纳米塑料的研究进展

　　科技创新当代石油石化纳米塑料的研究进展曹勇（中国石化集团公司经济技术研究院，北京100029）京化工大学高分子材料专业，工程师。现从事石油化工技术信物直接嵌入到粘土矿物的层间域/③将粘土矿物晶息调研工作n.纳米复合材料的概念是80年代初由Roy等人提出的。与单一相纳米结晶材料和纳米相材料不同，它是两种或两种以上的固相至少在一个方向上以纳米级大小（卜100nm）复合而成的材料这些固相可以是非晶质半晶质、晶质或者兼而有之，而且可以是无机、有机或二者都有。塑料重量轻易加工，但在光照下容易变脆，在受热和一些极端环境下易老化，从而限制了其发展和应甩纳米材料为传统塑料制品拓宽应用领域，增加新品种，开发新型塑料制品奠定了良好基础纳米塑料可分为两种，第一种是把高分子材料制成纳米结构单元，再用它合成的塑料，这种塑料正处在基础研究阶段；另一种就是目前常说的纳米塑料，指无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中形成的复合材料，其制品称为纳米塑料制品。聚合物层状无机纳米复合材料，由于插层技术的突破而获得迅速发展，部分研究成果已开始进入产业化，因有极大的产业化应用前景而备受关注。

　　聚合物-粘土矿物纳米复合材料的制备可以通过三种方法来实现：①将聚合物单体嵌入到粘土矿物的层间域，接着在层间域进行原位聚合；②将聚合层均匀地分散到聚合物基质中例如，利用具有纳米结构的天然矿物（如层状硅酸盐粘土），用化学方法把它与聚合物混合，有机粘土片层就能分解成纳米片层，均匀分布到聚合物中间形成纳米塑料。这种纳米塑料可以用来制造输水和输油管道，汽车、家用电器部件，还能制成纤维和包装材料以下介绍不同品种纳米塑料的研究进展及其产品性能和应甩1聚乙烯（PE）纳米合金PE纳米合金有优良的耐磨、耐腐蚀、高强度等性能，其制品易于运输安装和保养，具有优良的抗震性能，性能价格比优于铁管、铝管、铝塑管，是理想的管林其综合性能优异，可广泛应用于以下领域：在航空领域，可作飞机开关、熔断器调谐器、继电器接插件、座椅支架、仪表板、集成电路盒、空调器等零件；在通讯领域，可作电话交换设备的接线板、配电盘、接插件、电容器壳体以及各种电话的天线护套等；在食品领域，作啤酒瓶、肉类和奶酪制品的包装材料等；在其他领域，可作变压器骨架、线圈骨架、高性能管材、温控开关部件温控保护器、电遗斗手柄电烤炉部件、散热器部件节能灯座等。

　　中科院化学所工程塑料国家重点即为其调整范表4纳米尼龙6复合材料性能的比较性能岳化纳米尼龙6尤尼吉卡M1030D纯尼龙6灰分，％相对密度拉伸强度/MPa弯曲强度/MPa弯曲模量/GPa缺口冲击强度/（kJ.m-2）伸长率，％吸水率（24h），%氧气透过率/（L.m-2）该公司采用的纳米粘土是一种经过有机物处理的云母状粘土，先将粘土分离成极微细的薄片，1克分散的粘土具有至少750m2的表面积，而后均匀分散到尼龙6树脂基体内这种尼龙粘土纳米复合材料对于水、气体及香料物质等有较强的阻隔性能，因而制作成包装材料具有良好的市场前景。若提高纳米粘土的填充添加比例（如提高到30%），所制得的复合材料的热挠曲温度将仍可保持在较高水平，但其密度将增加约20%.驵2呢塑料M研究开开发成功函种鼷尼盛用抑氧或Mf爵分改性驾，：使其具有活性bookmark1美国Honeywell公司也成功开发出新的改进型阻隔尼龙6，改“被动阻隔研究”为“活性阻隔”。其技术特点为：①增强了气体阻隔性特别是在高湿度（80%~ 90%）下的气体阻隔性，拓宽了在包装行业中的应用范围；②高长厚比、超薄的纳米粘土填充；阻隔“性能，延长使用寿命；④将”被动阻隔“与”活性阻隔“工艺同时用于尼龙6共混物中，提高了阻隔性，延长了使用寿命被动阻隔尼龙6（即纳米尼龙6）是利用纳米粘土层对氧的扩散进行控制，活性阻隔尼龙6（即新型高阻隔尼龙6）是用抑氧或除氧共聚组分改性尼龙6或纳米尼龙6共混物1998年，拜尔公司宣布用于透明包装阻隔膜的尼龙纳米复合塑料开发成功。用纳米级的硅酸盐处理过的尼龙6保持了其通常作为包装薄膜的性能，可用常规的方法加工成平面膜或吹膜，而阻隔氧的能力成倍增强，因此可以在不降低阻隔性能的情况下减少薄膜的厚度。

