聚合物材料的特点范文1
[关键词]聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、淀粉基塑料
中图分类号：TQ320.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0274-01
传统塑料主要来自石化资源，因其不易降解和回收利用，给环境造成极大污染，并造成对石化资源的严重浪费，寻找非石油基环境友好的材料迫在眉睫，生物可降解塑料是解决这个问题的有效途径。目前研究最广泛的可降解塑料有聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯、淀粉基可降解塑料等。
一、聚乳酸（PLA）生物可降解材料
聚乳酸（PLA）是以乳酸为原料制备的高分子材料，具有无毒、无刺激性、强度高、易加工成型和生物相容性好等特点，制品在使用后可完全降解。按单体不同，PLA分为PLLA、PDLA和PDLLA。当前国内外PLA生产企业主要以生产不同规格的PLLA为主。PLLA单独使用具有熔点低、结晶慢、耐热性差等缺点，通过与PDLA共混，可形成立构复合体，改善成核、结晶速度，提高材料耐热性。PLA可用于一次性饭盒以及其他各种食品、饮料外包装材料；可用于纤维和非织造物等，包括服装、建筑、农业、林业、造纸、医用等领域。
聚乳酸是以乳酸单体为原料经过聚合等工艺制备得到的高分子聚合物，制备方法分为一步法和两步法，一步法难以制备得到高分子量的聚合物，基本无应用价值，目前国内外厂家主要通过两步法工艺生产聚乳酸。两步法工艺需经历中间体丙交酯阶段。
聚乳酸主要生产企业：
二、聚丁二酸丁二醇酯 （PBS）生物降解塑料
PBS是以丁二酸与丁二醇为原料制备得到的高分子材料，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，易被自然界的多种微生物或动植物体内的酶分解代谢，是典型的可完全生物降解材料。但PBS的加工温度较低、黏度低、熔体强度差，难以采用吹塑和流延的方式进行加工。另外PBS制品往往呈一定脆性，应用受限。PbS主要用于包装、餐具、容器、一次性医疗用品、农业、生物医用高分子材料等领域。
PBS的聚合前体主要原料为丁二酸；丁二酸的生产主要是通过石化法合成， 目前丁二酸的生物制造技术是国际竞争热点， PBS（聚丁二酸丁二醇酯）是以丁二酸与丁二醇为原料经过聚合制备得到的高分子聚合物。
PBS主要生产企业：
三、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）生物可降解材料
PBAT是对苯二甲酸丁二酯和己二酸丁二酯的共聚酯。作为一种新型的生物可降解共聚酯，PBAT兼具了芳香族聚酯和脂肪族聚酯的优点，既具有很好的热性能、机械性能，又具有生物可降解性和加工性，可以用它与脂肪族聚酯 PLA 等共混，来改善脂肪族聚酯的机械和力学性能。PBAT的加工性能与LDPE非常相似，可用LDPE的加工设备吹膜。PBAT主要用作农用地膜、垃圾袋、保鲜膜、堆肥袋、淋膜和餐盒、餐盘、杯子等。
PBAT主要生产企业：
四、淀粉基可降解塑料
淀粉基生物降解塑料是淀粉经过改性、接枝反应后与其他聚合物共混加工而成的一种塑料产品，具有生产成本低、投资少、使用方便、可生物降解的特点。淀粉基热塑复合材料不仅具备一般高分子材料所共有的基本特性，而且具有完全可降解性，可替代当前广泛使用的塑料材料。
淀粉基生物降解塑料已有3O年的研发历史，具有研发历史久、技术成熟、产业化规模大、市场占有率高、价格较低的特点。淀粉基生物降解材料主要用作包装材料、防震材料、垃圾袋、地膜、保鲜膜、食品容器、一次性餐具、玩具等。
淀粉基可降解塑料主要生产企业：
五、总结
目前各种生物可降解材料前景较好，但市场开拓、产品成熟度、产品性能开拓、产品应用等方面，需要时间开拓；当前石油价格低、石油基塑料产品价格优势明显，生物可降解材料同石油基材料竞争，目前还不具备条件；生物可降解材料的发展，还需要政府政策、税收优惠、市场等方面的支持；随着国内外对环保的要求越来越高，可降解材料的相关政策将会越来越好；同时随着可降解材料生产技术的提升，可降解材料的成本将越来越低。
参考文献
聚合物材料的特点范文2
关键词：产品设计；材料；研究
人类历史长河中各个阶段如果用材料命名的话，可分为：石器时代、青铜时代、铁器时代、塑料制品时代。而光是塑料就有很多种，本文以解析几种常见的塑料材料为主。塑料是材料中的一种，对于塑料产品大家都不陌生但也不熟悉，当设计好产品的造型好后需要材料来呈现，如果一个产品设计师不了解所用材料属性就会导致产品的使用功能和寿命受影响，因此本文通过分析几种常用塑料产品来了解所使用材料的属性和化学元素，掌握其特征好利于设计制作。
如今各式各样的塑料产品出现在人们的日常生活中，写字用的笔，洗手时盛香皂的盒子，喝水的瓶子、房间里使用空调、工作学习使用的电脑，还有水杯、可乐瓶、信用卡、积分卡、太阳镜、牙刷、工具手柄、胶卷、面对我们生活中常使用的塑料产品，我们司空见惯的产品，为什么它们要用不同的塑料制成的呢？想知道就跟我走进塑料这个大家族去认识这一小部分成员。塑料这种高分子合成材料，特性多多，它的可塑性和流动性，使得可以制成万千形状的产品。先了解塑料的各种分类和优缺点：A分类：（1）按分子结构分为热塑性塑料和热固性塑料。[1]大部分产品以热塑性塑料制成，可以回收再利用；而像炒菜锅的把手和高低压电器就要用热固性塑料制造，因它受热并不软化流动，而且隔热又绝缘、耐高电压、耐磨。这两种特性的材料如果是在加热温度过高的情况下，都会被烧焦产生毁坏。（2）塑料还可以按照用途分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三类。[2]
B塑料优点和缺点：（1）塑料的优点：1）塑料虽然轻但比强度高。2）化学稳定性好。塑料的化学稳定性大大超过普通的金属材料，它不生锈、不氧化，也不会腐烂变质，遇到酸、碱、盐物质，一般不会起化学反应。3）绝缘性能好。塑料和陶瓷、橡胶一样，是良好的绝缘材料。4）导热系数低。塑料的导热系数只有金属的几百分之一，可以作为隔热保温材料。5）加工性能好，批量生产成本低。塑料可以用注塑等多种方法一次加工成型，方法简单，生产率高。6）塑料成型后外观佳，自加吸振、有消声、能气密等性能。（2）塑料的缺点：塑料的缺点没有金属强度、刚度、耐热性好。
所有的塑料制品一共分7个等级如图1所示，1～3为不可回收、重复利用的。4～7为可回收重复利用的。1：一次性饮料瓶，2：一次性塑料袋，3：PVC工程材料，4：PE低密度聚乙烯，5：PP聚丙烯，6：PS聚苯乙烯，7：其他类――PC（可耐高温180）。塑料产品的底部会有一个三角形，里面的数字就表示所使用的是什么塑料。
