纳米塑料的其他性能

1、11.5.2 11.5.2 纳米塑料的其他性能纳米塑料的其他性能 1 纳米塑料的各向异性 指基体为高分子聚合物，通过纳米粒子 在塑料树脂中的充分分散,有效地提高了 塑料的耐热、耐磨等性能。使普通塑料 具有陶瓷材料一样的刚性和耐热性，同 时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐 冲击性和易加工性。 亦称“非均质性”。物体的全部 或部分物理、化学等性质随方向 的不同而各自表现出一定的差异 的特性。即在不同的方向所测得 的性能数值不同。 尼龙-层状硅酸盐纳米塑料中，热胀系数热胀系数就是各向异性的。 层状硅酸盐是2:1型黏土矿物质，主要有蒙脱土、蛭石、水 辉石、海泡石组成。在注射成型时的流动方向的热膨胀系

2、数为垂直方向的一半，而纯尼龙为各项同性的纯尼龙为各项同性的。从透射电 镜照片可以看出，1nm厚的蒙脱土片层分散在尼龙基体中， 蒙脱土片层的方向与流动方向一致，聚合物分子链也和流 动方向相平行。因此，各向异性可能是蒙脱土和高分子链 取向的结果。 1.1.各向异性：各向异性： 2.2.热力学性能：热力学性能： 材料科学与工程系教授Giannelis初步提出一个基于平均场的晶格热力学模型。并提出了几点假设： 各种组分的构象和相互作用是独立的 杂化物形成的自由能变化可分成独立的熵和焓两项 熵是聚合物和硅酸盐（包括层间的烷基铵离子）构象变化的总和 硅酸盐构象的变化可用修正的Flory-Huggins晶格

3、模型来测定，在这个模型中，占据的晶格模拟烷 基铵阳离子在不能穿透的硅酸盐片层之间的取向 插层聚合物链的约束，与用自洽场法处理的、在两表面之间具有排斥体积的无规飞行聚合物相似 对于焓，应用一个修正的平均场。在这个方法中，每个晶格位置相互接触的数目被每个晶格位置 相互作用面积所代替，允许相互作用参数用单位面积的能量来表示，并且可用界面或表面能近似表 示。 Giannelis的研究表明的研究表明 由于聚合物的限制，熵的损失（这通常阻止插层）必须由层的分离 而获得补偿。如果熵的损失大于或等于熵的获得，则焓就决定插层 是否发生。如果焓不能补偿熵的损失，就没有插层的发生，导致非 分散或不相容杂化物。理想的

4、聚合物应当具有极性或含有能和硅酸 盐表面相互作用的官能团。聚合物和硅酸盐的作用越强，就会形成 插层杂化物直至剥离型杂化物。 纳米材料在耐摩擦功能橡胶制备中应用纳米材料在耐摩擦功能橡胶制备中应用 纳米材料在阻燃功能橡胶制品中的应用纳米材料在阻燃功能橡胶制品中的应用 11.5.3 11.5.3 纳米材料在橡胶制品中的应用纳米材料在橡胶制品中的应用 纳米材料在提高橡胶制品热稳定中的应用纳米材料在提高橡胶制品热稳定中的应用 2021-6-29 一、纳米材料在阻燃功能橡胶制品中的应用纳米材料在阻燃功能橡胶制品中的应用 在有机蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料中，橡胶大分子链插层后，一方面蒙脱土会 对层间大分子

5、层间大分子产生一定的阻隔作用，另一方面蒙脱土能够促使有机蒙脱土/天然橡胶 纳米复合材料燃烧表面形成炭层燃烧表面形成炭层，炭层能够减缓燃烧热向未燃部分的热反馈以及分解 产物向火焰区的扩散，抑制了挥发物产生，起到了良好的阻隔作用，从而能降低燃烧 过程中的热释放速率。同时，蒙脱土良好的吸附作用可以吸收一部分成炭，降低生烟 速率。有机插层蒙脱土的加入可以赋予材料较好的阻燃性阻燃性和抑烟性抑烟性。 另外，华南理工大学李博等人采用机械混炼插层法制备了有机蒙脱土/天然橡胶纳 米复合材料实现了无机片层在橡胶基体中的纳米材料级分散。并且能有效的较低天然 胶的HRR值，表现出良好的吸附成炭作用，明显改善了天然橡胶