　　4其他纳米塑料用纳米硅基氧化物对PP进行改性，改性后的PP可以替代尼龙6PP的物理化学性能与尼龙6无法相比，但价格仅为尼龙6的1/5~1/4用纳米材料对普通塑料PP进行改性，可达到工程塑料尼龙6的性能指标，而成本比尼龙6低1/3纳米PP的改性机理是利用纳米硅基氧化物的特殊结构性质及增强增韧作用，改善PP的加工性能，克服了传统改性增强与增韧不能同时达到和增强必将增大加工难度两大难题通过在PP基础料中加入纳米材料，使其聚集态及结晶形态发生改变，可克服传统材料刚性与韧性难以兼容的矛盾。改性PP的四大主要性能指标即电阻率吸水率屈挠度、刚性均达到或超过尼龙6标准。

　　中国石化集团公司扬子石化研究院成功地将纳米材料与PP嫁接研制出了纳米PP复合材料。这种以注塑级塑料为基础原料的纳米PP产品，保持了原有刚性，而韧性大幅度提高。据介绍，不同种类的纳米材料几乎可以与所有牌号的PP嫁接，制成具有各种优良性能的纳米复合材料，从而大大提高PP的品质，拓宽产品的应用领域用这种材料制成的箱包，坚硬又不易碎裂；用其制造汽车零部件，则可替代高品质的塑料及钢材。

　　大连理工大学正在研究将纳米碳酸钙加入PVC塑钢门窗，填充量可达3%据了解，在日本填充量已达50%纳米碳酸钙的成本只有PVC树月旨的1/2，用它作为塑料填充剂和增强剂可减少树脂用量，大大降低成本，而且制品的拉伸强度、极限伸长率等性能指标均有所提高，起到补强剂的作甩同时，纳米碳酸钙可提高塑料加工时的流变性和挤压速度改4善塑料加工性能能。

　　利用纳米技术还可以得到抗菌纳米塑料。70年代末80年代初，日本科学家将银化合物直接添加到树脂中，首次制成了抗菌塑料，但直接添加银盐制备的抗菌塑料性能明显下降，颜色变化严重，接触水时银离子易析出，且抗菌有效期很短，很难具有应用价值为了解决这些问题，人们采用沸石作为载体附载金属离子制备抗菌剂。沸石分子的大小只有几十个纳米，具有三维同架环状结构，能容纳结晶水和金属离子，且结构稳定，无论发生吸附、脱附、脱水或离子交换，其结构均不会发生变化，科研人员利用这种特性，把一些金属离子混在一起，将金属离子嵌在沸石分子中，得到抗菌剂，再把抗菌剂添加到塑料中就制成了抗菌纳米塑料。青岛化工学院纳米材料研究所与海尔集团公司合作，成功地研制出了纳米多功能抗菌塑料，不仅具有抗菌功能，而且具有抗老化、增韧和增强作甩这一新型塑料的研制开发成功，开辟了高分子材料的新领域，具有广阔的应用前景。

　　5纳米塑料的市场前景纳米塑料具有一般工程塑料所不具备的优异性能，属于高科技新型材料。由于纳米粒子尺寸小于可见光波长，纳米塑料显示出良好的透明度和较高的光泽度部分材料的耐磨性是黄铜的27倍钢铁的7倍纳米塑料具有优异的综合性能和广阔的应用前景，可以广泛应用于航空、通讯食品包装等领域通用汽车公司的有关人士预言，在未来的20年，纳米级复合材料的使用将对汽车生产产生重要影响，这种技术所带来的性能提高将导致许多汽车部件的更新换代据国外咨询公司预测，到2008年，全球对纳米型聚合物复合材料的需求量可达到23<104t我国纳米领域首席科学家张立德研究员认为，纳米塑料将是我国最有希望实现产业化的纳米技术之一。纳米材料对石油和化工等领域的影响和渗透引人瞩目，其巨大的应用价值将为石油和化工这个传统行业带来千载难逢的机遇，成为我们产品创新的最佳思路2王德禧等。世界塑料新材料发展概况（2）―一纳米复合材3曾清华等。聚合物-粘土矿物纳米复合材料。化工进展，