1和2： PE如图2、3所示和HDPE：HDPE如图4、5所示是高密度聚乙烯，PE是聚乙烯，它的分子式为（CH2）n，最早于1933年合成，看分子式其组成似乎最简单不过了，但单体―CH2―的组成方式可以千变万化。在所有聚合物消费物市场中，聚烯烃这一热塑性聚合体占有最大的份额，而聚乙烯在聚烯烃中又是最多的。聚乙烯是惰性的，对淡水和咸水、食物和多数水溶性的液体的侵蚀有很强的抵抗力，因而被广泛地用来制作日用品及食物容器。商业上，PE被制成薄膜、薄板、棒条、海绵状或者纤维丝。聚乙烯价格便宜，容易成型和制造，能够被染成不同的颜色，可以呈透明、半透明或者不透明的，手感柔软和舒适，可以在表面织纹或者作金属镀膜，但在上面不容易印刷。PE是很好的电绝缘体，介电损失小，适合做微波烹饪用的容器。PE的使用在美国食品及药物管理局是被许可的，无毒，而且可以植入人体（心瓣膜、髋关节囊腔，人造血管）。可以制作成：油罐、街道、牛奶瓶、玩具、啤酒篓子、食品包裹、热缩塑料包、压榨桶、一次性衣服、塑料袋、家用塑料制品、砧板、票据涂层、电缆绝缘体、人造接头、用作纤维――廉价绳子或者包装带的增强物。
3：PVC：聚氯乙烯，作为PVC的组成，在聚合物中，乙烯基造价低廉也最为通用，聚氯乙烯更是得到广泛的应用，在聚合物中呈现出多面性。纯净的PVC――tpPVC热塑性材料，刚性很大，韧性不足；廉价使得它被用作省钱的工程塑料，然而工程塑料并没有发挥出PVC性能的极限。添加增塑剂以后可以得到更为柔软的PVC――elPVC，它具有跟皮革和橡胶类似的性质，可以用作两者的替代物。而添加玻璃纤维的PVC可以获得很大的硬度、强度和韧性，可以作屋面、地板和墙面材料以及汽车的蒙皮和车内装饰。和其他聚合物混合可以进一步拓展其性能：乙烯基氯化物和乙酸纤维素组合用作唱片的原料；吹塑成型的塑料瓶和塑料膜也是乙烯基氯化物和醋酸纤维素的聚合物。纯净的PVC比重和硬度大，是脆性材料。增强剂可以使它变得和橡皮一样柔软和富有弹性。增塑PVC在颜色和纹理上稍作调整可以用作皮革的廉价替代物。透明性能上不如PMMA和PC，但造价也要低廉得多，因此广泛地用于制造一次性的透明容器。PVC可以用来制作软片、薄膜和软管，可以通过聚酯、环氧和聚氨酯胶粘剂来连接。乙烯基氯化物单体是极具威胁性的材料，因此中断制造过程会给环境带来压力。但只要控制得当的话，生产过程是安全的，而且聚合物PVC尚未发现发现有威胁性。对PVC的用后处理，倒是一件麻烦事，加热分解会释放氯气、氯化氢和其他有毒物质，通常处理PVC需要使用特殊的超高温焚化措施。PVC可以是热塑性的，也可以是热固性的。可用TpPVC来制成玩具、医用软管、乙烯基的卷案、窗户和外墙挂板、乙烯基地面砖、灌溉橡皮管、皮艇、化妆品包装袋如图6所示、路标、零件、软管。对环境的影响：乙烯基氯化物单体是极具威胁性的材料，因此中断制造过程会给环境带来压力。但只要控制得当的话，生产过程是安全的，而且聚合物PVC尚未发现有威胁性。对PVC的用后处理，倒是一件麻烦的事，加热分解会释放氯气、氯化氢和其他的有毒物质，通常处理PVC需要使用特殊的超高温焚化措施。
4：LDPE：低密度聚乙烯，可参考PE。
5：PP：聚丙烯如图7、8所示，最早出现在市场上的时间是1958年，是聚乙烯的“弟弟”――相似的分子结构、价格、工艺方法和应用。像PE那样，有着巨大的生产量（2000年年产量超过3*107t）并以年增长率10%增长，和PE一样，可以精确地控制其抗冲击强度和成型特性。聚丙烯在理想状态下是可燃的，在阳光下会退化；阻燃剂可以降低其燃烧速度，稳定剂可以增强其稳定性能。标准等级的PP价格实惠，质量很轻，具有可延展性，但是强度不高。和PE相比，PP更硬一些，更耐高温一些。PP的性能类似于HDPE，但硬度和熔化温度（165～170℃）要高。要是加入玻璃或者云母等可以改善聚丙烯的强硬度。当聚丙烯被牵拉成纤维状时会表现出很大的强度和很好的弹性，加上耐水腐蚀性能，很适合用作绳子和纺织品的材料。与PE相比，PP更容易成型，具有很好的透光性能，可染色形成很好的硬度、稳定性和容易成型。聚丙烯单丝纤维和多丝纤维都具有很好的耐磨性能，其强度几乎是PE纤维的两倍。PP的惰性很强，容易回收，可以用焚化的方法回收其能量，和PE、PVC类似，PP的生产过程相对是节能的，它们是能量密集型产业――商品聚合物中最为节能的。其原料可以来自可再生能源，比如说有糖或淀粉发酵后生成物，但从中提取所消耗的能量远远超过从汽油或者燃油中提取所消耗的能量，所以短期内仍然会从石油中提取。聚丙烯有很多品种，但大致可以分为三类：同聚物（不同分子质量和性质的聚丙烯聚合而成），共聚物（丙烯和石蜡、乙烯、丁烯、苯乙烯等通过共聚反应得到）和复合物（添加云母、滑石、玻璃粉末或纤维增强的聚丙烯），聚丙烯的复合物比简单的聚丙烯更为坚强、耐热性能更好。可以制成：条板箱，手提包，人工草皮、保暖内衣、绳子，普通聚合物工程，汽车通风装置，邮包架，空气净化机，庭院家具，洗衣机贮槽，啤酒瓶篓子，椅罩，电容器中的电解质，电缆绝缘层，厨房壶，车档，安全玻璃，电池盒，导管和导管的固定物。[3]
6：PS：最简形式的PS如图9所示是脆性的，与聚丁二烯混合可以显著地改变其力学性能，但会失去透光性能。高度耐冲击的PS（含10%的聚丁二烯）即使在低温下（可低至12℃）也相当坚硬。PS具有三种形态：简单物质（通用的PS）；与聚丁二烯混合后具有高耐冲击性能的派生物；聚笨乙烯泡沫――最常见也是最便宜的聚合物泡沫。以上三类都得到了美国食品及药物管理局的许可，可用作食物容器和食物包裹。通用PS，容易成型；透明度高；可以被染色；具有很高的折射系数，看起来像玻璃一样闪光；是脆性的，容易破裂（如CD盒）；在需要视觉吸引力，价格便宜，受力小的场合可以使用：盛化妆品的小盒子，透明的用后即丢的眼镜、盒子等。中高等耐冲击的聚苯乙烯，失去透光性的同时获得了力学性能。[4]具有中等耐冲击性能的聚苯乙烯，半透光，一般用在电闸或断路开关、衣架或者梳子等。高耐冲击性能的聚苯乙烯是PPO和PP的混合体，不透光，坚硬，比绝大多数塑料更能耐低温，可用在致冷器和冰箱的内部、用来盛装奶酪和人造黄油的食物盘。PS可以起泡获得很小的密度（大约1/3的聚苯乙烯都是经过起泡的），泡沫PS热传导性能低而且便宜，常用作建筑的保温层、热水器的外套，一次性杯子的隔热层等。PS在外力作用下破碎时一般不会导致易碎物品的损伤，因此它们常用作包装。可以制成一次性杯子、照明装置、玩具、钢笔、模具、包裹、屋顶隔热材料、电视机外壳、墙面砖、一次性盘子、家具、塑料成型的零件盒容器、CD套、一次性的眼镜、剃须刀、热饮料杯。
7：PC：名叫聚碳酸酯如图10、11所示。是一种工程热塑材料，比便宜的商品聚合物有更好的力学性能。据碳酸酯的家族成员有：塑性聚酰胺（PA），聚甲醛（POM），聚四氟乙烯（PTFE）。纯净的PC含有苯环和含碳基团―OCOO―，使得PC即使在较高的温度下也具有光学透明、韧性好、硬度高的特点。这些特性使得PC可以用作光盘、安全帽、重型机床的包装箱。用PC和其他单体聚合，可以提高阻燃性、折射系数和抗软化性能[5]；玻璃纤维增强的PC可以提高其在高温下的力学性能。PC具有光学透明性和高耐冲击能力，可以用来制作防碎玻璃。PC材料颜色稳定。尽管可以注模成型，但PC材料常常通过挤压或者热成型的处理工艺来处理（热成型对后续的设计有所限制）。挤压成型时，成型板要尽可能均匀以防止翘曲，要尽量避免突起和尖锐的棱角，通过引入沟槽或隆起的棱纹可以增强材料最后的硬度。增加玻璃纤维，可以降低其冷却时的收缩量，提高高温下的力学性能。
结语：设计触及到人类生活的方方面面，产品设计要是没有材料的依托，那就是空想一团。当今塑料的大量应用，使得塑料产品呈现的姿态千变万化，但万变不离其中，只要掌握它的属性，一定会达到理想的设计效果。
参考文献：
[1] 张玉龙，石磊.塑料品种与选用[M].化学工业出版社，2012：98.
