纳米塑料发展及其应用(DOC)

1、高分子材料加工技术高分子2 0 1 3吴礼丽2016 年 4 月 20 日目录纳米塑料发展及其应用论 文 题 目:作者:专业:班级:学号:指 导 老 师:1 前言.12 纳米塑料的分类.2.2.1 无机纳米塑料. 22.2 有机纳米塑料. 22.3 金属纳米塑料. 23 纳米塑料的制备.33.1 插层复合法. 33.1.1 插层聚合法. 33.1.2 聚合物插层法 . 33.2 原位复合法. 33.3 分子束外延法. 43.4 水热法. 43.5 化学沉淀法. 44 纳米塑料的性能.54.1 强度和高耐热性. 54.2 高阻透性. 54.3 高阻燃窒息性. 54.4 良好的热稳定性. 64.5

2、 良好的导电性. 65 典型纳米塑料举例.75.1 尼龙 6 纳米塑料（NPA） . 75.2 PET 纳米塑料（NPET）. 75.3 超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料（NUHMWPE）. 86 纳米塑料的应用.96.1 纳米塑料. 96.2 纳米薄膜. 96.3 注塑制品. 106.4 强力纤维. 106.5 塑料母料. 106.6 混炼复配材料. 107 纳米塑料的发展前景.118 结语.12纳米塑料发展及其应用分子材料加工技术摘要：纳米材料学是近年来刚刚兴起的一个完全崭新的科学领域，它涉及 到聚集态物理、化学、材料、生物学等多领域的知识。本文主要研究综述了纳 米材料的分类，介绍了纳米

3、塑料的制备方法分为插层复合法、原位复合法、分 子束外延法、水热法以及化学沉淀法，指出了纳米制备的关键冋题是如何使纳 米级材料均匀分散到塑料基体中，介绍了纳米塑料具有高强度、耐热性、高阻 隔性、阻燃性和优良的加工性等优异性能。这种全新的高技术新材料，在管材、 纳米塑料、薄膜、注塑制品、强度纤维、母粒、互配材料等方面具有广泛的用 途，开发和利用前景广阔。近年来的纳米技术发展，其中包括纳米粒子表面特 性和表面改性的方法以及有机相界面改性的工艺路线。在对它进行了大量的应 用研究与开发中发现，它还具有热、电、光、磁等特异的功能。因此纳米塑料 是一种高新技术材料，具有广阔的商业开发和应用前景，备受世界各国

4、的密切 关注。科技人员在纳米复合塑料的制备技术研究、结构与性能的表征、应用研究开发及基础理论研究等方面进行了大量的工作，并取得了不少引人注目的成 果。关键词：纳米塑料、发展前景、应用1/ 、八1 刖言纳米材料学是近年来刚刚兴起的一个完全崭新的科学领域，它涉及到聚集 态物理、化学、材料、生物学等多领域的知识。“纳米”是一个长度的计量单位，它的尺度是10 亿分之 1 米（10-9m）。一般来说，纳米材料是指两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级。纳 米粒子粒径很小，表面能很大，极易团聚，所以如何制取纳米粒子本身就是一 个非常复杂的技术问题。目前能制作和利用的纳米粒子多为无机纳米粒子，能 有效

5、地对塑料进行改性的纳米粒子是 SiO2、TO、CaCO，蒙拓土（ MMT 等。“纳米塑料”是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、耐候、耐磨等性能。“纳米塑料”能使普通 塑料具有象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。目前，能实行产业化的有通过纳米粒子改性的NPENPET 和 NPA（即纳米聚乙烯、纳米 PET 聚脂、纳米尼龙 6）利用纳米粒子，将银（Ag+）设计到粒子表面的微孔中并稳定，就能制成纳米栽银抗菌材料，将这种 材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉，自洁等优良性能，使其成为绿 色环保产品。目

