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纳米塑料制备原料蒙脱土简介 |
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| 纳米塑料制备原料蒙脱土简介 |
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| 作者:佚名 文章来源:不详 点击数: |
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纳米塑料是指用层状硅酸盐作为分散相,利用插层聚合、熔融插层等特殊工艺方法制备的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。层状硅酸盐主要来源于天然蒙脱土,故又称聚合物/粘土纳米复合材料。纳米塑料一词主要出现于工业性和商业性杂志中。中科院化学所工程塑料国家重点实验室漆宗能教授说,蒙脱土的基本单元结构片层厚约1NM,长宽约10NM,用插层聚合等工艺所制备的纳米复合材料形成特殊的“纳米马赛克”结构,类似在有机聚合物基体上贴上了一层无机纳米马赛克,具有一般塑料所不具备的优异性能,特别是气体阻隔性和熔体粘度反常下降。
利用蒙脱土具有离子交换反应特性制备有机化蒙脱土,有机蒙脱土能进一步与单体或聚合物熔体反应,在单体聚合或聚合物熔体混合的过程中原位生成纳米尺度的结构片层,均匀分散到聚合物基体中,从而形成纳米塑料。纳米塑料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及耐腐蚀性完美地结合起来,是典型的轻质高强材料。插层复合技术在传统工艺基础上不需要新的投资,环境友好,易工业化。
20世纪80年代末,日本首先发明了两步法制备尼龙-6/蒙脱土纳米复合材料。随后,美国康奈尔大学和宾西法尼亚大学等进行了系统的理论研究。美国于1995年成立NANOCOR公司,开始聚合物/粘土纳米复合材料的工业化试制。中科院化学所于1993年在国家基金委、“863”新材料专家委员会和科技部等项目资助下,开始了纳米塑料的系统研究,到2000年已成功地开发出了以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、硅橡胶、聚苯胺、聚氨酯等为基材的一系列纳米塑料,申请专利13项,其中公开专利8项,授权5项,纳米超高分子量聚乙烯(N-UHMWPE)管项目通过省级鉴定,获得河北省科技进步二等奖,2000年成立了北京联科纳米材料有限公司,部分产品已出口日本。纳米PET在燕山石化聚酯厂成功地进行了工业化放大,完成了部分产品的工业化应用。
纳米塑料中用作纳米无机相材料的蒙脱土(MMT),是我国丰产的一类天然粘土矿物,是一种层状硅酸盐。其结构片层是纳米尺度的,包含有三个亚层,在两个硅氧四面体亚层中间加含一个铝氧八面体亚层,亚层之间通过共用氧原子以共价键连接,结合极为牢固。整个结构片层厚约1NM,长宽约100NM,由于铝氧八面体亚层中的部分铝原子被低价原子取代,片层带有负电荷,过剩的负电荷靠游离于层间的NA+、CA2+和MG2+等阳离子平衡,因此容易与烷基季胺盐或其他有机阳离子进行离子交换反应生成有机化蒙脱土,有机化蒙脱土成亲油性,并且层间的距离增大,因此有机蒙脱土能进一步与单体或聚合物熔体反应,在单体聚合或聚合物熔体混合的过程中剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散到聚合物基体中,从而形成纳米塑料。这种插层复合技术是基于在传统工艺基础上的技术革新,不需要新的高昂设备投资,工艺简单,操作方便,环境友好,特别适合于聚合物改性,容易实现工业化生产。
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