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[3] 张子成，邢继刚.塑料产品设计[M].国防工业出版社，2012：12.
[4] 莱夫特（英）.塑料2――材料设计美感[M].杨继栋，宫力，译.上海人民美术出版社，2007：54.
聚合物材料的特点范文3
关键词：纳米材料；纳米尺度；阻燃材料
中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0179-02
当前，塑料、橡胶和纤维等聚合物应用十分广泛，但其易燃性给其使用和推广造成了一定的影响。阻燃材料尽管在一定程度上起到了阻滞燃烧、延缓火灾蔓延、争取逃生和救援时间等积极的作用，但也在力学性能、性价比、环境污染等方面存在不足。随着纳米材料在力学、电磁学、热学、光学等多个领域的应用，纳米技术和纳米材料显现出广阔的发展前景。纳米阻燃材料的研制和发展有利于克服和改进传统材料的缺点，蕴含着巨大的社会效应和经济效益。
1 纳米材料简介
纳米材料是指在结构上具有纳米尺度及其相应功能特征的材料，1纳米为十亿分之一米，纳米尺度一般是指1～100 nm。材料的结构和粒径进入纳米尺度范围时，就表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等多种特殊效应，从而使材料表现出多种奇特的功能。纳米材料按照材质分类，可以分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米材料。纳米技术和多种材料的结合，大大改变了材料的综合特性，为进一步优化材料的功能提供了有力的技术支持。
2 阻燃材料的分类和要求
阻燃材料可分为无机和有机、含卤和无卤等多种类型。无机主要指氢氧化铝、氢氧化镁、硅系、三氧化二锑等阻燃材料体系，有机主要以卤系、氮系和磷系为主，它们通过复配或者反应得到形成添加型或者反应型复合材料，进而起到阻燃作用。相比较而言，无机阻燃材料具有低成本，热学性能好，燃烧时有毒气体少等优点，但是它们也具有机械性能差、填充量大且与基材相容性差等缺陷。有机型阻燃材料具有阻燃性能好，与基材相容性好，填充量小等优点，但是具有燃烧时发烟量大且产生有毒气体等缺陷。因此发展低烟、低毒、无卤、物理机械性能优越等环保型阻燃材料成为一直以来重要的研究课题，纳米技术的出现和发展为解决上述阻燃材料的现有缺陷提供了可能。研究表明，纳米阻燃材料应满足下列要求：第一，材料应符合环保要求，燃烧时产生的毒性气体少。第二，材料应具有功能性强、阻燃效率高等特点，同时应克服传统阻燃材料机械物理性能方面的现有缺陷，拓展材料应用范围。第三，降低综合成本，增强材料的性价比。
3 纳米阻燃材料的类型
将传统的阻燃剂颗粒细化到纳米级应用到相关材料中即可获得纳米阻燃材料。纳米技术的应用、纳米级颗粒的获得以及纳米尺度所表现出来的特有的多种效应大大增强了阻燃剂和材料间的相容性，一定程度上减少了阻燃剂的应用量，同时也提高了阻燃性能，提升了阻燃材料的性价比。目前，已研制的常用纳米阻燃复合材料大致有以下几种。
3.1 聚合物粘土纳米材料
粘土纳米阻燃材料涉及阳离子粘土矿物蒙脱石、阴离子粘土矿物层状双金属氢氧化物、非离子型粘土矿物高岭石等原料，借助插层方法修饰，获得对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯（PP）等有效的复合阻燃材料。粘土类阻燃剂的层状硅酸盐中含有炭化层，在高温下能够俘获一些自由基，在改变了材料力学性能的同时，也提高了材料的阻燃性能，还避免了添加卤系阻燃剂后燃烧时发烟量大、产生腐蚀性和毒性气体等缺陷。火灾时，硅酸盐碳化层减缓了材料燃烧时挥发物逸出的速度从而使得粘土类纳米材料在凝聚相分解过程中挥发物的溢出率低。
3.2 纳米氢氧化镁阻燃材料
纳米级氢氧化镁阻燃材料的阻燃性、发烟量与基材的相容性等性能要优于微米级的氢氧化镁阻燃材料的相应性能。在一定剂量下，纳米级氢氧化镁阻燃体可以达到UL94标准的V-0级。金属氢氧化物本身优势明显，关键是添加量要比较大，通常在60%以上，而高填充量对阻燃材料的物理机械性能影响较大，而纳米技术正好能很好地解决阻燃剂和基体间的分散性和相容性的问题，两种技术的结合大大提升了氢氧化镁阻燃剂的应用和阻燃后材料的阻燃性能。纳米氢氧化镁阻燃材料具有无卤、低烟、无毒、无滴落、耐酸、稳定性好、分解温度高、不腐蚀设备等多种优异性能，具有广阔的应用前景。
3.3 纳米碳酸钙类复合材料
用锡酸锌包覆纳米碳酸钙粉体并应用到聚氯乙烯（PVC）中，得到40～60 nm的产品粒径，减少了增塑剂在PVC中的用量，提高了产品的加工性能，再加上硬质PVC本身的高含氯量和高阻燃性，极限氧指数（LOI）可以达到45%，获得了优良的阻燃复合材料。经过甲基丙烯酸处理的纳米碳酸钙/聚苯乙烯（PS）原位复合材料粒径也在
