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1化學(xué)分散法
化學(xué)分散法包括選用分散介質(zhì)和分散劑調(diào)控。
根據(jù)納米粒子的表面性質(zhì)選擇合適的分散介質(zhì)可以獲得分散性較好的懸浮液。選擇分散介質(zhì)的原則是：極性粒子易分散在極性液體中，非極性粉體易分散在非極性液體中，即所謂的相同極性原則。該原則需要與一系列已確定的物理化學(xué)條件相配合，才能確保其實現(xiàn)良好的分散。
粉體在液相中良好的分散效果所需要的物理化學(xué)條件，主要是通過添加適當(dāng)?shù)姆稚﹣韺崿F(xiàn)的。
在懸浮體中加入分散劑，使其在顆粒表面吸附，改變顆粒表面的性質(zhì)，從而改變顆粒與液相介質(zhì)、顆粒與顆粒間的相互作用，使顆粒間有較強的排斥力，達到更好的分散效果。常用的分散劑有表面活性劑、無機電解質(zhì)、聚合物和偶聯(lián)劑四種。
2納米塑料
2. 1納米塑料的制備方法
2. 1. 1共混法
共混法也叫直接生成法，它是制備聚合物無機粒子復(fù)合材料的方法中應(yīng)用廣泛且最簡單的一種方法，適合于各種形態(tài)的粒子。該法首先合成各種形狀的納米粒子，然后通過各種方式將其與有機聚合物混合。在利用此法制備納米復(fù)合材料時，首先要解決的是納米粒子的團聚問題，使干態(tài)納米粒子均勻分散在體系中。就共混方式而言，可分為溶液共混法、乳液共混法、熔融共混法和機械共混法。共混技術(shù)的優(yōu)點是工藝簡單，易于控制納米粒子的形態(tài)和尺寸。
2. 1. 2插層復(fù)合法該法采用層狀無機物(如黏土、云母等)作為無機相，將有機相單體插入到無機相層間進行原位聚合或者將聚合物直接插入層間形成復(fù)合材料。
根據(jù)插層方式的不同可以分為插層聚合法、溶液或乳液聚合法、熔體插層法三種方法。插層工藝簡單，操作方便，原料來源豐富，價格低廉，環(huán)境友好，特別適用于聚合物的改性，易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
2. 1. 3溶膠凝膠法
溶膠凝膠法是將前驅(qū)物(水溶性鹽或者油溶性醇鹽)溶于水或有機溶劑中形成均質(zhì)溶液，溶質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)生成納米級粒子并形成溶膠，再與聚合物形成凝膠，經(jīng)干燥除去低分子物以制備納米復(fù)合材料的方法。溶膠凝膠法的特點是工藝溫度低，材料純度高，可通過控制反應(yīng)條件、有機與無機組分的比例，使得納米復(fù)合材料從無機物改性的塑料轉(zhuǎn)變到有機物改性的無機材料。該法的缺陷在于凝膠干燥過程中，由于溶劑等低分子物的揮發(fā)，常常導(dǎo)致材料收縮，影響力學(xué)性能，前驅(qū)物價格昂貴且有毒。
2. 1. 4原位聚合法原位聚合法是先使納米粒子在單體中均勻分散，溶解于單體溶液中，然后在一定的條件下進行聚合反應(yīng)形成納米塑料的方法。該法同共混法一樣要對納米粒子進行表面處理，但其效果要強于共混法。
這一方法的特點是納米粒子在聚合物中分散均勻，納米粒子的納米特性不受損害，同時一次聚合成型，不需要熱加工，避免了熱降解，保證了整個基體性能的穩(wěn)定。
2. 2納米塑料的性能
2. 2. 1力學(xué)性能因單一均聚物的強度和韌性難以滿足新型材料的高性能要求，所以對高聚物塑料的增韌、增強改性研究一直受到科研工作者的重視。納米塑料的出現(xiàn)為塑料的增韌、增強改性提供了全新的理念和途徑。
王旭，李帥，魏剛等人分別進行了用納米CaCO 3對PP、LDPE、pvc的增韌、增強研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米CaCO 3 /聚合物復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率比純聚合物都有較大的提高，并在一定比例時達到最大值;張金柱等人進行了納米TiO 2對HIPS高性能化的研究，測試結(jié)果表明，在納米TiO 2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時，復(fù)合材料的缺口沖擊強度、拉伸強度及彈性模量上升至最大值，顯示出納米TiO 2對HIPS具有同時增強和增韌的效果。
2. 2. 2加工性能納米復(fù)合材料的熔體強度高、黏度低、結(jié)晶速度快、耐熱性高、吸水率低、透氣率低和阻燃抑煙性高，具有優(yōu)良的加工性能。如超高分子量聚乙烯( UHMWPE)雖然具有優(yōu)良的綜合使用性能，但其黏度極高，導(dǎo)致成型加工困難，限制了其應(yīng)用。利用層狀硅酸鹽片層間摩擦系數(shù)小的特點，將UHMW PE與層狀硅酸鹽充分混合制成納米稀土/ UHMW PE復(fù)合材料，可有效地減少UHMWPE分子鏈的纏結(jié)，降低黏度，起到良好的自潤滑作用，從而大大改善其加工性能。
