纳米二氧化硅在高分子基复合材料中的应用现状.doc

纳米二氧化硅在高分子基复合材料中的应用现状
(The application status of nano silicon dioxide in polymer posites)
程张祥
(中国地质大学(北京)材料科学与工程学院10031021班1003102112)
Zhangxiang Cheng
(China University of Geosciences(Beijing),School of Materials Science and Engineering,Class10031021,Number1003102112)
摘要:根据四大高分子材料的分类为主干,详细介绍纳米二氧化硅在塑料、橡胶、纤维、涂料等高分子基材料的应用情况,纳米二氧化硅对各种材料的性能的提升作用进行说明,对改性后的复合材料性能做个评价。
关键词:纳米二氧化硅;聚乙烯改性;改性丁苯橡胶;尼龙66改性
引言:
纳米科学技术是20世纪80年代末期诞生并迅速崛起的新科技,纳米粒子是指具有纳米数量级(10-9m), 尺寸范围在 1~100 nm 的超细颗粒。纳米粒子基本涵义是1~100nm范围内认识、改造自然,通过直接操作和安排原子、分子创造新物质[l]。纳米SiO2
为无定型白色粉末,是一种无味、无毒、无污染的非金属材料。因其具有比表面积大、密度小和分散性能好等特性,常被用作高效绝热材料、催化剂载体、气体过滤材料和高档涂料的填料等。其微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构。同时纳米SiO2又像其它纳米材料一样,表面都存在不饱和的残键以及不同键合状态的羟基,表面因缺氧而偏离了稳态的硅氧结构,纳米 SiO2具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和特殊光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象,以及在高温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性,纳米SiO2可广泛应用于各个领域,具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。例如:纳米二氧化硅在橡胶、塑料、涂料、纤维、生物技术等领域有着广泛的应用,利用纳米 SiO2补强和抗色素衰减的特性,将其分散在橡胶中,从而改变传统橡胶的单一黑色,使制出彩色橡胶成为可能;利用纳SiO2透光、粒度小的特性,可使塑料变得更致密,使塑料薄膜的透明度、强度、韧性和防水性能大大提高;利用纳米 SiO2的特性可提高涂料抗老化性能,且其悬浮稳定性、流变性、表面硬度、涂膜的自洁能力也都有显著改善;利用它的特性可制成杀菌、防霉、除臭、抗静电和抗紫外线辐射的布料,用于制作抗菌衣物和强烈紫外线照射地区的着装
,满足医疗和国防的需求;利用它的特性可制出纳米药物载体、纳米抗菌材料、纳米生物传感器、纳米生物相容性人工器官以及微型智能化医疗器械等,这将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用。因此,纳米SiO2具有很高的活性,并有许多特殊的诸如光学屏蔽等性质,因而具有很广泛的用途[2]。
1纳米二氧化硅对聚乙烯力学性能改性
聚乙烯的结构与性能
聚乙烯的一C一C一链是柔性链,且是线性长链,无极性基团存在,分子链间引力较小;聚乙烯的分子链具有良好的柔性,可以反复折叠并整齐堆砌排列成结晶,聚乙烯分子链含有支链,聚乙烯种类不同,支链也有很大的不同,支链越多,含有的CH3一越多"低密度聚乙烯分子链上的每1000个碳原子含有20一30个CH3一,高密度聚乙烯分子链上,每1000个碳原子含有5一7个CH3一,而线性低密度聚乙烯分子链上的CH3一更少。所以,低密度聚乙烯比高密度聚乙烯含有更多的支链。另外,低密度聚乙烯中除了含有乙基、丁基这样的短链,还含有长支链,这些长支链长度可以接近甚至超过原来的主链,这使得低密度聚乙烯具有更宽的分子量分布,支链的存在影响了分子链的反复折叠和紧密堆砌,导致结晶度减小,密度降低[3]。
聚乙烯无臭、无味、无毒,外观呈乳白色的蜡状固体。其密度随聚合方法不同而异。聚乙烯块状料是半透明或不透明状,薄膜是透明的,透明性随结晶度的提高而下降。聚乙烯膜的透水性低但透气性较大,比较适合用于防潮包装。聚乙烯易燃,%,是最易燃烧的塑料品种之一。聚乙烯的力学性能一般,从其拉伸时的应力——应变曲线来看,聚乙烯属于一种典型的软而韧的聚合物材料。聚乙烯拉伸强度比较低,表面硬度也不高,抗蠕变性差,只有抗冲击性能好这是由于聚乙烯分子链是柔性链,且无极性基团存在,分子链间吸引力较小,但是由于聚乙烯是结晶度比较高的聚合物,结晶部分发结晶结构,即分子链的紧密堆砌赋予其一定的承载能力,所以聚乙烯的强度主要是结晶时分子的紧密堆砌程度所提供的。聚乙烯的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决于聚合物的化学结构和加工条件。所以不同聚合法聚乙