100 nm以内，也具有较好的阻燃性能。此外也可以应用脂肪酸、钛酸酯偶联剂以及纳米碳酸钙经过表面处理得到聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料，经过实验和应用，都在保持较好阻燃性能的基础上，材料的力学性能方面得到了很大的改善，材料的抗冲击强度也有所提高。
3.4 纳米级氧化锑阻燃材料
纳米级氧化锑阻燃PVC材料的阻燃性能高，发烟量低，其性能优于传统的PVC材料的相应性能，而且适合用于纺织品中。纳米级氧化锑颗用量少， 而且不会阻塞机器的喷丝孔， 使得纺织品能够阻燃。另外，纳米级的氧化锑材料的比表面积很大，对一些纺织品的渗透性能好，具有很强的粘附力，由此形成的纺织材料还具有很好的耐洗牢度，不易褪色。纳米氧化锑具有成本低，平均粒度小，在聚酯材料中分散均匀，相容性好等优点。
3.5 EVA/二氧化硅纳米复合材料
纳米二氧化硅改性的聚合物已经获得了广泛的应用，原因是经过纳米化和改性，所获得的纳米复合材料具有质轻、高强度、高韧性等多种优点。EVA类纳米复合材料中纳米填充层在内层聚合物外面形成一层隔离层，从而强化了炭化过程，材料降解过程延长，用锥形量热计测量出的热释放速率峰值极低，阻燃性能较传统阻燃材料有大幅提高。在力学性能方面，研究表明，EVA/二氧化硅复合材料中的体积填充分数为4%时，复合材料的拉伸强度最高，约为基体的两倍，这也充分显现出了纳米技术在提升复合材料的物理机械性能方面的重要作用。
4 纳米阻燃材料制备工艺进展
纳米材料的制备方法主要有以下几种。
①溶胶―凝胶法。溶胶―凝胶法是制备纳米材料比较普遍的制备方法。其流程是：将金属氧化物或金属盐溶于水中，通过水解反应后，形成溶胶状纳米级微粒，再将溶剂蒸发，之后形成凝胶物体。这样就形成了有机聚合物与无机分子相互渗透，具有多层有序结构的阻燃材料。该方法化学反应温和，无机成分和有机成分相互掺混，结构紧密，但也存在凝胶干燥时易出现材料收缩脆裂等缺点。
②共沉淀法。共沉淀法是指先期形成的无机纳米粒子与有机聚合物混合沉淀形成阻燃材料的方法。这种方法中，纳米粒子与材料合成分开制作，纳米粒子的尺寸与结构可以很好的控制，同时纳米粒子在聚合物中均匀分布，综合性能好。但该方法中纳米粒子易团聚，均匀分散纳米微粒是最大难题。共沉淀法可分为溶液共沉淀法、乳液共沉淀法与熔融共沉淀法等多种方式。
③插层法。插层法的流程是将纳米微粒制成层状，再将其插入有机聚合物层之间，导致二者达到纳米级复合。这类方法有聚合插层法、熔融插层法及溶液插层法等类型。
④原位共聚法。原位共聚法是指将纳米粒子均匀分散在溶液中，再借助加热、辐射等手段，使聚合物与纳米粒子之间发生聚合等一系列反应，最后得到纳米级分散的阻燃材料。该方法得到的阻燃材料具有粒子纳米特性好，层间焓熵势垒低等优点。
⑤原位自组装法。原位自组装法是指利用聚合物分子与纳米粒子间的分子间力、层间静电力等作用，在原位进行自组装，生成无机主晶核，最后聚合物再将生成的晶体包围在内。这种方法合成双羟基纳米复合物比较有利，纳米相能有序分布。
5 纳米阻燃材料的展望
在阻燃剂领域中，无机添加型阻燃剂应用最早，用量最大。如锑系、铝系、磷系、硼系阻燃剂等等。但目前主要存在阻燃剂和基材相容性差和对物理机械性能影响较大等问题。研究表明纳米技术的利用可以提高塑料制品的阻燃性以及机械性能，加强纤维制品的阻燃性以及抗静电能力，加强橡胶制品的阻燃性以及减少其燃烧时的有毒气体的释放和发烟量。纳米阻燃材料可以在发挥无机类阻燃材料低卤或无卤、低烟、低腐蚀等优势的基础上，借助纳米技术大大提高无机类阻燃材料的综合性能。
此外纳米阻燃材料也将在提高材料的热稳定性、减少材料在使用中的团聚、增强阻燃剂和材料间的用量、粒径、层状结构的优化和复配、优化材料的储运和添加过程、提升材料的阻燃效果、促进材料的多功能化等方面得到进一步发展。在纳米阻燃复合材料的微结构及形成机理、材料的阻燃机理细节等基础理论方面加强研究，不断加速发展朝阳的纳米阻燃材料事业，有利于相关产品产业化的顺利实现和拓展。
综上所述，纳米阻燃材料具有阻燃性能好，环保效果好，并且燃烧时放出的有毒气体少，填充用量少，产品趋于多功能化发展的特点，可广泛应用于汽车、航空、电子家电等多个行业，具有很大的发展空间。但是纳米阻燃材料的发展，仍有很多亟待解决的实际问题，如纳米粒子形态的控制、纳米粒子分布工艺以及多功能化的统一等。相信随着高分子材料科学与工程技术的不断进步，随着纳米技术的出现、应用和快速发展，纳米阻燃材料研究必将会取得长足的进步，为更好地保护人民生命财产安全提供坚实的物质技术保障。
参考文献：
[1] 欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版社，2001.
