纳米材料在高分子材料领域的应用

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1、纳米材料在高分子材料领域的应用纳米技术的发展L1新刀异，纳米高分子材料作为其中的重要分支，研发呈现出新的趋势。山于纳米材料具有许多新的特性，如特殊的磁学特性、光学特性、电学特性和化学活性等,利用纳米粒了的这些特性对高分了材料进行改性，可以得到具冇特殊功能的高分了材料。这不仅使高分子材料的性能更加优异，使其更加广泛地应用于微电子、化工、国防、医学等各个领域。据估算，全球纳米技术的年产值己达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业

2、革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方而的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与住命科学、信息通信、环境保护等并列为四人重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和牛存环境改善及人体健康

3、的保障祁将做出更大的贡献。从某种意义上说，门世纪将是一个纳米世纪。由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产甜、以及对传统产业和产甜的改造升级，产业化市场前景极好。1纳米高分子材料的优势通常是将纳米微粒与聚合物基材进行复合，利用其特殊性质来开发新产品，这比研究全新的聚合物材料投资少，周期短，生产成本低。与普通改性材料不同，纳米粒子具有特殊的表而效应、体积效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，这些效应的综合作用导致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，纳米粒子巨大

4、的比表面积产生的表面效应，可使经纳米粒子改性后的髙分子材料的机械性能、热传导性、触媒性质、破坏韧性等均与一般材料不同，有的材料还具有了新的阻燃性和阻隔性。2纳米微粒的改良方法纳米高分子材料被科学家称为强人的“混血儿”。纳米微粒径小、表面积人、易于聚。为增加纳米添加物与聚合物的界而结合力，捉髙纳米微粒的均匀分散能力，需对纳米粉末进行表面改性。主要是降低粒子的表面能态、消除粒子的表面电荷、提高纳米粒子与有机相的亲和力、减弱纳米粒子的表而极性等。一般可采用6种方法对纳米粒子进行表而改性：⑴表面覆盖改性。利用

5、表面活性剂覆盖于纳米粒子表面，赋了粒子表面新的性质。常用的表而改性剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂、硬脂酸、有机硅等；⑵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，以改变表而晶体结构和物理化学结构，这种方法使分子品格发生位移、内能增大，在外力的作用下活性的粉末表面与其他物质发生反应、附着，达到表面改性目的；⑶外膜层改性，在纳米粒子表而均匀地包覆一•层其他物质的膜，使粒子表而性质发生变化;⑷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官能基团的聚合物，使具有新功能；

6、⑸高能量表面改性，利用高能电晕放电、紫外线、筹离子射线等对纳米粒子进行表面改性;⑹利用沉淀反应进行表而改性，利用有机或无机物在纳米粒子表而沉淀一层包覆物，以改变其表面性质。以上方法中最简单和最常用的方法是添加界而改性剂，即分散剂、偶联剂等，分散剂能降低纳米粒子的表而能、改善填料的分散状况，但不能改善填料纳米粒子与基体的界而结合，偶联剂即可与基材有强的相互作用。3纳米技术在高分子材料中的应用广泛3.1纳米粉末填充复合材料的应用普通填料加入到高分子材料中一般使拉伸强度明显降低，而采用纳米粉末填充的复合材料

7、，其拉伸强度却会有所增加，并在一定范围内出现极值。如纳米SiO2填充复合材料的拉伸强度在SiO2体积分数为4%时达到最人值。研究表明，采用纳米CaC03填充聚乙烯，复合材料的断裂延伸率提高。对于复合材料杨氏模量的影响也是如此，即微米级填料便杨氏模量增长平缓，而纳米级填料则可使杨氏模量急剧上升，这是因为纳米粒了表面原了比例高，易于与聚合物充分地吸附、键合。研究还发现，采用不同种类的纳米粉末混合填充聚合物，将使复合材料的性能在某一点上出现极值。这是由于不同粒了的官能团种类、数II及表层厚度不同，在粒了与基

8、体作用的同时，粒了Z间也相互吸附，从而表现出协同效应。例如，采用超微细CaC03或滑石粉都会使冲击强度、断裂延伸率减小，但是两种粉末同时加入所产生的I办同作用使得冲击强度和断裂延伸率均增人。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，然而往往带来冲击强度和断裂延伸率的下降。往硬性册料中加入橡胶弹性粒子，可以提高冲击强度，但拉伸强度却下降。往高分子材料中加入增强纤维