6、的抑烟效果。 洛氏硬度标 尺的一种 机械混炼插层法：机械混炼插层法：橡胶与改性后的层状硅酸盐如蒙脱土、高岭土等进 行机械混炼，依靠机械的剪切力实现插层。目前已经用这种技术制备 了粘土/丁腈胶、粘土/硅橡胶等嵌入复合材料。 优点：优点：工艺简单，成本较低，易于工业化生产，具有良好的抗老化性 能。 缺点：缺点：插层的动力为物理作用，且粘度高，故分散相为多层粘土晶层 的紧密结合体，相畴尺寸较大，且界面为物理作用。 其他制备方法其他制备方法 溶胶溶胶-凝胶法凝胶法 原位聚合法原位聚合法 共混法共混法 机械共混：机械共混：利用橡胶厂常用的炼 胶机，趁胶料处于粘流状态便将 纳米材料与胶料直接共混。 溶液共

7、混：溶液共混：在橡胶溶液中加入纳 米粉体，搅拌均匀，除去溶剂后 经干燥得到复合体。 乳液共混：乳液共混：用胶乳取代溶液，加 入纳米粉体，搅拌均匀，除去溶 剂后经干燥得到复合体。将分散体的前驱体与单体或聚合物混合 后溶解，通过前驱体的水解和缩合，生 成分散相。 将纳米粒子添加到单 体溶液中，借助于超 声波冲击分散，然后 进行聚合。但难度大、 污染环境。 二、纳米材料在耐摩擦功能橡胶制备中应用二、纳米材料在耐摩擦功能橡胶制备中应用 要点要点1 1：纳米超细微粒材料仅仅依靠机械加工剪切力无法打开团聚体结构实现纳米级分散 要点要点2 2：纳米超细微粒材料在橡胶中达到纳米级分散才可能充分发挥其耐摩擦的特

8、性 要点要点3 3：羧基聚丁二烯（液体橡胶）与生产所需橡胶相容性好，能均匀分散在橡胶中 要点要点4 4：纳米超细微粒自身的羟基和羧基聚丁二烯中的羟基发生反应，使自身在橡胶 中达到纳米级分散 要点要点5 5：羧基聚丁二烯分子两端的羧基易于纳米超细微粒中羟基交联，形成立体网 络结构 三、纳米材料在提高橡胶制品热稳定中的应用三、纳米材料在提高橡胶制品热稳定中的应用 乙丙橡胶（乙丙橡胶（EPR）/蒙脱土纳米复合材料蒙脱土纳米复合材料：由EPR、蒙脱土、插层剂、活 性剂、促进剂和硫化剂组成。 制备方法：制备方法： 1.将EPR、蒙脱土和插层剂加入密炼机进行混炼 2.将制得的混炼胶、活性剂、促进剂和硫化剂

9、加入密炼机中混炼 3.最后将混炼胶进行硫化 加工工艺简单，可以 大幅度提高EPR的物理 性能和热稳定性 四、提升力学性能四、提升力学性能 不同的填充剂当其细度达到纳米级后，各种力学性能都能大 幅度提高。 例如，在填充量相同的情况下含纳米三氧化二铝的橡胶的拉 伸强度可达到含N330橡胶的97.3%，甚至轻质碳酸钙纳米化后橡 胶的力学性能也能达到含N330的85.5%。 引入纳米技术是产品升级换代的可取途径，具有原料价廉， 来源充沛等优势，还能让产品提高品级。 五、抗光老化：纳米级配合剂的比表面大，具有较强的吸收和反射紫 外线的能力，能有效的抑制光老化。 六、气密：在橡胶中添加纳米级粘土类材料，其机理建立在粘土类纳米材 料的片层结构的扁平度大，与橡胶的结合力高，对气体分子的牵制作用也 大。另外，纳米材料的化学成分和形态结构的作用也很关键。化学成分以 硅酸盐为最佳，几何形态以片层