聚合物材料的特点范文4
关键词：相变；储能材料；微胶囊
能源是人类赖以生存和发展的基本，是推动社会进步和改进所必需的物质基础。但是由于能量的供给和需求都存在一定的时效性，在许多情况下，人们还做不到合理的利用能源。相变材料作为一种储热和调控温度的材料，已经成为人们当前注重的焦点。人们利用储能材料具有一定的能量储蓄存放的功能，来储存或者是释放其中的热量，从而达到一定的调节和控制此种相变材料周遭环境的温度，来达到所需的目的，提高了能源的利用率。
1.相变储能材料简介
1.1相变材料的含义
利用这些物质在自身发生相变过程中的吸热和放热的特殊性质，可以将热能储存起来和释放出来，从而实现了调节和控制周围环境温度的目的，我们将此种具有热能的储存和调控温度的功能物质称为相变材料。物质的存在状态通常有三相：固相、液相和气相。当物质从一种相太变化到另一种相态叫相变。相变的形式主要有四种：（1）固-固相变；（2）固-液相变；（3）液-气相变；（4）固-气相变。当一种物质能够发生四种相变中的任意一种相变时，都可称为相变材料。如果从发生相变的过程来看，这种相变材料在吸热和放热的过程中，能够把热能储存起来，并对其周围环境温度调节控制。
1.2 相变材料的特点
热能储存的方式一般有显热、潜热和化学反应热三种。相变材料是利用自身在发生相变过程中吸收或释放一定的热量来进行潜热储能的物质，该材料是通过材料自身的相态变化或结构变化，向材料的周遭环境自动的进行吸收或释放一定的潜热，从而达到改变或者是平衡环境温度，实现了调节控制周遭温度的物质，一般来说，此种物质具有储热密度高、自身体积小、热效率高以及放热过程保持恒等温度等优点。由于性能的限制，相变材料有一些特定的要求，比如说：（1）化学性能方面：在反复的相变过程中化学性能稳定，可多次循环利用，对环境友好，无毒，使用条件安全。（2）物理性能方面：材料发生相变时的体积变化小；放热过程温度变化稳定。（3）经济性方面：材料的价格比较便宜，并且较容易获得。
1.3相变材料的分类
根据物质成分的不同：可以将相变材料分为无机相变材料、有机小分子相变材料和高分子相变材料。其中无机盐种类的相变材料常见有：熔融盐类、结晶水合盐类等；有机物小分子种类的相变材料常见有：酰胺类、高级脂肪烃类、脂肪酸或其酯或盐类、醇类、芳香烃类等；高分子类的相变材料则有：聚烯烃类、聚烯酸类、聚烯醇类、聚多元醇类、聚酰胺类等。
根据相态变化的形式：相变材料又可分为固-气相变材料、液-气相变材料、固-固相变材料及固-液相变材料。固-液相变和固-固相变是人们经常使用的相变材料种类。固-气和液-气类型的相变材料在其本身相变过程中有气相产生，相变材料的自身体积变化方面比较明显，这样的话就使得他们在应用方面的范围变的比较窄。固-固相变材料和固-液相变材料的在发生自身相变的过程中，他们自身的体积变化相对来说还是较小的，并且固-固相变材料对容器的密封性以及强度方面的要求不怎么高，但他们的总体类型在自然界中相对比较少，在当前的实际应用中也很少见到。固-液相变材料的研究比较早并且在当前的科学研究中相对比较成熟的一类相变材料，这类材料的成本低、相变潜热大、相变温度分布比较宽泛，所以，固-液相变材料在应用中是最为广泛的一种。
根据温度范围：这些相变材料又可以分成低温、中温和高温等等。其中低温相变材料的相变温度范围一般在20℃-200℃之间，中温相变材料的相变温度范围一般在200℃-500℃之间，高温相变材料的相变温度范围则为500℃-2300℃之间。一般来说，低温相变材料的储能密度比较大，温度范围覆盖面广，是目前固-液相变储热的主要研究对象。
1.4 相变材料的研究现状及发展趋势
国际上游很多国际对相变材料在进行科学实验工作，这方面美国一直在科学前沿。最早对相变材料研究是出于节能的想法，所以最初常见到的是太阳能或者是风能等方面的利用以及对废弃的热量进行回收，经过较长时间的发展以来，相变材料已经慢慢的向化工领域渗
。maria telkes博士从1950年就着手对相变材料进行研究，他发现化学物质硼砂可以把十水硫酸钠过冷度降低将近3℃，并预计测出了该材料的相变次数可以达到2000次。在工程建筑应用方面，美国科学实验室已成功研制一种利用十水硫酸钠共熔混合物做相变芯材的太阳能建筑板，并进行了试验性应用，取得了较好的效果。美国的dayton大学的j.k.kssock等人将十八烷做为自己的实验相变材料，采用了浸泡法制成相变墙板，然后建筑了一个相变墙实验房和一个普通墙实验房进行比较，试验显示出相变墙板房内的温度相对来说比较平稳，如果将相变墙应用在实际建筑物中，可以适当的提高居住的舒适性、削减电力的高峰负荷。
目前在研究的发展趋势中，相变材料的研究主要表现为：开发复合储热材料；研发复合相变材料的多种工艺技术；纳米技术在复合相变材料领域的深入应用。
2.相变材料的微胶囊化
如何将相变材料进行有效的包装，一直是相变材料研究领域的研究重点。较为先进的纳米复合法是将纳米材料的界面效应和较大的比表面积与相变材料的优点结合在一起，可制得高传热效率的复合相变材料。目前，微胶囊可以较好解决相变材料在流出和外渗方面的问题。目前，在微胶囊相变材料的制备过程中，很多人选用了三聚氰胺甲醛树脂（mf）、脲醛树脂（uf）作为壁材，所制备的微胶囊在某些性能方面有较好的表现：强度较高、耐热性能好。
2.1 微胶囊技术
把固体或液体用某种膜材料包覆起来，然后形成微小粒子的技术，称之为微胶囊封装技术。球形微粒芯材在升温时，由固态时转变为液态，但外层包封的高分子薄膜层仍保持其固态，因此材料的外貌形态仍为固态颗粒。微胶囊包覆芯材，外层的壳物质称壁材；被外层壳材包覆的囊心物质称芯材。芯材可以是由单一物质组成，也可以是由混合物质组成；它的形态可以是固体、溶液、水分散液或油剂，也可以是一些特定的气体。微胶囊的粒径大小在1～1000微米范围内，它的微观形貌通常需要借助电子显微镜才能观察到。相变微胶囊技术是一种新工艺，它在化工、医药、农业等领域已经有了较大的发展，并且在科研领域中得到了越来越多科研人员的重视。微胶囊技术的应用前景非常广阔，主要表现为以下优点。 2.1.1 改善物质的物理性质
（1）液态转变成固态。当液态物质经过壁材包覆微胶囊化后，可得到细粉状产物，称之拟固体（pseudo-solid）。虽然在外貌形态上它具有固体特征，但其内部芯材仍然是液体，因而内部芯材液相仍具有相应的反应性，这种外部有壳、内部芯材性质不改变的特性在某些场合中有其特别的用处。
（2）改变重量或体积。芯材经过微胶囊化以后，物质的重量会增加或减少。在某种工艺条件下，制成的微胶囊内部可以含有空气或成为空芯，这样导致物质的体积增大了，于是经过微胶囊化后的密度大的固体便可以漂浮在水面上了。
（3）良好的分离状态。充分利用微胶囊的细分特性将其应用于生产实际中。例如在涂层工艺方面：在等量浓度下，其粘度较低是微胶囊的一大优点；另一优点是微胶囊材料能以粉末的形态分散于涂层当中。
2.1.2 控制释放
在可以控制的工艺条件下，微胶囊中活性组分在释放时，可以采用立即释放、延时定时释放或适当的长效释放等多种释放形式。
