五、納米改性材料的主要制備方法
由于納米粒子之間的自聚現(xiàn)象嚴(yán)重，直接使用納米粒子及其具有的共混復(fù)合方法難以達(dá)到制備納米改性材料的目的，因此，納米改性材料的制備方法一直是納米技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的一個重要課題。目前，有機(jī)與無機(jī)納米復(fù)合材料的試驗(yàn)制備方法主要有插層復(fù)合法、溶液－凝膠法和無機(jī)超微粒分散法。
插層復(fù)合法。按照有機(jī)高聚物插入無機(jī)物層間的方法不同，又分為單體插入－原位聚合法和有機(jī)高聚的熔融直接插入法。
單體插入－原位聚和法。先將有機(jī)高聚物單體和層狀無機(jī)物一起加入到某溶劑中，經(jīng)充分?jǐn)嚢?，使兩者均勻分散在溶液中，并?shí)現(xiàn)層間插入。
高聚物熔融直接插入。將層狀無機(jī)物和高聚物混合，再將混合物加熱到軟化點(diǎn)以上，實(shí)現(xiàn)高聚物插入層狀無機(jī)物層間。前兩種方法都必須有合適的溶劑才能實(shí)現(xiàn)，但許多有機(jī)一無機(jī)插層型體系難以找到合適的溶劑，采用該方法則可能實(shí)現(xiàn)。
溶膠－凝膠法。其基本原理是易于水解的金屬化合物（無機(jī)鹽或金屬醇鹽）在某種溶劑中與水發(fā)生水解反應(yīng)，再聚合，逐漸凝膠化。關(guān)鍵是獲得高質(zhì)量的深膠和凝膠，形成無定形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，再經(jīng)干燥、燒結(jié)等后處理，制出納米改性材料。溶膠－凝膠法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以在反應(yīng)早期控制材料的表面和界面，防止分相聚集，無機(jī)納米相與有機(jī)相之間有共價鍵相連，其缺點(diǎn)是成本高。超微無機(jī)粒子直接分散法。其原理是采用化學(xué)改性方法處理納米粒之間表面，如用離子連接有機(jī)表面活性劑，降低其親水性，防止聚集，使其更好地被聚合物單體浸潤。該表面活性劑含有硝?；瑢σ恍┛梢l(fā)游離基聚合，聚合物便可在表面活性劑分子上不斷增長，使納米粒子漸漸分散，最后形成分散良好的納米復(fù)合材料。
六、納米材料改性技術(shù)在改進(jìn)傳統(tǒng)包裝材料的應(yīng)用實(shí)例
納米材料加入高聚物中，可使高分子材料的性能得到很大提高，是制備高性能、高功能復(fù)合材料的重要手段之一。納米材料具有許多新奇的特性，它在塑料中的應(yīng)用不僅僅是增強(qiáng)作用，而且還可賦予基體材料其它新的性能。如由于粒子尺寸較小，透光率好，將其加入塑料中可以使塑料變得很致密。特別是半透明的塑料薄膜、添加納米材料后不但透明度得到提高，韌性、強(qiáng)度也有所改善，且防水性能大大增強(qiáng)。
對塑料的增韌增強(qiáng)作用。塑料的增韌增強(qiáng)改性方法較多，傳統(tǒng)的方法有共混、共聚、使用增韌劑等。無機(jī)填料填充基體，通?？梢越档椭破烦杀?，提高剛性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性，由此導(dǎo)致體系沖擊強(qiáng)度均有所改善，但斷裂伸長率仍有所下降。而納米技術(shù)的出現(xiàn)為塑料的增韌、增強(qiáng)改性提供了一種全新方法和途徑。納米粒子表面活性中心多，可以和基體緊密結(jié)合，相容性比較好，當(dāng)受外力時，粒子不易與基體脫離。而且因?yàn)閼?yīng)力場的相互作用，在基體內(nèi)產(chǎn)生很多的微變形區(qū)，吸收大量的能量，這也就決定了基能較好的傳遞所承受的外應(yīng)力，并能引發(fā)基體屈服，消耗大量的沖擊能，從而達(dá)到同時增韌和增強(qiáng)的作用。
國內(nèi)揚(yáng)子石化研究院研制成功的納米聚丙烯復(fù)合材料，是在聚丙烯基料中加入納米材料，使其聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而使它具有了新的性能。這種以注塑級塑料為基礎(chǔ)原料的納米聚丙烯產(chǎn)品，保持了原有剛性，而使其韌性大幅度提高，是國內(nèi)首創(chuàng)。用這種材料制成箱包既堅(jiān)硬，又不容易碎裂用其制造汽車零部件，則可替代高品質(zhì)的塑料入鋼材。據(jù)科研人員介紹，不同種類的納米材料幾乎可以與所有牌號的聚丙烯嫁接，制成具有各種優(yōu)良性能的納米復(fù)合材料，從而大大提高聚丙烯的品質(zhì)，拓寬聚丙烯產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。國內(nèi)其它科研單位和產(chǎn)業(yè)部門也有相關(guān)的研究報道，但目前尚無規(guī)模化產(chǎn)品問世。
納米改性膠粘劑。納米材料添加后，膠粘劑的附著力和粘結(jié)強(qiáng)度顯著提高。白炭黑加入粘接劑，能防止填料沉淀，提高粘滯度，增強(qiáng)附著力和加快凝固速度，因此，適用于棉花和橡膠、尼龍和橡膠、皮革和膠底、塑料和鋼板及各種合金板材間的粘接。
納米復(fù)合功能薄膜大大改善了包裝薄膜的性能。采用納米無機(jī)粉體包覆技術(shù)，對功能性無機(jī)納米粉體進(jìn)行改性，改善了納米粒子與基體樹脂的相容性，防止了納米粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象。納米復(fù)合功能薄膜包括抗菌薄膜、防紫外線薄膜和防靜電薄膜等。
華京五方公司開發(fā)的納米復(fù)合抗菌薄膜有效地克服了銀系抗菌劑變色國際性難題，且透明度高、耐候性好、無毒、成本低，對大多數(shù)常見的微生物如大腸桿菌、金色葡萄球菌、黑曲霉菌均有良好的抗菌效果。其納米復(fù)合防紫外線薄膜利用了獨(dú)特的納米粉體分散工藝與聚合物基體復(fù)合制備技術(shù)，使薄膜不僅具有良好的紫外線屏蔽性能，而且具有良好的透明性、耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性。而納米復(fù)合防靜電薄膜采用了無機(jī)納米材料與薄膜基材復(fù)合技術(shù)，能促進(jìn)聚合物晶粒細(xì)化，使薄膜的透明光性好，并大大提高了抗靜電性能。（下）
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