；3. 界面改性：在高分子材料表面形成一层致密的界面层，提高其与其他材料的相容性。
例如，通过溶液法将一层介于高分子材料与其他材料之间的化合物涂覆在其表面，形成稳定的界面。
二、功能化的概念和方法功能化是指在高分子材料的表面上引入具有特定功能的官能团或化合物，赋予其新的性能和应用功能。
常见的功能化方法包括：1. 生物功能化：在高分子材料的表面引入生物活性分子，使其具有生物相容性、抗菌性等功能。
例如，通过将低分子量的抗菌剂共聚合到高分子材料表面，可以使其具有良好的抗菌性；2. 光学功能化：在高分子材料表面引入光学活性分子，使其具有光学透明性、光泽等功能。
例如，通过将含有特定荧光基团的物质接枝到高分子材料表面，可以使其具有荧光效应；3. 电化学功能化：在高分子材料表面引入具有良好电导性的分子，使其具有电容、电解质传感器等功能。
例如，通过在高分子材料表面修饰金属氧化物纳米颗粒，可以增加其电导性和储能性能。
三、高分子材料的表面改性与功能化的应用高分子材料的表面改性与功能化可以赋予其新的应用领域和性能。
以下举例说明：1. 表面亲水改性的应用：将表面亲水改性的高分子材料广泛应用于涂层、纺织品等领域，提高其耐水性和易清洁性；2. 生物功能化的应用：将生物活性分子功能化的高分子材料应用于医疗领域，如人工骨骼、药物缓释系统等；3. 光学功能化的应用：将具有光学功能的高分子材料应用于光学器件制造，如光纤、光学屏幕等；4. 电化学功能化的应用：将具有电化学功能的高分子材料应用于能源存储与传感器等领域，促进新能源技术的发展。
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纳米技术在高分子材料改性中的应用（南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ）[摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。
纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。
近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。
[关键词] 纳米技术；高分子材料；改性；应用1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响1.1纳米粒子的特性纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。
由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。
1.1.1表面与界面效应纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。
由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。
利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。
1.1.2小尺寸效应当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。
如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。
应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度大大改善。
1.1.3量子尺寸效应即纳米材料颗粒尺寸小到定值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象。
其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质等。
总之,纳米材料能在低温下继续保持顺磁性,对光有强烈的吸收能力,能大量的吸收紫外线,对红外线亦有强烈的吸收能力;在高温下,仍具有高强、高韧性、优良的稳定性等,其应用前景十分广阔,在高分子材料改性中的研究也将出现一个新的发展。