6、前，已在 ABS SPVC HIPS PP 塑料中得到应用。“纳米塑料”是一种高科技的新材料，具有很好的发展前景，由于国内对 这种新材料还缺乏认识，没有完整的质量保证体系和严密的生产管理，正处于 一种“一哄而上”的形势， 鱼目混珠， 真假难辩， 使“纳米塑料”一开始便面 临“夭折”的危险，所以笔者迫切希望国家有关部门能通过相应的标准和法规 来保护这一新材料， 促进它的健康成长。22 纳米塑料的分类纳米塑料的分类如表 1 所示。按添加剂不同可分为三类：无机纳米塑料、 有机纳米塑料和金属纳米塑料；按母体树脂不同可分为：纳米尼龙、纳米聚烯 烃、纳米聚酯、纳米聚甲醛等；按功能不同可将纳米塑料分为：纳米

7、特种工程 塑料、纳米功能塑料（纳米导电塑料、纳米抗菌塑料、纳米吸波塑料）等。_表 1 1 纳米塑料的分类分类方法按添加剂分无机纳米塑料、有机纳米塑料、金属纳米塑料按母体树脂分纳米尼龙、纳米聚烯烃、纳米聚酯、纳米聚甲醛等按功能分纳米通用塑料、纳米工程塑料、纳米特种工程塑料、纳米功能塑料2.1 无机纳米塑料在塑料中加入无机材料形成无机纳米塑料。常用的无机的纳米粒子包括碳 酸钙、层状硅酸盐（云母、绿土、蒙脱土、膨润土等）、SiQ、TiO2、SiC、AI2Q等。这种纳米粒子加入到塑料中可以达到以下效果：A.改善塑料性能、如提高机械强度、透气透水率、耐高、低温性等。B.增加塑料的特殊性能，像防辐射性能、

8、抗静电性能、磁性能和抗菌性能等。目前已研究的无机纳米塑料有 CaCOHDPECaCOPVC CaCOPP、SIO2/聚酰亚胺等。无机纳米材料是目前研 究最多的纳米塑料，也是目前投入应用最多的纳米塑料。2.2 有机纳米塑料有机纳米塑料是由纳米有机材料加入到塑料中形成的。 这些有机物大多数 是液晶，加入到塑料中可大幅度提高塑料的机械性能如：在聚酰亚胺中加入 10%的热致型液晶聚合物，能使弹性模量由 1.7GPa 提高到 6.9GPa,拉伸强度由 125MPa提高到 470MPa 以研制的有机纳米塑料有：5%勺 PPTA 与 PA 溶液共混， 得到 PPAT微纤（直径为 15-30nm,长 600n

9、m 在 PA6 基体中分散的分子复合材 料；PPTA 微纤作为增强剂与 PVC ABS PAA 聚合物等复合，借助溶剂，形成的 分子复合材料。2.3 金属纳米塑料把纳米金属粉体加入到塑料中，形成的纳米塑料。金属纳米粉体与塑料复 合可赋予塑料金属粉体所具有的金属性能，如将铜加入到聚甲醛中改善塑料的 耐磨性，或在PP 中加入其它纳米金属粉末改善塑料的导电性和机械强度。纳米 金属有很多种，但目前纳米金属的研究还很少。3 纳米塑料的制备纳米塑料复合材料的涉及面较宽，包括的范围较广，近年来发展建立起来 的制备方法也多种多样，可大致归为四大类纳米单元与高分子直接共混；在高 分子基体中3原味生成纳米单元；在

10、纳米单元存在下单元分子原位聚合生成高分 子及纳米单元和高分子同时生成。各种制备纳米复合物材料方法的核心思想都 是要对复合体系中纳米单元的自身几何参数、空间分布参数和体积分数等进行 有效的控制，尤其是要通过对制备条件（空间限制条件，反应动力学因素、热 力学因素等）的控制，来保证体系的某一组成相至少一维尺寸在纳米尺度范围 内（即控制纳米单元的初级结构），其次是考虑控制纳米单元聚集体的初级结 构。以下介绍几种纳米塑料常用制备方法原理203.1 插层复合法插层复合法是目前制备纳米塑料的主要方法。首先将单体或聚合物插入经 插层剂处理后的层状硅酸盐（如蒙脱土，俗称粘土）之间，进而破坏片层硅酸 盐紧密有序的

