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新产品与新技术

纳米技术在高分子材料改性中的应用
孟翠省(北京燕山石化集团公司树脂应用研究所,102500)

摘要纳米粒子具有许多新的特性,利用它对高分子材料进行改性,可以得到具有特殊性
能的高分子材料或使高分子材料的性能更加优异。本文介绍了纳米粒子改性高分子材料的原理
及发展前景,以及纳米粒子技术在塑料、橡胶和化学纤维中的改性应用。
关键词纳米粒子,塑料,橡胶,功能纤维,改性
APPLICATIONOFNANOTECHNOLOGYINMODIFICATIONOFPOLYMER
MengCuixing
(BeijingYanshanPetrochemicalCorporationResinApplicationResearchInstitute,102500)
AbstractNanoparticlehavealotofnewcharacteristics.Usingnanotechnologyinmodificationofpoly-
mers,nanocompositswithsomespecialpropertiesorpolymerswithmoreoutstandingpropertiescanbegained.
Thispaperintroducesthebasictheoryanddevelopmentprospectofnanocomposite,andapplicationsofnan-
otechnologyinthemodificationofplastics,rubberandchemicalfibre.
Keywordsnanoparticle,plastics,rubber,functionalfibre,modification

纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新能高。
型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系
等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国粒径,nm10421
防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛表面原子比例,%20408099
的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高
高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多从表1可以看出,处于表面的原子数随粒径的
可观的成果。减小而迅速增加。由于表面原子缺少邻近配位的原
子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化
1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。
性能影响利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键
合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料
111纳米粒子的特性的复合材料的强度、韧性大幅度提高。
纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金(2)小尺寸效应。当超细微粒的尺寸与传导电
属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边
单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活
程度,有晶态、非晶态、准晶态。性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为
由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规900e,而纳米银粉的熔点仅为100e(一般纳米材料
材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于
性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺
能,具有许多重要的应用价值。寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数
(1)表面与界面效应。纳米微粒比表面积大,位减小,材料表面光洁度大大改善。
于表面的原子占相当大的比例(如表1所示),表面
第2期化工新型材料#3#
(3)量子尺寸效应。即纳米材料颗粒尺寸小到定值米材料填充的复合材料,其拉伸强度会有所增加,并

时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离在一定范围出现极值。如纳米SiO2填充复合材料的

散能级的现象。其结果使纳米材料具有高度光学非拉伸强度在SiO2的体积数为4%左右时达到最大值。
线性、特异性催化和光催化性质等。(2)对复合材料断裂伸长率的影响。研究表明,

总之,纳米材料能在低温下继续保持顺磁性,对采用普通CaCO3和微米级、纳米级CaCO3填充PE,
光有强烈的吸收能力,能大量的吸收紫外线,对红外随着粒子粒径的减小,复合材料的断裂伸长率逐渐
线亦有强烈的吸收能力;在高温下,仍具有高强、高提高。
韧性、优良的稳定性等,其应用前景十分广阔,在高(3)对纳米聚合物复合材料杨氏模量的影响。
分子材料改性中的研究也将出现一个新的发展。对于相同的基体和填料,采用相同的处理方法,微米
112纳米材料的表面改性级填料使复合材料的杨氏模量增长平缓,而纳米级
纳米材料粒径小,表面能大,易于团聚,在制备