納米科技概論第八

1、納米科技概論課件第八第1頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二錄像：在納米上奔跑納米塑料 因此，納米塑料是一種全新的高技術(shù)新材料，具有極為廣闊的應(yīng)用前景和商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值，“納米塑料”已成為納米技術(shù)最早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)之一。第2頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二一、納米塑料的制備方法 層狀無(wú)機(jī)物（如粘土、云母、五氧化二釩、三氧化二錳層狀金屬鹽類等）在一定驅(qū)動(dòng)力作用下能碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，其片層間距一般為納米級(jí)，可容納單體和聚合物分子。 插層復(fù)合法就是采用層狀無(wú)機(jī)物作為主體，有機(jī)單體作為客體插入無(wú)機(jī)物夾層間進(jìn)行原位聚合或聚合物直接插進(jìn)夾層間形成復(fù)合物。1

2、、插層復(fù)合法第3頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二一、納米塑料的制備方法1、插層復(fù)合法 第4頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 溶膠-凝膠技術(shù)是在聚合物存在的前提下，在共溶體系中使前驅(qū)物水解得溶膠；進(jìn)而凝膠化，干燥制成納米材料。一、納米塑料的制備方法2、溶膠-凝膠法第5頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 2、溶膠-凝膠法 溶膠-凝膠過(guò)程制備的納米塑料的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要有如下幾種結(jié)構(gòu)形式：一、納米塑料的制備方法第6頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 3、直接分散法 該技術(shù)是制備納米復(fù)合材料最簡(jiǎn)單的技術(shù)，適合

3、各種形態(tài)的納米粒子。一、納米塑料的制備方法 表面處理：為防止粒子團(tuán)聚，共混前要對(duì)納米粒子表面進(jìn)行處理。目前采用的表面處理方法有表面覆蓋改性、局部活性改性、外膜層改性、機(jī)械化學(xué)改性等。第7頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 3、直接分散法 該技術(shù)是制備納米復(fù)合材料最簡(jiǎn)單的技術(shù)，適合各種形態(tài)的納米粒子。一、納米塑料的制備方法 共混方式：就共混方式而言，又有溶液共混法、乳液共混法、熔融共混、機(jī)械共混等。共混技術(shù)將納米粒子與材料的合成分步進(jìn)行，可控制粒子形態(tài)、尺寸。第8頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 3、直接分散法 該技術(shù)是制備納米復(fù)合材料最簡(jiǎn)單的技術(shù)，

4、適合各種形態(tài)的納米粒子。一、納米塑料的制備方法 粒子的分散: 其難點(diǎn)是粒子的分散問(wèn)題，控制粒子微區(qū)相尺寸及尺寸分布是其成敗的關(guān)鍵。在共混時(shí)，除采用分散劑、偶聯(lián)劑、表面功能改性劑等綜合處理外，還應(yīng)采用超聲波輔助分散，方可達(dá)到均勻分散之目的。 第9頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 4、原位分散聚合技術(shù) 先使納米粒子在單體中均勻分散，然后進(jìn)行聚合反應(yīng)。一、納米塑料的制備方法 該法同共混法一樣，要對(duì)納米粒子進(jìn)行表面處理，但其效果要強(qiáng)于共混法。該方法既可實(shí)現(xiàn)粒子均勻分散，同時(shí)又可保持納米粒子特性，可一次聚合成型，避免加熱產(chǎn)生的降解，從而保持各性能的穩(wěn)定。第10頁(yè)，共29頁(yè)，202

5、2年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 作為工程材料，納米塑料與常規(guī)增強(qiáng)塑料（樹(shù)脂基復(fù)合材料）相比具有下述優(yōu)異的物理力學(xué)性能。 二、納米塑料的性能第11頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能1、高強(qiáng)度和高耐熱性 利用插層復(fù)合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)物基體與無(wú)機(jī)物分散相在納米尺度上的復(fù)合，所得的納米塑料能夠?qū)o(wú)機(jī)物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物的韌性、可加工性及介電性完美地結(jié)合起來(lái)。第12頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能2、高阻透性和阻燃窒息性 由于聚合物基體與粘土片層的良好結(jié)合和粘土片層的平面取向作用，納米塑料表現(xiàn)出良好