11、堆积结构，使其剥离成厚度为1nm 左右，长、宽为 30-100nm 的层状基本单元，并均匀分散于塑料基体树脂中，实现塑料高分子与层状硅酸盐 片层在纳米尺度上的复合。插层复合法又可分为插层聚合法和聚合物插层法。3.1.1 插层聚合法先将聚合物单体分散、插层进入层状硅酸盐片层中，然后原位聚合，利用 聚合时放出大量的热，克服硅酸盐片层间的作用力并使其剥离，从而使硅酸盐 片层与塑料基体以纳米尺寸复合。3.1.2 聚合物插层法将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合，利用化学和热力学作用使层状硅 酸盐剥离成纳米尺度的片层，并均匀地分散于聚合物基体中，该法的优点是易 于实现无机纳米材料能以纳米尺度均匀分散在塑料

12、基体树脂中。3.2 原位复合法原位复合法包括原位聚合法和原位形成填料法。将纳米粒子溶解于单体溶 液再进行聚合反应，叫原位聚合法，特点是纳米材料分散均匀。原位形成填料 法也叫溶胶凝胶法，是近年研究比较活跃和前景看好的方法。该法一般分为两 步，首先将金属或硅的硅氧基化合物有控制地水解使其生成溶胶，水解后的化 合物再与聚合物共缩聚，形成凝胶，然后对凝胶进行高温处理，除去溶剂等小 分子即得纳米塑料，如图 1o水解蒸发溶质溶剂- 溶- 湿凝胶干燥热处理f成品f干凝胶图 1 13.3 分子束外延法分子束外延法3是一种在晶体基片上生长高质量的晶体薄膜的新技术。在超 高真空条件下，由装有各种所需组分的炉子加热

13、而产生的蒸汽，经小孔准直后 形成的分子束或原子束，直接喷射到适当温度的单晶基片上，同时控制分子束 对衬底扫描，就可使分子或原子按晶体排列一层层地生长在基片上形成薄膜。随着超高真空技术的发展、源控制技术的进步、衬底表面处理技术以及生长过 程实时监测技术的改进，这种方法已经成为比较先进的薄膜生长技术。典型的 MBE 设备由束源炉、样品台、加热器、控4制系统、超高真空系统和检测分析系统。 近年来，激光分子束外延法取得了显著的成果。激光分子束外延法是集脉冲激 光沉淀和传统的分子束外延于一身，特别适合于多元素、高熔点、复杂层状结 构的薄膜或超晶格的制备，它可以利用原位实时监控设备对生长条件进行实时 控制

14、，以实现原子尺度地控制薄膜的外延生长。分子束外延法的优点是：生长温度低，能把诸如扩散这类不希望出现的热 激活过程减少到最低；生长速率慢，外延层厚度可以精确控制，生长表面或界 面可以达到原子级光滑度，因而可以制备极薄的薄膜；超高真空下生长，与溅 射方法相比更容易进行单晶薄膜4生长，并为在确定条件下进行表面研究和外延 生长机理的研究创造了条件；生长的薄膜能保持原来靶材的化学计量比；可以 把分析测试设备，如反射式高能电子衍射仪、四极质谱仪等与生长系统相结合 以实现薄膜生长的原位监测。缺点是：有衬底选择、掺杂技术以及其他辅助技 术要求较高，激光器效率低，电能消耗较大，投资较大；由于分子束外延设备 昂贵

15、而且真空度要求很高，所以要获得超高真空以及避免蒸发器中杂质污染需 要大量的液氮，因而提高了日常维持的费用。目前，用这种技术已能制备薄到 几十个原子层的单晶薄膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的 超薄层量子阱微结构材料。总之，分子束外延技术在制备纳米材料方面将会更 成熟。3.4 水热法水热法是指在特制的密闭的反应容器中，采用水溶液作为反应体系，通过 对反应体系加热而产生高压，从而经行无机材料的合成与制备，在经分离和热 处理得到纳米微粒。在水热法中，液态或气态是传递压力的媒介。水热条件下 离子反应和水解反应可以得到加速和促进，使一些在常温下反应物能部分溶解 于水，促使反应在液相或气相中

