无机纳米材料改性聚丙烯研究进展
聚丙烯合成工艺简单、价格低，并且具有优异的机械性能、耐化学腐蚀性、耐热性、易加工成型等特点，因此广泛应用于化工、建材、家电、汽车等领域，成为产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大通用树脂。但无卤阻燃PP料本身有很多不足之处：主要是耐冲击性差，特别是耐低温冲击性差，高温刚度不足，韧度差等。因此对聚丙烯增强增韧是国内外十分重视的研究领域无卤阻燃PP料填充改性是提高其刚性和耐热性的*有效的手段，而聚丙烯(PP)通过与纳米材料共混来改善其强度、韧性是近年发展起来的一种新方法。
无机纳米粒子的表面改性
纳米材料是20世纪自然科学上的一大新发现。纳米材料是指颗粒尺寸在1～100 rfn的超细材料，这种特殊的结构使其具有了体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子效应、介电限域效应。这些效应引起它奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性等特性，使其广泛应用在航空、电子、化工等领域。但是由于纳米材料的晶粒小，表面曲率大等特点，所以存在于晶粒表面无序排列的原子数远大于晶态材料中表面原子所占的百分数，并且在同一纳米态晶粒内还存在各种缺陷，使其在常温下极易团聚。就填充聚丙烯(PP)而言，由于无卤阻燃PP料是非极性高聚物，而纳米粒子同之相比极性差异很大，相容性差。因此如果对纳米粒子不进行表面处理，将很难得到性能优良的聚丙烯(PP)／纳米复合材料。
纳米粒子的表面改性根据表面改性剂与粒子表面之间有无化学反应，可分为表面物理吸附、包覆改性、机械化学改性和表面化学改性。
表面物理吸附、包覆改性
无卤阻燃PP料表面物理吸附、包覆改性是指两组份之间除了范德华力、氢键相互作用外，不存在离子键或共价键作用。物理改性是靠电荷的吸引而凝聚，所以大小粒子的结合不牢靠，经常需要诸如包埋、吞没等后续处理，
按工艺不同，主要有以下几种：
沉积法改性利用有机或无机物在粒子表面沉积一层包裹层，以改变其表面性质
1)外膜层改性
在粒子表面包上一层其它物质膜，使粒子表面特性发生改变。一般在颗粒表面形成单粒子膜或多分子、多粒子层膜。其处理方法主要采取微乳液法或反胶束法。对纳米粒子的表面处理，通常与制备过程同步进行。
2)高能量法表面改性
无机纳米粒子表面有许多官能团，利用电晕放电、紫外线、等离子体放射线对粒子进行表面改性。这一方法的技术复杂、成本高，因此应用比较少。
3)机械化学改性
在粉碎过程中，利用机械应力对粒子表面进行激活，以改变其表面晶体结构和物理化学结构。由于晶格发生位移，内能增大，在外力作用下，填料表面与其它物质发生反应，达到表面改性的目的。机械法改性具有反应过程易控制，无卤阻燃PP料可连续批量生产等优点，但同时易造成无机粒子的晶型破坏，使包覆不均匀。王林江等用硬脂酸类改性剂对CaO：)3进行超细粉碎与表面改性一体化研究，结果表明，在机械力作用下产生的CAO33表面活性高，有利于提高改性效果 ；红外光谱分析表明，原碳酸根离子的特征峰明显加宽，红外光谱中也出现了改性剂中的亚甲基键的振动吸收。这一研究结果表明，CaO：)3粉体与改性剂之间进行了表面化学吸附反应。
4)表面化学改性
利用具有表面活性的有机官能团与纳米粒子表面层原子发生化学吸附或化学反应，使表面活性剂覆盖粒子的表面。常用的表面改性剂有：硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂、铝钛复合偶联剂、硬脂酸、有机硅等。表面化学改性是常用的方法，如果与低分子分散剂配合效果更好，因为分散剂能降低无机纳米粒子的表面能，改善其分散状况，但不能改善填料粒子和基体的界面结合，而偶联剂则可以和基体有强有力的相互作用。T分别用疏基硅烷、乙烯基和氨基偶联剂对Si 进行了表面处理。分析测试表明，前两者处理后粒子的疏水性增加，表面羟基数目大量减少，导致二次团聚减少；而氨基硅烷偶联剂却没有这样的效果，这主委是因为后者分子结构中的氨基除了与sich表面的羟基反应外，还形成了分子间氢键而又引起粒子的团聚。就目前看来，纳米粒子表面改性的方法比较多，但能根本上解决其团聚的方法还比较少，并且由于纳米粒子表面改性涉及众多学科，其改性机理、改性方法、改性效果表征均不完善，须进一步研究探讨。
无机纳米粒子改性机理
影响PP／纳米复合材料力学性能的重要因素
1.无机纳米粒子的加入引起聚丙烯本身的聚集态结构的变化：无机纳米粒子的加入使聚丙烯结晶度的大小发生变化，晶粒尺寸和晶型也产生变化。聚丙烯是典型的结晶型高聚物，有五种晶型a、p、7、8和拟六方晶型，其中以a和p晶型*为常见。p球晶含量高的制品比a球晶含量高的制品的冲击强度高、弹性模量和屈服强度低。在高速拉伸下前者比后者的韧性和延展性好。无机纳米粒子的加入对聚丙烯的p晶相的生成有比较大的诱导作用，并随着纳米粒子含量的增加而增加，从而提高了PP／纳米复合材料的力学性能。吴建国等在研究纳米ca(]03改性聚丙烯的结晶行为时发现，纯PP在165．0℃ 处有一个典型的a晶熔融峰，而纳米CaCCh改性后的PP在150．6℃处还有一个小峰对应8晶型，说明纳米粒子对聚丙烯的p晶相的生成有一定的诱导作用[巧]。L．Z等研究了滑石粉填充聚丙烯，结果发现有少量的8晶相生成u 。叶春明等用纳米Y2 填充PP，纳米Y2 的加入改变了PP的晶型，使a晶含量减少而p晶含量增加，p晶相的熔融峰增加幅度比较大。
2.无机纳米粒子的加入可以优化复合材料的界面结构，当材料受到冲击时诱导基体发生大面积屈服形变．导致产生这种现象的原因是由于无机纳米粒子与基体发生界面脱粘形成空穴使基体中应力场和应力集中发生了改变，促使基体屈服，从而实现对聚丙烯的增强增韧。
无机纳米粒子改性机理
关于无机纳米粒子对聚丙烯的增强增韧机理，现在人们普遍可以接受的是Bucknall提出的剪切屈服和银纹化理论。其理论解释如下：1)无机纳米粒子的存在使基体产生应力，引起基体树脂周围产生微开裂，吸收一定的变形功；2)无机纳米粒子的存在使基体树脂裂纹扩展受阻，*后终止裂纹，不致发展成破坏性开裂；3)随着无机纳米粒子的微细化，粒子表面积增大，粒子与基体的接触面积增大，使复合材料受冲击时产生更多的微裂纹，吸收更多的冲击能。虽然无机纳米粒子对聚丙烯的增强增韧机理的研究有了一定的进展，但由于聚丙烯／纳米复合材料的作用机理比较复杂，要阐述清楚有待更进一步的研究。
结束语
聚丙烯／纳米复合材料是一类新兴的材料，由于它具有优良的力学性能，可广泛地应用于各行各业，因此，我们应加快研究步伐，制造出适宜工业化生产的复合材料，以促进塑料工业的发展。
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