6、的尺寸穩(wěn)定性和很好的氣體阻透性。此外，有些納米塑料還具有很高的自熄性、很低的熱釋放速率（相對(duì)聚合物本體而言）和較高抑煙性，是理想的阻燃材料。第13頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能2、高阻透性和阻燃窒息性 納米尼龍6，當(dāng)粘土含量為5%時(shí)，其熱釋放速率的峰值（評(píng)價(jià)材料火災(zāi)安全性的關(guān)鍵因素）可以下降50%以上。 在一些實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)某些納米塑料還表現(xiàn)出很好的自熄性。把聚己內(nèi)酯硅酸鹽納米塑料和未填充的聚己內(nèi)酯放在火中30s，取出后納米塑料就停止燃燒，并保持它的完整性；與此相反，未填充的聚合物則繼續(xù)燃燒直至樣品被破壞。第14頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，1

7、0點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能3、納米塑料的阻隔性能 研究中已發(fā)現(xiàn)，納米塑料的阻隔性能也大大提高。例如：在聚己內(nèi)脂-蒙脫土體系中，納米材料的相對(duì)透過(guò)性和傳統(tǒng)的填充聚合物及未填充的聚合物相比，透過(guò)性顯著下降，并隨著蒙脫土含量的增加而迅速下降，即阻隔性能顯著上升。第15頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能4、納米塑料的熱穩(wěn)定性例如：聚二甲基硅氧烷（PDMS）-粘土納米塑料和未填充的聚合物相比，其分解溫度顯著提高，從400提高到了500。 硅酸鹽納米塑料在耐熱性和熱穩(wěn)定性方面也有顯著提高。第16頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米

8、塑料的性能4、納米塑料的熱穩(wěn)定性再如：在納米粘土尼龍（NCH）中，產(chǎn)物的熱變形溫度（HDT）提高了近一倍（NCH的為135160，純尼龍的為65），而且此時(shí)的粘土含量?jī)H為5%左右，隨著粘土含量的增加，HDT還會(huì)逐漸增加。 硅酸鹽納米塑料在耐熱性和熱穩(wěn)定性方面也有顯著提高。第17頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能 5、納米塑料的電性能 硅酸鹽納米塑料也可用作聚合物電解質(zhì)。對(duì)于聚環(huán)氧乙烷（PEO）電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，在熔點(diǎn)溫度以下，它的電導(dǎo)率從105Scml下降到108Scm1。這種明顯的下降是由于PEO形成了晶體，從而阻止了離子的運(yùn)動(dòng)，而插層則可以阻止晶體的生長(zhǎng)，

9、因此可以提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率。第18頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能 6、納米塑料的抗菌性能 抗菌性納米塑料是通過(guò)在塑料中添加抗菌劑的方法實(shí)現(xiàn)的。利用納米技術(shù)在塑料中添加少量的納米無(wú)機(jī)抗菌劑即可制得高效的抗菌塑料。 由于顆粒的減小，單位質(zhì)量的無(wú)機(jī)抗菌劑顆粒數(shù)增多，比表面積加大，而無(wú)機(jī)抗菌劑是接觸式殺菌，因而增加了與細(xì)菌的接觸面積，從而提高了抗菌效果。 第19頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能 6、納米塑料的抗菌性能 抗菌性納米塑料是通過(guò)在塑料中添加抗菌劑的方法實(shí)現(xiàn)的。利用納米技術(shù)在塑料中添加少量的納米無(wú)機(jī)抗菌劑即可

