纳米材料的进展及其在塑料中的应用

纳米材料的进展及其在塑料中的应用

乐松

（武汉东湖学院15级生命科学与化学学院，430200）

摘要：近年来，随着对纳米技术的研究不断深入，纳米材料已广泛应用于生产生活的许多方面。国内外的纳米技术在塑料方面的应用进展均取得了良好的突破，运用纳米技术制造改性塑料的方法也多种多样，极大地拓展了塑料制品在其他方面的可用性。本文介绍了改性塑料常见的几种制取方法，进而概括了塑料制品在纳米技术下的性能特点等，说明了纳米材料在未来拥有极大的发展空间。

关键词：纳米材料；塑料；应用

引言：

纳米材料是指材料的颗粒尺寸处于100nm以内的超精细材料，由于其独特的小尺寸效应及体积效应等特性，它具有其他普通材料无法比拟的性能特点，而这一点也是纳米材料得到广泛应用的原因之一。纳米材料拥有的特点使它成为了21世纪最有前途的材料之一，纳米材料在塑料制品、金属制品等领域的应用，改变了材料在光学、力学方面的特性，使材料的阻隔性、导电性，光学性能等均有提升，从而使多功能的聚合型材料适用于更广阔的领域。

一、纳米材料在塑料制品中常见的应用处理方法

（一）溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法是一种制备纳米级复合材料的方法之一，需要将金属化合物以及盐类溶解于溶剂之中，通过水解反应生成溶胶，进一步制备纳米级溶胶，干燥后处理形成纳米材料。该制备方法制备的纳米级复合材料具有以下特点：无机物与有机物的筛选较为容易操作；可通过控制材料中各个部分的材料比例，制备有着预期特性的塑料制备材料；制备的条件温度要求不高，材料的纯合度较高。不过该方法存在一些缺陷也是需要技术人员了解的，其主要的问题在于：凝胶干燥过程中由于溶剂的挥发特性，导致材料的性能受到一定程度的影响；无机组仅仅只由二氧化钛以及二氧化硅；因溶剂不合适的问题，PP、PE等常见纳米材料的制备较为困难。该方法虽有一定的缺陷，由于该方法的各项操作技术较为成熟，因此在纳米塑料的研发应用范围较广[1]。

（二）插层法

插层法是运用层状无机物包括石墨、云母以及技术氧化物等作为原材料、将有机单相与无机单相相结合制备纳米复合材料的一种制备方法。按照插层的不同形式可以将插层法分为下面三种常见的插层法，即插层聚合法、溶液插层法、以及溶体插层法。其中由于溶液插层法需要除去大量的溶剂不利于环境保护工作因此应用不如其他两种方法广泛。其中运用插层聚合法研制的PE、PET等材料技术方法相对成熟，已经投入工业生产[2]。无论是哪种该方法，其制备的纳米材料具有相似的特性以及功能。另外，溶体插层法由于具有极大的环保性受到人们欢迎程度逐渐上升。

（三）直接生成法

直接生成法也叫作共混法，其是制备纳米塑料材料方法中运用较为广泛的一种，其也是最简单的制备方法。具体操作是先要合成不同形态的纳米粒子、再通过溶液、乳液、熔融物等与有机聚合物混合直接形成纳米复合材料。因第一步是先要合成纳米粒子、需要解决纳米粒子团聚的问题，以便使粒子在溶液中均匀分布、混合的程度更加充分。为了避免团聚，常用的方法包括了局部活性改性、机械化学改性、外膜层改性等方法。直接生成法的特点是工艺较为简单、粒子的各种特性控制起来较为简便，可通过控制条件获得预期的纳米材料。

二、纳米材料塑料的性能特点

通过不同的纳米材料制备方法，应用纳米材料改性之后的塑料与传统塑料制品相比，具有优异的力学性能、化学性能、光学性能以及可塑性能。

（一）高阻隔性及高阻燃性

高阻隔性的体现可以聚合物纳米材料为例，由于聚合物集体与片层良好结合，改性后的塑料制品有着良好的气体阻隔性。在PI/蒙脱土纳米复合材料之中，加入蒙脱土后，其气体通过率以及水蒸气的通过率降低了。高阻燃性可以PA6/粘土纳米复合材料为例，粘土成分的提高使得热量峰值下降许多[3]。

（二）强度高及耐热性好

由于纳米材料能够将无机物的刚性以及强度特性与塑料聚合物结合起来，因此纳米材料塑料制品具有了综合的特性。并且纳米材料改性塑料相比传统塑料密度较小，但是强度却更高，质量的减少方便了运输以及应用。

（三）优良的加工性能

纳米材料改性塑料是将纳米材料填充到聚合物之中，由于材料的尺寸问题，因此熔体强度高、结晶速度快，加工性能较为良好。如注塑制品、单纤维纺丝制品等加工流程复杂的制品制作就用到了PA6纳米复合材料，这在一定程度上解决了传统塑料材料难以加工的问题。

（四）纳米塑料改性塑料的结构表征方法

由于纳米材料具有尺寸效应，因此想要在聚合物集体中加入纳米材料难以达到预期分散水平，预期分散水平难以达到相应标准，那制备的纳米材料就无法拥有预期的性能特性，很难实现质的变化。分析表征方法能够探究纳米材料与聚合物集体的性能关系，因此采用何种分析方法对于纳米材料的制备工作尤为重要，目前运用扫描电子显微镜、原子力显微镜等观察纳米粒子的分散情况；运用差示量热法、小脚激光散射等分析方法探究结晶的特点[4]。

四、结束语

综上所述，纳米材料是21世纪一种全新的应用材料，其制备方法多种多样。由于不同的制备方法制备的纳米材料具有不同的特性，因此关于制备方法的选择就显得尤为重要了。需要注意的是纳米材料分散状态与其特性具有不可分割的直接关系。另外，纳米材料钙素塑料的研究还处在探索阶段，许多方法与流程都不是统一的，因此还需要进一步研究，才能将纳米材料在塑料方面的应用实现工业化生产。

参考文献

[1]周婉茹,马晓军.纳米材料增强生物塑料聚羟基脂肪酸酯的研究进展[J].林业机械与木工设备,2017(2):15-19.

[2]戴宏民,戴佩华.非石油基食品包装降解塑料的研发进展及应用[J].包装工程,2016,(3):18-24.DAIHong-min,DAIPei-hua.ResearchProgressandApplicationofNonpetroleum-basedDegradablePlasticFoodPackaging.PackagingEngineering,2016(3):18-24.

[3]李博文,韩青,代英杰.紫外纳米屏蔽材料的研究及应用进展[J].当代化工,2017,46(12):2583-2586.

[4]张伟,李莉.氧化硅气凝胶隔热复合材料在建筑节能应用中的研究进展[J].塑料工业,2016,44(5):10-14.