16、进行。水热法通过高压釜中适合水热条件下的 化学反应，实现从原子、分子级的微粒构筑和晶体生长。在水热处理过程中， 温度、压力、处理、时间、溶媒的成分、PH 值、所用前驱物的种类以及有无矿化剂和矿化剂的种类对粉末的粒径和形貌有很大的影响，同时还影响反应速度、晶型等。水热合成反应温度在 25-200C之间的，通常称为低温水热合成反应； 反应温度在 200E以上的称为高温合成反应。3.5 化学沉淀法沉淀法是液相化学合成高纯度纳米微粒采用最广泛的方法之一。是将沉淀 物加入到金属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物加热分解，包括：共沉淀法、 水解法、均匀沉淀法、氧化水解法、还原法等然后获得超微粒子。其特点是简

17、J单易行，但所得产品纯度低，粒径较大，适合制备氧化物。4 纳米塑料的性能塑料本身有质量轻、韧性强、耐磨性好、耐酸碱等优良特性 ，但随着材料 科学的发展和应用领域的开拓，塑料固有的性能已不能满足应用的需要。例如 耐高温性能，尽管人们一直通过研究合成新的高分子材料单体和改变高分子结 构来提高塑料的耐高温性能，但是纳米粒子的加入对这一性能的提高比前一种 方法效果好的多，而且成本低得多。有些塑料没有得性能甚至可以加入纳米材 料而得到，像一些功能塑料。4.1 强度和高耐热性有插层技术制备纳米塑料可将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚 合物的5韧性、可加工性完美地结合起来。含有少量（不超过10%通常

18、5 流右）粘土的纳米塑料与常规玻纤或矿物（30%增强复合材料的刚性、强度、耐热性 相当。但纳米塑料质量轻，具有高比强度、比模量而又不损失其冲击强度，能 够有效降低制品的质量，方便运输。同时，由于纳米粒子小于可见光波长，纳 米塑料具有高的光泽和良好的透明度以及耐老化性。这些优点是其他材料无法 相比的，所以纳米塑料一出现，立刻受到人们的青睐。4.2 高阻透性由于聚合物基体与粘土片层的平面取向作用，纳米塑料表现出良好的尺寸 稳定性和良好的气体阻透性。纳米塑料高阻隔性使其广泛用一抗级包装材料上， 例如：药品、化妆品、生物制品和精密仪器等等。纳米塑料与未填充的聚合物相比，其气液体的透过性显著下降，并随着

19、蒙 脱土含量的增加而迅速下降，阻隔性能显著上升。在聚酰亚胺-蒙脱土纳米塑 料中，其气体渗透系数（包括水蒸气、氧气和氦气）显著下降，并随着蒙脱土 含量的增加而下降。当蒙脱土质量含量仅为 2%寸，其渗透系数下降近一半；当 用不同粘土来制备时，随着粘土片层长度的增加，材料的阻隔性能提高更显著。 这是由于在纳米塑料中的聚合物基体中存在着分散的、打尺寸比的硅酸盐层， 这些层对于水分子和单体分子来说是不能透过的，迫使溶质要通过围绕硅酸盐 粒子弯曲的路径才能通过薄膜，这样就提高了扩散的有机通道长度，达到阻隔 性上升的目的。4.3 高阻燃窒息性有些纳米塑料还具有很高的自熄性、很低的热释放速率（相对聚合物本体

20、而言）和较高抑烟性，是理想的阻燃材料，例如把聚已内酯 -硅酸盐纳米塑料和 未填充的聚已内酯放在火中 30s,取出后纳米塑料就停止燃烧，并保持它的完整 性；与此相反，未填充的聚合物则继续燃烧直到样品被破坏为止。 如纳米尼龙 6, 当粘土含量为 5%寸，其热释放速率的峰值（评价材料为灾安全性的关键因素） 可以下降到 50 鸠上。因此，国外有文献称这种纳米塑料制造技术是塑料阻燃技 术的革命。4.4 良好的热稳定性硅酸盐的耐高温性用于纳米塑料使其耐热性和热稳定性明显提高。例如： 聚二甲基硅氧烷（PDM$ -粘土纳米塑料和未填充的聚合物相比，其分解温度大 大提高，从400r提高到 500r.因此可知，由

