聚酯纳米复合材料研究的进展

收稿日期:2002208205;修回日期:2002208229。作者简介:王成云(19692),男,湖南新化县人,高级工程师,理学博士,从事材料研究及仪器分析工作。聚酯纳米复合材料研究的进展王成云1,龚丽雯2,张伟亚1,杨左军1,钟莹1(1.深圳出入境检验检疫局,广东深圳518045;2.深圳市龙岗区自来水有限公司,广东深圳518115)摘要:利用纳米粒子对高分子材料进行改性可以使其性能更加优异。介绍了共混法、插层复合法等聚酯纳米复合材料的制备方法,讨论了纳米粒子改性聚合物的增韧机理,并对聚酯纳米复合材料的研究进展进行了评述。关键词:聚酯;复合材料;纳米级中图分类号:TQ323.41文献标识码:A文章编号:100828261(2003)01200102030前言纳米粒子平均粒径小、比表面积大、表面能高,因而显示出独特的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等特性,具有许多常规材料不可能具有的性能。用纳米材料对聚合物进行改性是近年来发展起来的一项新技术,与传统的聚合物增强增韧改性方法相比,纳米技术不但能全面改善聚合物的综合性能,还能使聚酯具有奇特的性能,为聚合物的增强增韧改性增添了新的途径[1]。近年来,人们利用纳米技术对聚酯进行改性,大大提高了聚酯的性能,使其得到更加广泛的应用。1聚酯纳米复合材料的制备方法聚酯可分成饱和聚酯和不饱和聚酯两大类,聚酯纳米复合材料通常采用共混法和插层复合法制备。采用共混法制备聚酯纳米复合材料时,首先合成出各种形态的纳米粒子,再通过溶液共混、乳液共混、熔融共混、机械共混等方式与有机聚合物混合。共混法的优点是纳米粒子与材料的合成分步进行,可控制纳米粒子的形态、尺寸,不足之处是由于纳米粒子很容易团聚。为使纳米粒子在基体中以原生粒子的形态均匀分散,共混前必须对纳米粒子进行表面处理,或在共混时加入分散剂。也可以采用超声波辅助分散,但效果不是很明显。插层复合法主要用于层状硅酸盐/聚合物纳米塑料的制备,包括插层聚合法和聚合物插层法,分别得到剥离型和层状结构的纳米塑料。插层聚合法是将有机单体插入黏土层间,然后就地引发单体聚合获得纳米塑料,该方法制备的纳米塑料可用挤出注塑的方法进行加工成型,是最具工业前景的纳米复合材料制备方法。聚合物插层法将聚合物熔体或溶液与层状硅酸盐混合,利用物理、化学或热力学作用使硅酸盐片层间距增大,聚合物深入片层间形成纳米塑料。插层法工艺简单,原料来源丰富,价格低廉。片层无机物只是一维方向上处于纳米级,粒子不易团聚,分散也较容易[2]。该方法的关键是片层物插层前的处理。插层法制备的纳米塑料中,聚合物分子被束缚于无机物夹层中,其玻璃化温度大大提高。聚合物/黏土纳米塑料除具有黏土优良的强度、尺寸稳定性、热稳定性外,不透水、不透气的无机夹层使它具有一定的阻隔性、自熄性,并显示出各向异性。纳米粒子的小尺寸效应和高强性,会大大提高纳米塑料的表面光洁度,减少摩擦因数。2纳米材料对聚酯纳米复合材料的增韧增强机理纳米材料对聚合物增韧增强的机理是[3]:因为纳米粒子均匀地分散在基体中,当基体受到外力作用时,粒子周围就会产生应力集中效应,引发基体树脂产生微裂纹,吸收能量;由于纳米粒子比表面积大,表面能高,与基体树脂的黏接强度高,在外力作用下,粒子易引发更多的微裂纹而不脱黏,从而吸收更多的能量;此外,在纳米材料的晶界区,由于扩散系数大且存在大量的短程快扩散路径,受外界冲击时,粒子之间可以通过晶界区的快扩散产生相对滑动,使初发的微裂纹迅速弥合,从而提高材料的强度和韧性,达到增韧的目的;当粒子的加入量达到某一临界值时,粒子之间过于接近,在外力作用下,粒子引发的微裂纹易发展为宏观破坏而开裂。3聚酯纳米复合材料研究的进展3.1饱和聚酯纳米复合材料研究的进展第16卷第1期2003202聚酯工业PolyesterIndustryVol.16No.1Feb.2003©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net饱和聚酯一般指聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),是一类常用的工程塑料,其中又以PET最为常用。PET主要用于生产聚酯纤维(涤纶)、工程塑料、薄膜、容器等,广泛应用于化纤、轻工、机械、电子、食品包装等工业领域。日本仓螺公司将ZnO纳米粉掺入异形截面的聚酯纤维中,开发出防紫外纤维[4],该纤维除防紫外线外,还有抗菌、消毒、除臭的功能,可用于制造手术服、护士服,还可用于制造内衣、外装、鞋、帽、袜、浴巾、帐篷、日光伞、夏日装、农用工作服、运动服等,产品不仅在日本市场热销,并远销欧美和中东地区。李毕忠等[5]也进行了抗菌纤维的研究,开发了具有优良的化学物