10、制得高效的抗菌塑料。 同時(shí)，由于抗菌劑的粒徑超細(xì)，依靠庫(kù)侖引力可穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁（大腸桿菌大約為600nm）進(jìn)入細(xì)胞體內(nèi)，破壞細(xì)胞合成酶的活性，細(xì)胞喪失分裂增殖能力而死亡。第20頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能 6、納米塑料的抗菌性能 抗菌性納米塑料是通過(guò)在塑料中添加抗菌劑的方法實(shí)現(xiàn)的。利用納米技術(shù)在塑料中添加少量的納米無(wú)機(jī)抗菌劑即可制得高效的抗菌塑料。 高效的納米抗菌塑料主要用于家用電器如電冰箱的門把手、門襯、內(nèi)襯等部件，洗衣機(jī)的抗菌不銹鋼筒、抗菌洗滌水泵、抗菌波輪等部件，醫(yī)用電器設(shè)備的外用的塑料制件等。第21頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，1

11、0點(diǎn)6分，星期二二、納米塑料的性能 7、納米塑料的各向異性特點(diǎn) 在尼龍-層狀硅酸鹽納米塑料中，熱脹系數(shù)就是各向異性的。在注射成型時(shí)的流動(dòng)方向的熱脹系數(shù)為垂直方向的一半，而純尼龍為各向同性的。第22頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 聚酰胺（俗稱尼龍，英文縮寫(xiě)PA）是工程塑料的一大品種，特別是其中的尼龍6（PA6），由于具有良好的物理、機(jī)械性能，例如拉伸強(qiáng)度高，耐磨性優(yōu)異，抗沖擊韌性好，耐化學(xué)藥品和耐油性突出，在五大工程塑料中應(yīng)用最廣。但是，普通PA6的吸水率高，在較強(qiáng)外力和加熱條件下，其剛性和耐熱性不佳，制品的穩(wěn)定性和電性能較差，使其在許多應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。三、典型納米塑

12、料1、尼龍6納米塑料第23頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 自從20世紀(jì)80年代中期日本學(xué)者臼杵有光首次報(bào)道采用插層原位聚合法制備高強(qiáng)耐熱的納米粘土/尼龍6以來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研人員對(duì)其進(jìn)行了大量的研究工作。中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的研究人員在納米蒙脫土/尼龍6的制備、結(jié)構(gòu)與性能方面取得了重大的研究進(jìn)展。三、典型納米塑料1、尼龍6納米塑料第24頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所工程塑料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用天然豐產(chǎn)的蒙脫土層狀硅酸鹽作為無(wú)機(jī)分散相制備PA6納米塑料（NPA6），該復(fù)合材料與純PA6相比具有高強(qiáng)度、高模量、高耐熱性、低吸濕性

13、、高尺寸穩(wěn)定性、阻隔性能好等優(yōu)點(diǎn)，性能全面超過(guò)PA6，并且具有良好的加工性能；三、典型納米塑料1、尼龍6納米塑料第25頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 由于該實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的PA6納米塑料具有優(yōu)異的性能及較高的性能價(jià)格比，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛?？捎糜谥圃炱嚵悴考?，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)等有耐熱性要求的零件，還可應(yīng)用于辦公用品、電子電器零部件、日用品等，此外還可用于制造管道等擠出制品。三、典型納米塑料1、尼龍6納米塑料第26頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）因其優(yōu)良的綜合性能而被廣泛地應(yīng)用于合成纖維、瓶和薄膜，但工程塑料用只占其總量的1.6%，因此開(kāi)發(fā)工程塑料級(jí)PET成為關(guān)注的焦點(diǎn)。PET作為工程塑料應(yīng)用存在三大制約因素：熔體強(qiáng)度差、結(jié)晶速度較慢、尺寸穩(wěn)定性差，因而不能滿足工業(yè)上快速注塑成型的需要。三、典型納米塑料2、PET納米塑料第27頁(yè)，共29頁(yè)，2022年，5月20日，10點(diǎn)6分，星期二 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的研究表明，當(dāng)無(wú)機(jī)組分以納米水平分散在PET基材中時(shí)，可顯著改善PET的加工性能及制品性能，開(kāi)發(fā)出了PET/蒙脫土納米復(fù)合材料NPET。三、典型納米塑料2、PET納米塑料第28頁(yè)，共29頁(yè)，2022