1.2纳米材料的表面改性纳米材料粒径小,表面能大,易于团聚,在制备纳米材料/聚合物复合材料时,用通常的共混法难以得到纳米结构的复合材料。
为了增加纳米材料与聚合物的界面结合力,提高纳米微粒的分散能力,需对纳米材料的表面进行改性。
主要是降低粒子的表面能态,消除粒子的表面电荷,提高纳米粒子有机相的亲和力,减弱纳米粒子的表面极性等。
一般来说,纳米材料的表面改性可大致分为以下几点:(1)表面覆盖改性。
利用表面活性剂覆盖于纳米粒子表面,赋予粒子表面新的性质。
常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等;(2)机械化学改性。
运用粉碎、摩擦等方法,利用机械应力作用对纳米粒子表面进行激活,以改变表面晶体结构和物理化学结构。
这种方法使分子晶格发生位移,内能增大,在外力的作用下活性的粉末表面与其它物质发生反应、附着,达到表面改性的目的;(3)外膜层改性。
在纳米粒子表面均匀地包覆一层其它物质的膜,使粒子表面性质发生变化;(4)局部活性改性。
利用化学反应在纳米粒子表面接枝带有不同功能基团的聚合物,使之具有新的功能;(5)高能量表面改性。
利用高能电晕放电、紫外线、等离子射线等对纳米粒子表面改性;(6)利用沉淀反应进行表面改性。
利用有机物或无机物在纳米粒子表面沉淀一层包覆物以改变其表面性质。
在以上方法中,最简单和最常用的方法是添加界面改性剂,即分散剂、偶联剂等。
分散剂能降低填料粒子的表面能,改善填料的分散状况,但不能改善填料粒子和基体的界面结合。
偶联剂则可和基体有强的相互作用。
1.3纳米粒子对复合材料的性能影响1.3.1粒径对纳米复合材料力学性能的影响(1)对复合材料拉伸强度的影响。
普通填料填充后的复合材料一般拉伸强度都有明显下降,而采用纳米材料填充的复合材料,其拉伸强度会有所增加,并在一定范围出现极值。
如纳米SiO2填充复合材料的拉伸强度在SiO2的体积数为4%左右时达到最大值。
(2)对复合材料断裂伸长率的影响。
研究表明,采用普通CaCO3和微米级、纳米级CaCO3填充PE,随着粒子粒径的减小,复合材料的断裂伸长率逐渐提高。
(3)对纳米聚合物复合材料杨氏模量的影响。
对于相同的基体和填料,采用相同的处理方法,微米级填料使复合材料的杨氏模量增长平缓,而纳米级填料则可使复合材料的杨氏模量急剧上升。
产生这种结果的原因是纳米材料,比表面积大,表面原子所占比例大,易于与聚合物充分地吸附、键合所致。
1.3.2不同种类纳米材料对复合材料力学性能的影响采用不同种类的纳米材料填充聚合物,使复合材料的性能在某一点上出现极值。
这是由于不同粒子的官能团种类、数目及表层厚度不同,在粒子与基体作用的同时,粒子之间也相互吸附,从而表现出协同效应。
如用超微CaCO3和超微滑石粉进行试验,当填充量增大,单纯采用CaCO3或滑石粉都会使冲击强度、断裂伸长率减小,而协同效应使得冲击强度、断裂伸长率不断增大。
2纳米技术在高分子材料改性中的应用纳米材料加入高聚物中,可使高分子材料的性能很大提高,是制备高性能、高功能复合材料的重要手段之一。
2.1纳米技术在塑料改性中的应用纳米材料具有许多新奇的特性,它在塑料中的应用不仅仅是增强作用,而且还能赋予基体材料其它新的性能。
如由于粒子尺寸较小,透光率好,将其加入塑料中可以使塑料变得很致密。
特别是半透明的塑料薄膜,添加纳米材料后不但透明度得到提高,韧性、强度也有所改善,且防水性能大大增强。
（1）对塑料的增韧增强作用。
塑料的增韧增强改性方法较多,传统的方法有共混、共聚、使用增韧剂等。
无机填料填充基体,通常可以降低制品成本,提高刚性、耐热性和尺寸稳定性,而随之往往会带来体系冲击强度、断裂伸长率的下降,即韧性下降。
往硬性塑料中加入橡胶弹性粒子,可以提高其冲击强度,但同时拉伸强度则有所下降;往高分子材料中加入增强纤维,可以大幅度提高其拉伸强度,但同时冲击强度、特别是断裂伸长率常常有所下降;近年来采用液晶聚合物对高分子材料的原位复合增强等,可使材料的拉伸及冲击强度均有所改善,但断裂伸长率仍有所下降。
而纳米技术的出现为塑料的增韧增强改性提供了一种全新的方法和途径。
纳米粒子表面活性中心多,可以和基体紧密结合,相容性比较好。
当受外力时,粒子不易与基体脱离,而且因为应力场的相互作用,在基体内产生很多的微变形区,吸收大量的能量。
