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聚合物无机纳米复合材料热点述评三

2021-07-23 来源:临汾农业机械网

聚合物/无机纳米复合材料热点述评(三)

2.1.2 n-MMT作为阻隔材料的功能

近年来美国RTP公司开发出一种PA5/n-MMT复合,n-MMT含量为3%-5%(质量),采用特殊的混合技术使n-MMT以纳米尺度均一地分散在PA6基体中,lg分散的n-MMT具有750m2的表面积使PA6/n-MMT复合材料对水份、各种气体和香料等物质有较强的阻隔作用,在阻隔型空容器吹塑中是替代美国Dupont公司Selar RB的理想材料。此外有消息报导美国Eastman化学公司和Namoco公司联手正在开发RET基的纳米复合包装材料,啤酒瓶是其主导市场之一。

天然的蒙脱土略呈淡黄色,这也是以纳米粘土为阻隔材料的包装或中空容器不能完全做成透明、无色制品的主要原因。有些PET/n-MMT的中空包装瓶,虽然其耐热性能满足巴氏消毒、灭菌、满足热灌装的要求,但瓶整体不透明,顾客看不清里面饮料的色泽,也极大损害了其商业价值。

最近报导,日本エニチカ公司已经成功地解决了这一难题。该公司用人工合成的方法制出的层状硅酸盐不仅白度好,不影响树脂的着色性能,而且合硅酸盐片层间的结合力可以根据需要调节,粒径的尺寸也可以随意变化。这也与当前报导的阴离子层状纳米材料一水滑石的制备是相似的。

2.1.3 杀菌、除臭及净化空气功能

一些纳米材料如锐钛型TiO 2具有较高的光催氧化能力,在紫外光作用下其价带上的电子被激发到导带,产生了自由电子-空穴对,它们使空气中的氧活化,产生活性氧和自由基、其反应历程如下:

TiO 2+hv → e-+h+

O 2+e → O 2(活性氧)

H 2 O+h → OH(自由氢)+H+

O 2+H → HO 2

这些活性氧和自由基具有很高的反应活性,当污染物吸附于表面时,就会与自由电子或空穴结合,发生氧化还原反应,从而达到了消除污染的目的。其反应历程如下:

NO 2+OH→HNO 3

NO+HO 2→HNO 3

利用上述原理制成的纳米催化涂料,经测定表明对氧化物、油脂、甲醛等物质有明显的催化作用。其中对氮氧化物的降解可达80%,对消除污染、净化空气可以起到很好的作用。

此外,纳米ZnO、SiO 2、TiO 2 还具有很强的抗紫外线、杀菌性能。 如在涂料中加入纳米SiO 2可使其寿命提高2倍多, 耐洗刷性由原来的1000多次提高到10000多次;日本帝人公司将纳米ZnO、纳米SiO 2混入化学纤维,可以使其具有除臭、净化空气功能;日本仓螺公司将纳米ZnO加入聚酯纤维中,可使其具有防紫外、抗菌、消毒、除臭功能等,可以用于制造床上用品、服装、手术服、绷带、病员衣服等。层状硅酸盐如蒙脱土一类有很高的远红外反射系数(R>85%),它们成为纳米尺寸分散于聚合物中,在成型过程中的片层取向,可使含5%MMT的PA、PP、PE纤维或膜的远红外系数值R>75%,成为物美价廉的远红外保健用品。至于目前广泛应用的无机抗菌剂(Ag、Zn、Cu等),纳米化后填加在塑料中,制成的所谓“纳米家电”、“绿色产品”,已经成为商业上炒作的热点。

2.2 聚合物/纳米石墨复合材料

2000年10月10日瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予三位科学家:美国的艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德和日本的白川英树,以表彰他们有关塑料的导电功能的发现,这足以说明导电聚合物对发展高新技术产业的重要性。聚合物/纳米石墨复合材料属导电复合材料,它们与上述的导电聚合物的原理和制备方法不同,但功能和作用却有很多相似之处。石墨是一种典型的层状(或鳞片状)化合物,层间没有可以交换的阳离子,不能够用制备n-MMT相同的方法进行插层化处理,再通过聚合或熔体插层、扩大层间距,制备纳米复合材料。陈国华、欧玉春、欧玉春等利用制备膨胀石黑的方法,即使鳞片状石墨经酸化处理产生一定的活性,再利用石墨在高温下C轴方向可以膨胀的特点制备出膨胀石墨。然后再通过聚合插层或其它方法使片状石墨粒子以纳米尺度均匀地分散在聚合物中,制备出具有导电功能的聚合物/纳米石墨复合材料。欲达到较高的导电水平,普通石墨粉的添加量要大于20%,而纳米石墨的添加量只要3-10%,就可以在聚合物中形成较好的导电网络、电阻率可降至1~10Ω·cm。下面例举了一些石墨添加量与复合材料电阻率相关性的例子。

(1)PA6/n-石墨复合物

(2)S-MMA/n-石墨复合物

如图所示,聚合物/n-石墨复合材料展示出了极其诱人的实验结果,少量n-石墨的加入就可可使复合材料的电阻率从10 16Ω·cm下降至10Ω·cm以内,且随n-石墨含量的增加,电阻率呈指数下降,从绝缘体-半导体、导体跨跃的阻值范围很宽,应在防静电材料,面状发热体材料、传感器元件和低阻导体领域有广泛的应用前景。

2.3 阴离子型层状结构纳米材料及其应用(略)

2.4 三元协同纳米界面材料

最近中科院纳米科技中心的科学家提出了“二元协同纳米界面材料”的概念,并在研制开发超双亲界面物性和超双疏界面物性新材料。研究表明,光的照射可引起TiO 2表面在纳米区域形成亲水性和亲油性两相共存的二元协同纳米界面材料,TiO 2表面呈现出奇妙的超双亲性。利用这一原理制作的新材料可以修饰玻璃表面和建筑材料表面,使其具有自洁功能和防雾效果。这类超双亲修饰剂用于纤维织物上,在洗涤时可以用清水替代化学洗涤剂达到清洁的效果。利用超双疏界面物性材料制备原理,在输油管的管道内壁将防静电功能材料建造成这种表面修饰层,则可实施石墨与管壁的无接触运输,无接触就无腐蚀、无磨损,就安全可靠了。 二元协同纳米界面材料是一新生事物,目前的应用领域主要在表面修饰剂上,其稳定性、持久性及商业价值将随着产品的商业化而逐渐为人们所认识。

作者: 王 德 禧

来源: (中国科学院化学研究所)

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聚合物无机纳米复合材料热点述评三

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