2.1.3 保持芯材稳定性
（1）保持芯材的抗氧化性；（2）保护具有吸水性的芯材物质；（3）避免液体环境中ph值对芯材的影响；（4）降低芯材的挥发性。
2.1.4减少芯材的对周围环境的毒副作用
微胶囊化将硫酸亚铁、乙酰水杨酸（阿司匹林）等药物包囊后，可以控制药物的释放速度来减轻对肠胃刺激。药物微胶囊化对于制药工业来说，具有一定的前沿性。
2.1.5 屏蔽芯材味道
某些化合物（如药物）具有一些刺激性气味，利用微胶囊化进行包覆，可以适当减少这些物质的气味。
2.1.6 气味控制释放
很多香料或香精，例如：水杨酸甲酯和薄荷油，可通过微胶囊化来防止芯材气味的挥发。
2.2 微胶囊芯材和壁材的选择
微胶囊相变材料中的芯材可以是油溶性，也可以是水溶性的化合物。界面聚合法制备微胶囊时，要求参加反应的这两种反应单体分别存在于乳液中不相混溶的分散相和连续相当中，而聚合反应应发生在相界面上，由于在水相溶解的聚合单体存在于有机溶
剂中时也有一定溶解度，所以它会通过相界面进入有机相一侧，所以常常在有机相侧发生聚合反应。微胶囊化要想顺利的进行，壁材的表面张力较芯材的应小，并且芯材与壁材之间不能发生任何的化学反应。
微胶囊化常用的芯材有：醇类、无机盐、石蜡类、酯类、脂肪酸等单一相，或将几种材料相复合，得到复合芯材。微胶囊产品的性能应考虑微胶囊壁材的选择。选择壁材时要考虑到其稳定性、耐久性等因素；还要考虑芯材的性质，微胶囊产品的在应用方面等性能要求，聚合物对于被包囊物质以及对于周围介质的溶解能力，聚合物的弹性、韧性、渗透性、熔点及玻璃化温度、溶解性及单体的性质。
微胶囊壁材常见的有无机材料和高分子材料两大类。无机材料壁材主要有pb、cu、s等无机单质和zro2、tio2、硅酸盐等无机化合物，但微胶囊壁材以无机材料为基础时的成膜性比较差；而高分子材料作为微胶囊壁材时的成膜性比较好，所以常见的是用高分子材料作为壁材。当前科研中可作为壁材的高分子材料主要有：天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料。
2.3 微胶囊化的方法
微胶囊化的常见方法有：物理机械法、物理化学法和化学法三种类型。物理机械法的特点是通过微胶囊壁材的物理变化，制备的主要方法有：喷雾干燥法、真空蒸发沉积法、空气悬浮法、静电结合法、多空离心法等。物理化学法特点是改变反应的工艺条件，使溶解状态的壁材材料从溶液中聚沉出来，将芯材包覆形成微胶囊，主要的物理化学方法有：水相相分离法、油相相分离法、干燥裕法、融化分散法与冷凝法等。化学法主要是：小分子反应聚合，生成高分子成膜材料，然后将所要包覆的芯材包覆起来，它使用的主要聚合方法有界面聚合法、原位聚合法。重点介绍一下经常用到的微胶囊化方法：原位聚合法、界面聚合法和喷雾干燥法。
2.3.1 原位聚合法
原位聚合法制备相变微胶囊时，将芯材分散成液滴，聚合单体在芯材液滴表面上形成较低分子量的预聚物，随后这些预聚物的分子链逐步增大，并沉积在芯材液滴的表面上，聚合反应逐渐的进行，最终形成了固体微胶囊外壳。原位聚合法是以可溶性单体或预聚物聚合反应生成不溶性聚合物为基础的。原位聚合法制得的微胶囊，一般来说它的囊壁坚韧、粒径分布均匀。我们常见到的聚脲、聚酰胺、密胺等高分子材料就可作为原位聚合法的壁材。
2.3.2 界面聚合法
界面聚合法制备微胶囊时，微胶囊的外壳是通过两类互不相容性单体的聚合反应而形成的。参与聚合反应的单体至少有两种，其中必须存在两类单体，一类是油溶性的单体，另一类是水溶性的单体。它们中的一种在芯材液滴的内部，一种在芯材液滴的外边，然后在芯材液滴的表面反应聚合，形成聚合了微胶囊的壁材薄膜。这种制备微胶囊的方法具有工艺简单、反应速度快、效果好、设备便宜、反应温度要求不高等特点，避免了反应中要求严格控制温度给操作带来的不便。界面聚合的步骤如下：将芯材溶于含有单体a的分散相中，然后在乳化剂的溶液中乳化分散，再将反应单体b溶于少量的连续相溶剂中加入乳液；单体a、b分别从油相和水相内部向乳状液滴的界面处移动，此时在相界面处反应聚合，形成聚合物壁材，包覆了相变芯材。界面聚合法反应速度快，反应条件温和，是制备相变微胶囊的一种常用方法。
2.3.3 喷雾干燥法
喷雾干燥法是将芯材和壁材混合后，通入加热或冷却装置，使其脱除溶剂凝固得到微胶囊，一般是先将壁材溶于溶剂中，然后将芯材在壁材的溶液中乳化，最后进行喷雾干燥。
3.微胶囊的现状进展
triangle以正二十一烷和正十八烷双组分pcm 作为相变芯材，制成微胶囊pcm ，可以用在某些需要降温的设备领域。如今，美国outlast公司积极研发相变材料，研制了较多的相变材料产品，其中outlast纤维就属于微胶囊包覆石蜡烃。gateway公司也提到了：同样的厚度下，outlast的调温产品与比其他的隔热材料效果能提高25%。 k.hong和s.park采用界面聚合法、原位聚合法制备了包覆不同相变材料的微胶囊。任晓亮、王立新[1]等采用界面聚合法，以甲苯2、4二异氰酸酯（tdi）、二亚乙基三胺（deta）为壁材单体，制备了以十八烷为相变芯材聚脲微胶囊；通过dsc分析，相变储热微胶囊仍具有十八烷的相变点28.6℃；以聚脲为壁材制得的微胶囊有一定强度，可用于墙体，一定程度上缓
解了建材在使用和开发过程中造成的环境污染和能源浪费。邓磊、林休休等[2]用甲苯2、4（2、6）二异氰酸酯（tdi）为壁材原料，由原位聚合法制得了fe3o4聚脲微胶囊，将fe3o4包覆于聚脲中，既能起到与磁性微球中fe3o4相同的作用，又不易流失，而且颜色变浅、密度减小、分散性提高，从原来的亲水性变得完全疏水性，增大了与有机溶剂的相容性，可分散于丙烯酸异辛酯、丙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、二乙烯三胺、甲苯、乙醇、乙醇水溶液、二缩三乙二醇等有机溶剂中，且能稳定存在180天以上，能更好的应用于涂料、油墨、粘合剂等领域。中国科学院大连化学物理研究所的邹光龙、兰孝征[3]等用界面聚合法，合成了直径大约2.5μm可用于热能储存含相变材料的聚脲微胶囊.在含有乳化剂的水溶液中，将溶有芯材正十六烷的有机相乳化成微米级油性液滴，随后加入的水溶性单体二胺与甲苯2、4二异氰酸酯在胶束界面相互反应形成囊壁.分别用乙烯二胺，1、6-己二胺和他们的混合物作为水溶性单体进行了研究，并用红外光谱和热分析分别考察了不同胺类对微胶囊化学结构和热性质的影响，得出含正十六烷的聚脲微胶囊能耐受约300℃的高温。
4.结语
微胶囊技术封装相变材料具有其优越性。随着微胶囊技术的不断发展和成熟，微胶囊材料会逐步渗透到生产和生活的各个领域。但是，当前微胶囊制备中存在着较多不足，如工艺复杂、制备成本高，同时还有一些性能有待提高，工业化应用条件仍需摸索。所以今后应将主要精力放在简化制备工艺、降低成本上；提高微胶囊热导率、使用寿命、pcm含量等等。（作者单位：兰州理工大学石油化工学院）
参考文献：
[1]任晓亮，王立新，任丽. 聚脲型相变微胶囊的制备. 生态设计与环境材料.2005.