21、于PDM分解成易挥发的环状低聚 物，单纳米材料的透过性很低，从而使挥发性分解物不易扩散出去，提高了塑 料的热稳定性。在聚酰亚胺-蒙脱土体系中，热稳定性也大大提高。随着蒙脱土 含量的增加，纳米塑料的热膨胀系数显著降低、蒙脱土含量仅4%寸就下降近一6半，热稳定性明显增加。在纳米粘土尼龙（NCH 中，产物的热变形温度（HDT 提高了近一倍（NCH 的为135160C，纯尼龙的为 65E）。此时粘土含量仅 5 流右，随着粘土含量 的增加，HDT也逐渐增加。用一步法合成 NCH 产物的 HDT 进一步提高到 160C。4.5 良好的导电性硅酸盐纳米塑料也可用做聚合物电解质 。对于聚环氧乙烷（PEO 电解

22、质 来说，在熔点温度以下，它的电导率下降很多（从10-5S - cm-1到 10-8Scm1）。这种下降是由于 PED 形成了晶体，从而阻止了离子的运动，而插层则可以阻止 晶体的生长，因此可以提高电解质的电导率。此外，由于在纳米塑料中硅酸盐 层是不能移动的，因此纳米塑料的导电表现为单离子传导。从PEO 锂蒙脱土纳米塑料的平面离子电导率的 Arrhenius 曲线（聚合物质量占 4%可以看出， LiBFdPEO电解质的电导率在熔化温度下降低了几个数量级。与此相反，在相同 的温度范围内，温度对纳米塑料的电导率影响很小。电导率随温度降低只是稍 有下降。此外，在纳米塑料中的表面活化能（11.7N/m）

23、和熔融聚合物电解质的类似。 这表明，在纳米塑料中和本体熔融的电解质中，Li+的活动性几乎相同；另外，熔融插层的纳米塑料的电导率比溶液插层的更高，而且各向异性更明显。这可 能是由于在熔融插层材料中，存在着过量的聚合物，从而提供了一条更容易的 电导途径。5 典型纳米塑料举例5.1 尼龙 6 纳米塑料（NPA6）普通尼龙 6 具有良好的物理、机械性能，例如拉伸强度高，耐磨性优异， 抗冲击韧性好，耐化学药品和耐油性突出，是五大工程塑料中应用最广的品种。 但是，普通尼龙 6 的吸水率高，在较强外力和热条件下，其刚性和耐热性不佳， 制品的稳定性和电性能较差，在许多领域的应用受到限制。我们应用天然丰产的蒙脱

24、土层状硅酸盐作为无机分散相，发明了一步法制 备尼龙6 纳米塑料（NPA），现已获得中国国家发明专利。该复合材料与纯尼龙6相比具有高强度、高模量、高耐热性、低吸湿性、高尺寸稳定性、阻隔性能好， 性能全面超过尼龙 6,并且具有良好的加工性能； 与普通的玻纤增强和矿物增强 尼龙 6 相比，具有密度低、耐磨性好、相同无机物含量条件下综合性能明显优 于前者特优点；同时，该纳米复合材料还可进一步用于玻纤增强和普通矿物增 强等改性纳米尼龙 6,其性能更加优越。由于本实验室开发的汽车零部件，尤其 是发动机内等有耐热性要求的零件，还可应用于办公用品、电子电器零部件、 日用品等，此外还可用于制造管道等挤出新制品。

25、尼龙6 纳米塑料是工程塑料行业的理想材料，该产品的开发为塑料工业注入了全新的概念。在NPA 作为工程塑料的基础上我们还制备了高性能 NPA 膜用切片，该切片适用于吹塑和挤出 制备7热收缩肠衣膜、双向拉伸膜、单向拉伸膜及复合膜。与普通PA 薄膜相比，NPA6I具有更佳的阻隔性、力学性能和透明性，因而是更好的食品包装材料。5.2 PET 纳米塑料（NPET）聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）用于纤维、瓶和薄膜，工程塑料用只占其总量 的1.6 %。目前国内非纤维用 PET 树脂的年生产能力为 64.9 万吨，因此开发工 程塑料级PET 成为关注的焦点。PET 作为工程塑料应用存在三大制约因素：熔体强度差