这也就决定了其能较好地传递所承受的外应力,又能引发基体屈服,消耗大量的冲击能,从而达到同时增韧和增强的作用。
(2)改善塑料的抗老化性。
塑料抗老化性能差,影响了其推广应用。
太阳光中的紫外线波长在200~400nm之间,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SiO2与TiO2适当混配,即可大量的吸收紫外线。
例如在PP中加入0·3%的UV-TAN-P580纳米TiO2,经过700h热光照射后,其抗张强度损失仅10%。
（3）塑料功能化。
在塑料中添加具有抗菌性的纳米粒子,可使塑料具有持久抗菌性。
应用此项技术现已产出了抗菌冰箱等制品。
将纳米ZnO或纳米金属粒子添加到塑料中可以得到具有抗静电性的塑料;选用适当的纳米粒子添加到塑料中还可以制得吸波材料,用于“隐性材料”的生产。
国内小鸭集团运用纳米技术将无机银/聚合物复合材料制成洗衣机外桶,不但增加了韧性,具有耐摩擦、耐冲击的特点,还具有很好的光洁度和很强的防垢能力,保持洗衣机自身的清洁。
(4)通用塑料的工程化。
通用塑料具有产量大、应用广、价格低等特点。
在通用塑料中加入纳米粒子能使其达到工程塑料的性能。
如采用纳米技术对通用聚丙烯进行改性,其性能可达到尼龙6的性能指标,而成本却降低1/3,这样的产品如工业化生产可取得较好的经济效益。
2.2纳米技术在橡胶改性中的应用以往橡胶改性多通过加入炭黑来提高强度、耐磨、抗老化等性能,但这样处理后制品将变成黑色。
为了制成彩色橡胶,将白色纳米级粒子(如纳米SiO2)作补强剂或使用纳米粒子级着色剂,可制成彩色橡胶制品。
由于纳米SiO2是三维链状结构,将其均匀分散在橡胶大分子中并与之结合成为立体网状结构,从而提高制品强度、弹性、耐磨性,同时纳米SiO2对波长499nm以内的紫外线反射率达70%~80%,故可对材料起到屏蔽紫外光作用,以提高材料的抗老化性。
如北京橡胶设计研究所研制的彩色防水卷材,其性能指标达到或优于三元乙丙橡胶防水卷材，也可用纳米技术改性轮胎侧面胶生产彩色轮胎。
轮胎侧面胶的抗折性能由10万次提高到50万次。
2.3纳米技术在化学纤维中的应用纳米材料的出现,为制备功能纤维开辟了新的有效途径,如前所述,将少量的UV-TiTAN-P580纳米TiO2加入合成纤维中,就能制得抗老化的合成纤维,用它做成的服装和用品具有防止紫外线的功效,如防紫外线的遮阳伞等。
近年来出现的各种新型的功能化学纤维,据报道不少是应用了纳米技术。
如日本帝人公司将纳米ZnO和纳米SiO2混入化学纤维,得到的化学纤维具有除臭及净化空气的功能,这种纤维被用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等;日本仓敷公司将纳米ZnO加入到聚酯纤维中,制得了防紫外线纤维,该纤维还具有抗菌、消毒、除臭的功能与对塑料的改性相似,将金属纳米粒子添加到化纤中可以起抗静电的作用,将银的纳米粒子添加到化学纤维中还有除臭、灭菌的作用。
以生产“波司登”羽绒服而名的江苏康博集团,将从天然奇冰石中提取的纳米级超细粉末加入“波司登”保暖内衣层内,能有效地杀菌抑菌,消除异味。
近年来,随着各种家电、手机、电视机、电脑、微波炉等的使用越来越普遍,电磁波对人体的影响已有明确定论。
目前美、日、韩等国已有抗电磁波的服装上市,国内采用纳米材料制备抗电磁波纤维的研究亦正在研究中。
3总结纳米技术作为一项高新技术在高分子材料改性中有着非常广阔的应用前景,对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义。
尤其是纳米材料填充塑料体系表现出同时增强、增韧的特性,为开拓聚合物复合材料的应用领域开辟了广阔的前景。
我国塑料进口量占国内总需求量的50%,但同时又存在国产塑料产品过剩的问题,这是因为国产塑料产品多属大品种通用聚合物,具有产品型号少、品位低的缺点。
开发纳米聚合物复合材料并使之工业化应用,可以充分利用我国资源优势,也是改造传统聚合物工业技术的最佳途径,具有巨大的市场潜力。
我国纳米材料的研究已取得许多成果,但纳米技术在高分子材料改性中的应用研究才刚刚起步,相信在不远的将来,纳米材料会进一步工业化,并广泛应用于高分子材料领域。