树脂改性的趋势如何?

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所属分类:高分子文章

目前,对各种树脂进行改性是塑料工业发展的一种趋势,通过共聚反应、接枝反应、交联反应、共混等改性方法,可以拓宽树脂的特性,降低成本,提高产品的附加值。近年来涌现了一批具有世界先进水平的改性材料,下面选取较典型的几种材料,对其基本性能做知识性介绍。

一、纳米复合材料

纳米材料学是近年来兴起并受到普遍关注的新的科学领域,该学科的诞生和发展开辟了人们认识自然、改造自然的新途径。就塑料工业而言,纳米复合塑料是指将纳米粒子填充到聚合物中,可以得到综合性能优异的聚合物基纳米复合材料

目前应用范围较广的是无机纳米粒子填充改性聚合物。纳米粒子是粒径在 1~100nm的原子团族和纳米微粒。纳米粒子具有许多宏观粒子所不具备的优异的物理化学性能,以聚合物为基体的聚合物/无机纳米粒子复合材料综合了无机、高分子和纳米材料的优点,具有良好的机械、光、电、磁等特性,可形成重要的多功能材料。采用纳米技术对聚合物进行改性亦已成为材料科学的研究前沿。

纳米粒子的主要特性在于表面效应和小尺寸效应。

表面效应:随着微粒尺寸的减小,微粒中表面原子与总原子数之比(比表面积)将会增加,表面积也就越大,从而引起材料性能的变化,这就是纳米粒子的表面效应。

小尺寸效应:当纳米粒子的尺寸降到物理特征长度相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏, 磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等发生了很大的变化,这就是纳米材料的小尺寸效应,又称为体积效应。

由于上述强大的比表面及量子化效应,粒子间很容易团聚,而且一旦团聚采用通常的机械搅拌手段也很难再将其打开、分散,这样不但纳米材料本身的性能得不到正常发挥,还会影响复合材料的综合性能。要解决这一问题,就必须对纳米粒子表面进行处理,以改善粒子的分散性和持久性。通常对纳米材料处理的方法有表面覆盖法、机械化学法、外膜层改性法、表面接枝法、高能处理法、沉淀法、机化法等。以上方法中,最简单和最常用的方法是添加表面改性剂,即分散剂、偶联剂等。

纳米粒子与聚合物的复合方法主要有以下几种:共混法、层插法(嵌入法)、溶胶-凝胶法、离子交换法、纳米粒子填充法、LB膜技术及微反应器法等。纳米复合材料的制备方法是获得高性能、高功能复合材料的关键技术。如对易形成胶体或易制得纳米粒子的无机物可采用纳米粒子直接分散法;对不易获得纳米粒子的,易氧化、易团聚的可采用离子交换法、微反应器法;层状无机物可采用插层法;LB膜技术可制备有序的无机、有机交替膜等。

常用的制备纳米复合材料的无机粒子有碳酸钙、碳酸镁、碳酸钡、三氧化二铝、二氧化碳、炭黑、黏土、膨润土、蒙脱土、滑石粉、金属粉等。

纳米复合塑料主要特性有:

(1)含有少量(3%~5 %质量分数)的无机纳米材料的复合材料比常规聚合物基复合材料强度、刚度、韧性和阻隔性均有提高;

(2)纳米复合材料比常规聚合物基复合材料的耐热性、尺寸稳定性好;

(3)二维方向得到良好的增强作用;

(4)能获得功能特性。例如光学性能、抗菌性能、导电性能、磁性、加工性能。

应用实例:

2%的蒙脱土/PA6纳米复合薄膜的透光率比纯PA6大3倍;5%的SiC/ LDPE 纳米复合材料,缺口冲击强度达55.7kJ/ m,是LDPE的2倍;伸长率为625 % ,是LDPE的5倍。既增加了强度,又增加了韧性,解决了常规聚合物基复合材料能增强而不能增韧的缺陷;纳米石墨填充到聚合物中,可以使塑料电阻率从1016 Ω· cm下降到0~10Ω·cm,可制作低阻导体、防静电包装、电热传感器等;纳米无机抗菌剂填充到聚合物中,不但具有内在的抗菌性,可杀死或抑制细菌繁殖,而且杀菌率、抗菌时效性、分散性、耐老化性比普通填充抗菌塑料强得多。市面上出现的纳米电冰箱内胆、抽屉、托架、门封条等就是一例。健康型绿色家电应运而生。

在食品包装和农用薄膜上的应用:

塑料包装薄膜中添加0.1%~0.5%的纳米TiO2,与添加紫外线吸收剂的保鲜膜相比,不仅从外表能看清内装的食品,透明度高,而且使怕光的食品长期不变质,能有效吸收紫外线;纳米TiO2农用薄膜,由于TiO2纳米粒子耐各种波长的吸收带有宽化和蓝移现象,这种纳米农膜具有很强的耐用久性和透明性,比普通农膜寿命更长,温室效应更好。

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