26、、结晶速度较慢、尺寸稳定性差，因而不能满足工业上快速注塑成型的 需要。有鉴于此，世界上各大公司纷纷在快速结晶化助剂的开发上投入大量人 力、物力、财力，开发出了各具特色的快速结晶助剂。并在此基础上推出了各 自的商品化 PET 工程塑料产品，较为突出的有美国 GE 公司、德国 BASF 公司、 日本三菱公司的系列玻璃纤维/矿物增强 PET 工程塑料。这些产品都具有较高的 结晶速率，但在加工过程中加入的成核剂价格昂贵，成为制约其大规模应用的 一个瓶颈。我们的研究表明，当无机组分以纳米水平分散在PET 基材中时，可显著改善 PET 的加工性能及制品性能，开发出了 PET/蒙脱土纳米复合材 NPET 中

27、 国专利申请号：97104055.9）。结合 NPET 原料，开发出增强型阻燃 NPETT程塑 料，经工程塑料国家工程研究中心测试，结果均表明该种新型PET 工程塑料的 各项性能指标均达到或超过了国内外 PET 工程塑料产品。该种产品性能稳定、 可靠，完全具备了批量生产的技术条件。5.3 超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料（NUHMWPE）超高分子量聚乙烯是指粘均分子量在 150 万以上的线性结构聚乙烯，其耐 磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、吸收冲击能为现有塑料中最高值，故被称为“令 人惊异的塑料”，但由于粘度极高，成型加工困难。我们研制成功的UHMWPE/粘土纳米复合材料解决了 UHMWPE工的

28、难题。UHMWPE 均一分散层状硅酸盐充 分混合，利用层状硅酸盐片层间摩擦因数小，减少 UHMWP 分子链的缠结，起到 了良好的自润滑作用，使得 UHWMf 能用普通挤出成型方法连续产生管材和异型 材。聚乙烯纳米合金系列，具有优良的耐磨、耐腐蚀、高强度、无毒性能。制 品易于运输、安装、保养，并具有优良的抗震性，性能价格比优于铁管、铝管、 铝塑管，是理想的大、中、小口径的给水管，工业液体输送管道，河湖疏浚排 泥管道，粮食、粉煤灰、矿沙输送管道材料。86 纳米塑料的应用纳米塑料插层复合工艺是在传统工艺基础上的技术革新，不需要新的设备 投资，工艺简单、操作方便、环境友好，特别适合聚合物的改性，容易实

29、现工 业化生产。与一般微观复合材料相比，含有少量蒙脱土的纳米塑料表现出优异 的综合性能。良好的性能组合、简单的加工工艺和低廉的价格使得纳米塑料在 各种高性能管材、汽车及机械零部件、电子和电气部件等领域中有广泛的应用 前景。同时，具有优异阻透性能的纳米复合材料在食品特别是啤酒罐装、肉类 和奶酪制品的包装材料市场上潜力巨大。6.1 纳米塑料通用塑料指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP、聚氯乙烯（PVC）聚苯乙烯（PS） 和丙烯酸类塑料等大塑料品种。对于这类塑料的改性9，过去多是采用加入填充 料的方式，首先是为了降低成本，后来是为了增加和增韧以得到工程塑料，并 进一步向塑料功能化发展，通过添加料的方法得到

30、具有导电、抗静电、热塑磁 性和压敏等功能的塑料。纳米材料的出现，为添加型提供了广阔的空间。通过 塑料首当其冲，纳米技术最早就是用于通用塑料的改性。例如：纳米碳酸钙对 高密度聚乙烯的改性，在加入碳酸钙的质量分数为 20%下时，其耐冲击强度随 加入碳酸钙的增加而增加，拉伸和弯曲强度也有所提高。在此，填料有一个最 大加入百分比，即有一个加入最大值，而且，该值和碳酸钙的表修饰类型有关。未经表面修饰处理的纳米碳酸钙填充体系的冲击轻度随碳酸钙用量呈逐渐增加 趋势，碳酸钙用量越多，材料冲击强度加大。经表面处理后，材料的冲击强度 随碳酸钙用量变化规律已完全改变。 材料在低纳米碳酸钙含量（约 4%-6%时即 实

