摘要：阐述了纳米材料在塑料改性中的显著效果及其分散措施，同时也指出了纳米材料在塑料改性中应用的困难。作者认为，将纳米材料制成母粒料，纳米材料才能在塑料改性过程中有着广泛的工业化应用前景。前言　　　　　纳米粒子是指线度处于1~100nm之间的粒子的聚合体，是处于该几何尺寸的各种粒子聚合体的总称。这是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的材料，即组成或晶粒在任一维上尺寸小100nm的材料。纳米材料有三个层次：纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。本节主要阐述纳米粒子(微粒)。纳米技术本身就是通过改变材料的尺寸，使其有效面积增加进行挖掘、改变材料的力学、光学、电学、磁学以及生物学特性。　　 　　由于纳米粒子的颗粒尺寸很小，表面积与体积的比例随之增大，常引起物理化学性质的突变。纳米粒子基本的特性(共性)表现为如下四方面：(1)小尺寸效应，(2)表面效应，(3)量子尺寸效应，(4)宏观量子隧道效应。这一系列效应导致了纳米粒子在光学性质、催化性质、化学反应性、磁性、熔点、蒸气压、相变温度、烧结、超导及塑性形变等许多方面都显示了特殊的性能。　　　　　纳米材料的个性表现在如下四个方面：(1)化学活性。纳米粒子的表面原子数很多，使得纳米材料具有极高的化学活性。纳米粒子的表面原子所占比例大，有极高的化学活性，所以，吸附能力强。由于表面效应的影响，纳米粒子表面活性中心数多，催化效率高。(2)热学性能。熔点显著降低。(3)光学性能。纳米金属粒子大都近乎黑体，表现出对可见光的极低的反射率和强吸收率。(4)磁学性能。纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍，而饱和磁矩是普通金属的一半。1　纳米塑料制备及其性能　　　　　　纳米材料的应用非常广泛，现已进入到电功能材料、磁功能材料、光功能材料、超导材料、智能材料、储氢材料、生物医学材料、组织(如细胞组织、皮肤组织)工程材料、纳米药载物体、功能膜、功能陶瓷、功能纤维和纳米塑料各个领域。纳米塑料是指金属、非金属和有机填充物以纳米尺寸分散于树脂基体中形成的树脂纳米复合材料。纳米塑料具有高强度、高耐热性、高阻隔性、高阻燃窒息性、良好的热稳定性、良好的导电性或各向异性以及可加工性等优点，因此，被广泛应用。在树脂基纳米复合材料中，加入的填料分散相为纳米材料。这是当前塑料改性领域中热门的课题。　　　　按照塑料中加入的纳米材料的不同，可将纳米塑料分为无机纳米塑料和有机纳米塑料。在塑料中加入无机纳米材料形成无机纳米塑料，如加入纳米级CaCO3、ZnO、TiO2、Cu、SiO2等可达到改善塑料性能和增加塑料特殊功能的效果。无机纳米粒子由于价格低廉，对聚合物能同时起到增韧和增强作用，而且制得的复合材料无各向异性等优点。现举例如下：　①以EP为聚合物基体，纳米SiO2填充量为3％时，材料的拉伸弹性模量提高370％，拉伸强度提高44％，冲击强度提高878％。　②纳米Al2O3可作为乳液聚合的种子，将乙酸乙烯酯在其表面聚合，得到聚乙酸乙烯酯／Al2O3体系，其热分解温度从197℃提高到300℃。将纳米Al2O3粒子分散在苯乙烯单体中，通过室温填充本体聚合制PS／Al2O3复合材料，不仅耐热性提高，而且，Al2O3纳米粒子还起到增强增韧作用。　③纳米级CaCO3用其质量份数的1．5％经稀释过的铝酸酯偶联剂在研钵中研磨1h，再与PVC树脂及助剂在高速混合机中于120℃下捏合10min，出料后在175℃时在开炼机上塑炼8min，在压力机上热压成片。当纳米级CaCO3用量为10％时，拉伸强度出现最大值，为纯PVC的123％；且缺口冲击强度出现最大值(16．3kJ／m2)，为纯PVC的313％。④将经过表面处理的纳米CaCO3粒子加入HDPE，经混炼制成母料，经挤出造粒，最后注塑样条。纳米级CaCO3粒子与HDPE树脂有一定的相容性，能起到增强增韧作用。表面处理能使CaCO3粒子在基体树脂分散均匀，大大地减少了CaCO3粒子的用量，一般认为在4~6％，其冲击强度比基体提高一倍。　⑤纳米级CaCO3经过适当的表面处理，填充PP能起到增韧作用。纳米级CaCO3对PP的增韧类似于无机刚性粒子对聚合物增韧行为。　⑥通过插层聚合制得的PA／蒙脱土纳米复合材料，其力学性能和热稳定性与纯PA6相比有显著提高，具有高强度、高模量、高热变形温度等良好性能的材料。　⑦纳米SiO2粒子在EP塑料中的改性效果也很好。EP最大的缺点是固化物的脆性大。借助于偶联剂的作用，采用原位聚合法制得了EP／纳米SiO2复合材料。偶联剂与树脂的最佳用量比为5：100(重量比)，纳米SiO2与树脂的最佳用量比为3：100，复合材料的增强增韧效果较好。⑧经用钛酸酯偶联剂表面处理的纳米TiO2对HIPS废料具有较好的改性效果。纳米级TiO2粒子对HIPS废料具有增韧、增强和提高断裂伸长率的效果，当其含量为1％左右时，材料的力学性能最佳；纳米TiO2对马来酰亚胺的固化具有催化作用：固化放热向低温移动，峰终温度下降的度数最大约60℃。　　综上所述，纳米材料在塑料中改性效果显著，潜力很大，前景十分乐观。然而，纳米材料在塑料改性中的应用并未进人工业化生产，其根本原因是纳米材料在塑料中分散均匀很困难。根据现在的情况来看，比颜料在塑料中分散还要困难。由于纳料的颗粒太细，因此，这些细微的颗粒能迅速团聚成大的颗粒。 中国传媒资讯网