聚合物材料的特点范文5
关键词：改性方法 碳纳米管 复合材料 研究进展
中图分类号：TB383
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）005-118-03
1 前言
自从1991年碳纳米管被Iijima发现以来，其凭借出众的力学、电学、热学、化学性能、极高的长径比（100—1000）以及纳米尺寸上独特的准一维管状分子结构，表现出运用在未来科技领域里所具有的巨大潜在价值，迅速成为物理、化学、材料科学领域里的研究热点。碳纳米管是由很多碳原子组合在一起形成的石墨片层卷成的中空管体，根据其石墨片层数的不同，可分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)。由于碳纳米管主要由碳元素组成，与聚合物的成分相似，所以可以使用CNT来增强聚合物纳米复合材料。随着的生产CNT方法越来越简便，其价格也越来越便宜，这种方法相对于在聚合物中添加含碳填料来改善聚合物性能等传统方法，改性效果更好，市场需求更广，经济前景更乐观。可以预见，在不久的将来CNT将会成为制备聚合物基复合材料的主要原料。
2 碳纳米管的处理
由于其自身固有缺陷，碳纳米管从合成到被应用到复合材料中，需要经过纯化和表面改性两个过程。
2.1 碳纳米管的纯化
目前合成碳纳米管的方法很多，但无论是经典的电弧放电法，还是新兴的水热法、火焰法、固相复分解反应制备法、超临界流体技术法制备成的碳纳米管都不可避免的被各种无定形碳颗粒、无定形碳纤维和石墨微粒等杂质附着，混杂在一起，影响其纳米粒子独有的小尺寸效应、界面效应、量子效应。它们的化学性质也相似，不但给后续制备复合材料带来困难，而且使其性能的发挥受到很大的影响，所以必须进行纯化处理。主要的方法是依靠碳纳米管和杂质对强氧化剂的敏感程度不一样，通过控制氧化剂的用量和氧化反应的时间来达到纯化的目的。目前主要的氧化方法有：气相氧化法、液相氧化法、固相氧化法和电化学氧化法。
2.2 碳纳米管的改性
经过纯化处理的碳纳米管仍然不能直接用来制备复合材料，由于它的惰性表面、管与管之间固有的范德华力、极大的比表面积和长径比，会使其在复合材料基体和溶液体系中产生非常严重的团聚与缠结，不利于创造良好的界面和在聚合物中的均匀分散及其优异性能的发挥。因此为了增加碳纳米管与聚合物基体间的界面粘结力，防止界面发生滑移，需要对碳纳米管实施表面改性。
目前从本质上来说，CNT改性方法主要有2种：共价键改性（化学改性）和非共价改性（物理改性）。
2.2.1 共价键改性
共价键改性是利用接枝、氧化等手段直接在CNT的侧壁上引入小分子化合物、活性官能基团（如-COOH、-OH和-NH2）等，提高CNT的活性，从而来达到增加其在溶液和聚合物中的分散度和相容性的目的。但是这种方法将SP2杂化的碳原子改变成了SP3杂化，使长径比大大下降，削弱了碳管的力学和电学性能，破坏了碳纳米管的结构，所以一般较少使用这类方法对CNT进行改性。近几年通过不断改良，发现浓硝酸常温处理法和重氮化技术处理法是其中两种较为成熟且对碳管结构损伤较小的优良改性方法。
2.2.2 非共价键改性
非共价键改性方法最大的优点是它在不破坏CNT结构的同时，也能克服自身固有缺陷提高其与聚合物的相容性和制备复合材料时的加工性。一般方法是通过加入阴离子、阳离子或非离子型表面活性剂（如十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基苯磺酸钠（NaDDBS））使碳纳米管吸附在聚合物上而不发生团聚或者是加入生物大分子（如蛋白质、DNA或多糖类高分子）使聚合物分子中的%i键和CNT上的离域%i键发生相互作用来实现非共价键改性。为此本文还将介绍芳香二羧酸酰胺类%[成核剂(%[-NA)改性和离子液体改性两种改性方法。此外还可以对CNT实行包覆改性，但其缺点是包覆分子与CNT之间的范德华力较弱，使得CNT在复合材料中传递有效载荷的能力较低，改性效果较差，应用较少。
3 碳纳米管复合材料的制备
当碳纳米管经过纯化和表面改性处理后，会表现出某些优异的性能（因改性方法的不同而各具特点），将其应用到复合材料的制备中，可以进一步提高复合材料的力学、电学、化学、和生物特性等等。下文将以实验实例介绍。
3.1 浓硝酸常温处理CNT、水相沉淀聚合法制备聚丙烯腈基碳纳米管复合材料
把一定量的碳纳米管经过超声分散后，室温下浸泡在浓硝酸中,并每隔大约2h更换一次浓硝酸。24h后取出碳纳米管，经去离子水反复洗涤、抽滤直至呈中性，再加入到去离子水中，加水溶性引发剂APS，溶解后超声分散2h。然后将聚合单体AN、共聚单体IA按一定比例混合均匀溶入其中，以水相沉淀法制备聚合物基复合材料，整个过程需通N2保护防止CNT被氧化。实验测试表明，碳纳米管经浓硝酸常温处理后，不仅给碳管接枝上羧基，而且还保持了本身稳定的结构，使制备的复合材料预氧化温度提前，放热量和放热速率均降低,避免了集中放热；虽然结晶程度稍稍有所减弱，但并没有改变聚合物的结晶晶型和结构，但是却大大提高了导电性能。
3.2 重氮化技术处理CNT、原位氧化聚合法合成磺化碳纳米管改性聚苯胺复合材料
聚苯胺(PANI)，作为制作超级电容器的绝佳材料，具有价格低廉，良好的导电性，较高的比电容，独特的掺杂/脱掺杂机理和优异的氧化/还原特性等优点，然而PANI的循环稳定性差，却限制了它在电子行业里的广泛应用。CNT的稳定性好，同时也有高导电率和大比表面积的特点，采用重氮化技术处理，合成水溶性的磺化CNT，作为原位氧化聚合的载体与PANI复合，可降低PANI的内阻，提高其循环稳定性，赋予PANI碳纳米管复合材料极高的比电容(>300 F/g)。经红外和紫外-可见光谱分析表明，PANI与磺化CNT之间存在着%i电子间的相互作用，并形成了电荷转移复合物，在一定范围内碳纳米管直径的越小，电荷转移复合物越多。循环伏安实验结果显示，与单一的PANI纳米棒相比(271 F/g)，PANI碳纳米管复合材料拥有更高的比电容(309～457F/g)，呈现出更高的比电容和更快速的充放电特性。
3.3 溶液法制备聚丙烯(PP)/%[-NA-MWCNT复合材料
此法选用带有共轭苯环结构的芳香二羧酸酰胺类%[成核剂(%[-NA) 和MWCNT在冰水浴中混合，超声分散一段时间后使%[-NA吸附在MWCNT上，通过%i-%i共轭作用来提高碳纳米管的分散性，低温抽滤即可得到稳定性良好的%[成核剂改性的碳纳米管(%[-NA-MWCNT)，再通过溶液法使之与pp复合，得到聚丙烯/%[-NA-MWCNT纳米复合材料。通过广角X射线衍射(WAXD)分析了复合材料的结晶形态，结果表明%[-NA-MWCNT诱导聚丙烯在短时间内生成大量尺寸较小的%[球晶，增加了复合材料的结晶度，使得晶粒大小分布更窄，进一步提高了复合材料的电学和力学性能。
