纳米技术在高分子材料改性中的应用

2019-11-28李小朋

商品与质量 2019年45期

李小朋

河南中喷天润实业有限公司河南商丘 476900

1 纳米技术概述

1.1 纳米技术定义

纳米一词相信大家都不陌生，作为一种长度单位，主要是宏观与微观世界中大小与长度的衡量单位。而纳米技术是指在纳米量级范围内，对分子或者原子进行加工和操纵的技术。该技术是利用单个原子或者分子来制造物质的技术，利用纳米科学研制新材料、新器件、新工艺方法。纳米技术也被称之为毫微技术，这种技术具有较强的学科交叉性，研究的领域和内容也十分广泛，在材料备制、计算机、医学、航空等领域都有涉足。

1.2 纳米技术特性

正如人们所知，在材料领悟中纳米是最先进、最有价值的材料之一。纳米粒子存在于原子簇和宏观物体之间，颗粒半径在0.5-5nm之间，表面和界面效应较强。由于人的眼睛只能辨别微米级别的粒子，因此通过眼睛人类无法看到纳米粒子。现阶段，纳米材料在航空、生物、陶瓷等行业被广泛的应用。根据之前论述，可以看出纳米技术即具备一定的物理特征也具备一定的化学特征。

当代科学技术的快速发展，为纳米技术的发展创造了一定的条件，促进了纳米技术的升级和优化，因此，现阶段纳米技术的物理性质和化学性质也在原有的基础上不断的增加。而将纳米技术应用在高分子材料性能改善中，可以有效的提高高分子材料的使用性能[1]。

2 纳米技术在高分子材料改性中的应用原理

自从纳米技术在国际NST会议上正式提出以来，纳米技术在各个领域内被广泛的应用，并收获了大众一致认可。在我国社会发展的过程中，经济水平得到了大幅度提升，现代工业建设的发展也得到了国家和社会的大力支持，与此同时工业企业需要的高分子材料的数量在不断的增加，对高分子材料的性能要求也在不断的上升。因此，将纳米技术应用到高分子材料改性中是工业生产发展的必然趋势。研究发现，将不同材料类型的纳米粒子应用到高分子材料中时存在差异性，而纳米粒子的表面和体积以及宏观粒子隧道效应会影响高分子材料改性的效果。在高分子材料发生改性的实际过程中，无论是纳米粒子还是高分子粒子都会发生一定的物理反应，使高分子链中的作用力得到转换。当纳米粒子和高分子材料发生化学反应时，纳米粒子表面会聚集一定数量的原子，这时就会发生隧道效应，使纳米粒子出现活性位置以促进化学键的建立，进而改善高分子材料的性能。在将纳米技术应用到高分子材料改性中时，需要技术人员严格把控纳米粒子的直径，通过调整纳米粒子直径的大小可以获取到更加优质的产品，此外纳米技术在高分子材料性能的优化和升级中也具有一定的积极作用[2]。

3 纳米技术在高分子材料改性中的应用

3.1 纳米技术在塑料改性工作中的应用

在塑料高分子材料中应用纳米技术可以使塑料的性能得到增强，同时还能够使塑料具有全新的性能。首先，应用纳米技术对塑料进行改性，可以使塑料的致密感得到增强。其次，制造薄膜塑料时还可以提高薄膜的透明度，使薄膜的韧性和强度得到进一步优化。然后，纳米技术还可以使塑料的抗老化能力得到提高。纳米二氧化硅和二氧化钛混合后与塑料进行有机融合后可以吸收大量的紫外线，有效的延缓塑料出现老化问题。最后，在塑料改性中应用纳米技术还可以使塑料实现功能化方向发展。例如：抗菌能力高的纳米粒子可以增强塑料的抗菌能力，纳米氧化锌可以提高塑料的抗静电能力。

以纳米技术在塑料管材中的应用为例进行详细说明。利用纳米碳酸钙对塑料管材进行填充时，可以通过设相应的对比实现来验证。实验结果表明：在聚氯乙烯塑料制品中，加入2%-5%的纳米碳酸钙可以提高塑料制品的刚性、耐内压性能和抗低温冲击性能。除此之外，纳米氧化铝粉对塑料管材的改性也有一定积极作用。在矿用瓦斯抽放管中加入适量的氧化铝粉，可以降低聚氯乙烯塑料制品的无焰燃烧时间，使产品抗外力冲击能力得到有效的提高。最后，实验的数据显示：加入4%的纳米碳酸钙可以使PP制品的拉伸强度提升20%。

3.2 纳米技术在橡胶改性工作中的应用

众所周知，在高分子材料中橡胶是重要的组成部分，并且橡胶在各个领域中都得到了广泛的应用。在将纳米技术应用到橡胶改性工作中，可以通过添加碳黑纳米粒子使橡胶的强度和耐磨性得到有效的增强。但在这一过程中，需要相关技术人员对纳米碳黑粒子的尺寸进行严格把控，研究表明纳米碳黑粒子的尺寸与橡胶的耐磨性成反比例关系，也就是说粒子尺寸越大橡胶耐磨性越差。其次，纳米技术可以提高橡胶的色泽，当使用纳米碳黑粒子生产橡胶时，橡胶的颜色是黑色，但利用纳米技术可以将黑色的橡胶改变成其他颜色。最后，纳米氧化硅可以与橡胶结合形成立体网状结构，进而可以提高橡胶的韧性和弹性，同时还能够提高橡胶的抗老化能力[3]。

此外，纳米二氧化硅可以提高紫外线的反射率。实验研究表明：纳米二氧化硅可以使波长小于499nm紫外线的反射率增加到70%-80%，具有一定屏蔽紫外光的作用。

3.3 纳米技术在化学纤维改性工作中的应用

将纳米技术应用到化学纤维改性工作中，可以使化学纤维的各种性能都得到改善和优化。首先，通过添加二氧化钛可以使化学纤维的抗紫外线能力得到提高。日常生活中人们使用的遮阳伞就是应用了该项纳米技术。其次，添加纳米氧化锌和二氧化硅可以使化学纤维具有除臭和净化的作用。然后，添加纳米氧化锌可以使化学纤维具有防紫外线和抵御细菌的功能。最后，将金属类纳米粒子添加到化学纤维中，可以使化学纤维有效的规避静电。