2. 2. 3阻燃性能
使用無機阻燃劑雖然能顯著提高聚合物的阻燃性，但存在大量煙霧和毒氣的釋放、添加量大影響材料性能和環(huán)境污染等問題，因此開發(fā)新型、清潔、高效的阻燃劑成為目前面臨的重要的課題。納米氫氧化鎂是近年來開發(fā)的一種新型無機阻燃劑，它具有熱穩(wěn)定性好、不揮發(fā)、不析出、不產(chǎn)生有毒氣體、不腐蝕加工設(shè)備、消煙作用明顯和價格便宜等優(yōu)點，特別適用于加工溫度較高的PP、PA等聚合物。姚佳良等對PP/納米Mg( OH)2復(fù)合材料阻燃性能的研究發(fā)現(xiàn)，相同填充量時納米級Mg( OH)2的阻燃性能比微米級Mg( OH)2好得多，當(dāng)納米級Mg( OH)2填充量為60%時達到UL94標(biāo)準(zhǔn)的V20級。
2. 2. 4其他性能眾所周知，高聚物的電性能很差。納米材料的開發(fā)應(yīng)用，使高分子材料的導(dǎo)電性得到了很大的改善。如將高介電性能的納米陶瓷材料( SiO 2)分散到PS、PVC中，可以得到具有較低的介電損耗角正切和在高頻下仍能保持較高介電常數(shù)的復(fù)合材料。
有些納米塑料還具有很高的自熄性、很低的熱釋放速率和較高的抑煙性，是理想的阻燃材料。例如，尼龍6/黏土納米復(fù)合材料，當(dāng)黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時，其熱量峰值(評價材料火災(zāi)安全性的關(guān)鍵因素)與純尼龍6相比可以下降50%以上。
有時，塑料表面要求耐磨耗或者具有較低的摩擦系數(shù)。在塑料中加入低摩擦系數(shù)的填料，如石墨、二氧化鉬等，可以減小動態(tài)轉(zhuǎn)動時的摩擦力，甚至可以做到無油潤滑。清華大學(xué)賀鵬等分別采用機械共混法、超聲波分散法和振動磨分散法在HDPE中加入納米SiO 2后，發(fā)現(xiàn)納米粒子的含量對納米材料的性能有較大的影響，當(dāng)納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)達2%時，復(fù)合體系的性能最好，特別是干摩擦性能提高明顯，達3倍多。
2. 3納米塑料的結(jié)構(gòu)表征納米塑料的性能與納米粒子在聚合物基體中的分散水平有密切的關(guān)系，因此，只有在準(zhǔn)確詳細(xì)地表述納米粒子的各種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，才能實現(xiàn)納米塑料性能的有效描述。
一般采用掃描電子顯微鏡( SEM )、透射電子顯微鏡( TEM)、X射線衍射( XRD)和超細(xì)粒度分析儀( T SM )觀察分析納米粒子的分散情況以及表面形貌;采用廣角X射線衍射( WAXD)、差示掃描量熱法( DSC)、小角激光散射( SALS)等分析方法研究納米復(fù)合材料的結(jié)晶行為;采用浸濕角來表征填充材料表面改性前后或者基體樹脂改性后對浸潤性的影響;采用紅外光譜法( IR)、X光電子能譜法( XPS)來表征材料中官能團或者化學(xué)鍵的存在及其相對含量。性能表征的內(nèi)容包括力學(xué)性能和熱性能等。其中，力學(xué)性能包括動態(tài)力學(xué)試驗和微觀力學(xué)試驗等。
動態(tài)力學(xué)試驗有動態(tài)熱機分析( DMA)和動態(tài)疲勞試驗;微觀力學(xué)性能試驗有單絲拔出試驗、拉伸樣條試驗和頂出試驗等。熱性能表征采用差示掃描量熱法( DSC)和差熱分析法( DTA) ，以測得納米塑料的玻璃化溫度、熔點、熱氧化行為、結(jié)晶行為以及熱降解行為等。
3結(jié)束語
納米塑料作為一種全新且發(fā)展迅速的新材料，有著極其廣闊的市場前景，它拓寬了高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，雖然人們對納米塑料領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了一定的成就，但仍處于初級階段，還有許多問題需要進一步解決，比如，納米無機粒子在聚合物基體的均勻分散問題、納米復(fù)合材料的界面黏結(jié)問題以及納米塑料的制備方法和結(jié)構(gòu)性能表征尚不完善等。我國納米塑料的研究同樣也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因此開發(fā)新型納米塑料并使之工業(yè)化，充分利用我國現(xiàn)有資源，改造傳統(tǒng)塑料工業(yè)，將是我們今后努力的方向。