31、现增韧目的，冲击强度提高接近一倍，增韧效果显著；当碳酸钙用量进一步 增加时，材料的冲击强度呈缓慢下降。几种表面处理剂对拉伸弯曲性能的影响 基本相同；与处理体系相比，表面处理后材料的拉伸、弯曲性能并无明显改善。由处理和未经处理的两种试样冲击断面和断抽图SEM 照片可知，经过处理体系的冲击断面上有较多牵伸结构，拉丝较多；基体上无明显可见裂纹，基体发生 明显的塑性变形，吸收了大量能量。脆断面的电镜表明纳米粒子分布均匀，附 聚团粒小。未经处理体系的冲击断面上出现有许多断裂裂纹，是导致冲击强度 较低的原因；且未经处理的试样，粒子分布不均，附聚颗粒较大。6.2 纳米薄膜纳米塑料薄膜主要用做功能性薄膜，如气

32、体分离、信息-光学材料以及传感 器等方面。这主要是因为纳米塑料薄膜有致密的微观结构，可抑制分子的溶解 扩散而增进薄膜的阻透性。中科院化学所开发的纳米尼龙6 膜用切片，适用于 吹塑和挤出制备热收缩肠衣、双向拉伸膜、单向拉伸膜及其复合膜。与普通尼 龙薄膜相9比，纳米尼龙 6 膜具有更良好的阻透性、力学性能和透明性，因而是 更好的食品包装材料。6.3 注塑制品纳米塑料所具有高强度、高模量、高耐热性和低吸水率等特性，使其可用 于电子通讯、运输、机械以及生活用品等产业，满足这些产业对高功能性工程 塑料10的需求。例如：尼龙 6 具有良好的物理、力学性能，拉伸强度高、耐磨 性优异、自润滑性良好、抗冲击韧性

33、好，是五大工程塑料中应用最广的品种。 但在较强外力和加热条件下使用，冈性和耐水性不佳，吸水率大，使制品的热 稳定和电性能变差，在许多领域的应用受到限制。中科院化所工程塑料国家重 点实验室应用天然丰产的蒙脱土层状硅酸盐作为无机分散相，发明了一步法制 备纳米尼龙 6 的专利。该法制备的纳米尼龙 6 与纯尼龙 6 相比具有更高的强度、 模量，耐热性，阻透性能更好，并具有良好的加工性能。与普通的玻纤维增加 和矿物增强尼龙 6 相比，具有相对密度耐磨性好，相同无机物含量条件下综合 性能比前者高等优点；同时，纳米塑料还可以进一步用于玻纤增强和普通矿物 增加等改性尼龙。纳米尼龙具有优异的力学性能和高强耐热性

34、能，应用领域广 泛，可用于汽车的各个部件，如发动机、电器和车体等部位，还可用于办公用 品、电子电器零部件、运动休闲用品等。纳米尼龙6 是塑料行业理想的高附加值升级换代产品。6.4 强力纤维纳米塑料还可以用于做高强度、高韧性、高耐热性材料，例如：纳米尼龙6的纺丝器可取代尼龙丝，用做界胎帘子布、渔网鱼绳纤维、汽车用纤维、帆布 用纤维及球拍用纤维等，可以极大地提高产品的使用性能。6.5 塑料母料将纳米塑料制成浓缩母粒推广，不仅能够降低聚合物加工的掺配混炼成本， 改善工作环境及原料仓储成本，并能带动新型聚合物添加剂浓缩母粒产业的发 展。6.6 混炼复配材料多种纳米塑料混合， 例如， 纳米尼龙 6 与其

35、他大品种塑料如 PP、 PE PS PPO ABS或橡胶等复配混炼改性，可以有效提高复配塑料的强度、模量、热变 形温度和冲击强度小，可以根据应用要求，通过改变配方和材料配伍得到不同 的纳米塑料。7 纳米塑料的发展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11已经展10示出了良好的应用前景， 引起了人们的高度重视， 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。纳米材料对石油 和化工等领域的影响和渗透引人瞩目，其中巨大的应用价值将为石油和化工这 个传统的行业带来千载难逢的机遇，成为我们产品创新的最佳思路。118 结语随着对纳米塑料研究的日趋深入，必将对科学技术产生深远的影响。但纳 米塑料还是一个比较新的研究领域，研究涉