3.4 离子液体中碳纳米管复合材料制备
与传统的溶剂相比，离子液体(ionic liquids，ILs)作为一种新型的绿色环保溶剂及优良电解质，近几年来在碳纳米管复合材料制备中得到了广泛的应用。离子液体是一种主要由有机阳离子和各类阴离子组成的盐类，在室温下呈现为液态。作为“绿色”溶剂，离子液体拥有许多特异的性能：极高的热稳定性和化学稳定性；很宽的液态温度范围（-96℃到300-400℃）可以满足在恶劣环境下工作的需要；离子电导率强，电化学窗口宽；对许多物质表现出良好的溶解能力等。经试验测试表明：CNT能够均匀地分散在ILs中，而且ILs独特表面修饰作用，可以通过形成细束网格结构来实现CNT的表面功能化，赋予CNT复合材料更加优异的性能（因各种离子所带的官能基团不同而异）。目前，Zhang已经在ILs中采用电沉积法合成出了CNT/纳米AuPt/IL复合电极，ILs作为模板和活性剂提高了纳米AuPt在CNT膜上的分布密度，降低了电极的电子转移电阻。而且ILs还可以依靠其阴离子与纤维素中羟基的作用，破坏纤维素分子间的氢键，有效地提高CNT在纤维素中的溶解度，采用湿纺丝干喷法制备CNT复合纤维，大大提高纤维的储能模量和机械性能。
4 结语
近几年来，在材料领域里不断涌现出各种利用改性CNT与金属、聚合物复合的新型纳米复合材料，这些材料由于本身特殊复杂的纳米结构在物理、化学、生物上表现出优异的性能。而取得这些科技成果的重大挑战就是如何提高CNT分散度和改善界面性能，达到CNT的最佳改性。本文较全面的综述了目前关于碳纳米管改性及其复合材料的制备方法，其中包括技术较为成熟的浓硝酸常温处理法、效果显著的重氮化技术处理法和芳香二羧酸酰胺类%[成核剂(%[-NA)改性法、绿色环保的离子液体改性方法，以及相关的复合材料制备实例。总的来说，随着科技的不断发展，新方法的不断涌现，CNT的改性必将变得越来越高效，高性能的CNT复合材料的开发和应用势必会越来越广。
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聚合物材料的特点范文6
关键词：聚合物；砂浆，改性；性能；应用
1前言
早在1923年，英国人Gresson就把聚合物应用于路面材料而获得专利。到1924出版了关于现代聚合物改性材料的正式的文献。从那时起，近70年来世界各国出现了大量的关于聚合物用于改性水泥砂浆和混凝土的研究，而且对聚合物用于水泥基材料的兴趣也越来越来大。在这一领域里研究开发走在世界前列的国家有日本、美国、前苏联、德国等。如日本对新型高性能聚合物混凝土复合材料的研究开发应用已有40年的历史，并已为此制定了部分标准(JlS6203)；德国交通部筑路局对用于桥面的混凝土修补而附加的技术协议和规范(zTVSIB90)特别制定了聚合物改性砂浆(混凝土)供货的技术条件和检验规范(TLBEPCC，TPCC)，我国在这一方面的研究起步较晚，还是近十几年发展起来的。1990年在上海举行了第6届国际聚合物混凝土会议，大大地加速了我国在这一方面研究与应用的进步。
2聚合物水泥砂浆的改性机理
聚合物改性砂浆的研究之所以如此大的进展，就是因为这种材料通过改性具有许多优异的性能。了解其改性机理对研究和开发这类材料尤其重要。
众所周知·水泥砂浆作为一种复合材料，骨料和水泥基之间的界面过渡区是材料的薄弱环节。在界面过渡区，水灰比高、孔隙率大、氢氧化钙和钙矾石多，晶粒粗大、氢氧化钙晶体取向生长。要改善水泥基材料的性能，就必须改善界面过渡区的结构和性质。聚合物对水泥砂浆的改性作用，其实质也是改善材料的界面过渡区，从而使材料获得别的材料所不具有的性能。
(1)聚合物具有减水的效果。其表现在配制具有相同流动度的砂浆时，掺有聚合物的砂浆的水灰比要低于普通砂浆的水灰比。这是因为聚合物和矿物掺合料粉煤灰一样的形态效应，因为聚合物的固体粒径很小，其直径一般在0.05～5um之间。这样的颗粒也可像粉煤灰的颗粒一样，既可起到滚珠的作用，又具有较高的表面活性，从而能起到减水效应。
(2)在砂浆中掺加聚合物后，氢氧化钙也会沿着聚合物固体颗粒生长，有利于打乱氢氧化钙的取向生长。另外，由于聚合物的特殊性，它会在高于其最低成膜温度下凝聚成膜，形成的膜能将水泥水化生成的氢氧化钙包围起来，连成一个整体，可以有效的降低氢氧化钙对材料耐久性的不良影响。另一方面聚合物沙浆中的钙矾石比普通砂浆中的钙矾石要短和粗。进一步观察可发现聚合物的加入有效的改善了砂浆的孔结构，由于聚合物的形态效应及其自身的特殊性，起到了胶结、填充等作用，使砂浆的平均孔径变小，大孔变成小孔隙，孔隙分布的均匀性下降了，微孔隙率提高了。
(3)由于聚合物成膜的过程发生在水泥水化的过程中，水分用于水化以及被蒸发，聚合物就在整个基体中形成一个坚韧、致密的网络薄膜状网络结构，分布在水泥砂浆骨架之间，填充空隙，切断了与外界的通道，进一步改善了材料的性能。
(4)聚合物还能和水泥水化产物发生化学作用。如丙烯酸甲脂能与水泥水化产物中的氢氧化钙反应。其原因是因为丙烯酸中脂基能在碱性的氢氧化钙溶液中发生水解生成羧酸根离子能与钙离子以离子键形式结合，形成以钙离子桥连的离子键大分子体系的交织网络结构，增强了结构的密实性。在上面的反应中可以降低氢氧化钙的含量，而SBR(聚苯乙烯一丁二烯)乳胶也能减少砂浆中氢氧化钙的含量，但没有含有脂基的E－VA(聚乙烯一醋酸乙烯脂)乳液那么明显因此是不是所有的聚合物都能起化学改性作用，还有待研究。
通过以上的物理与化学的作用，聚合物改善了砂浆的界面结构形成了如图(1)的界面层。
其中的机械粘合层就是聚合物所成的薄膜，这一层不能过厚否则就会降低材料的强度。物理吸引层是聚合物如前面所讲的物理改性作用得到的一层，起到了增强材料性能的作用。化学键合层是聚合物与水泥中的物质发生发应的结果，进一步增强了材料的性能。
3聚合物水泥砂浆的材料
3．1聚合物对能用于砂浆改性的聚合物，其性能要求十分重要。聚合物在发挥其优点的同时，不能对砂浆带来负面的影响，如不能影响水泥的充分水化，对水泥石的基体没有腐蚀作用，对环境没有污染作用等。现阶段用于改性砂浆的聚合物的种类不是很多，主要有以下一些。
其中最常用的就是图中划横线的聚合物。有丁苯乳液(SBR)、聚丙烯酸脂(PAE)、聚乙烯醋酸脂(EVA)，丙苯乳液(SAE)等。但由于单一品种乳液用于改性砂浆时会有一些不足，因此现阶段已经出现通过聚合物乳液的共混，综合不同乳液的优点，设计出能实现不同性能要求、适应不同用途需要的聚合物共混物用于改性砂浆。
3．2水泥
用于聚合物改性砂浆的水泥一般为普通硅酸盐水泥，它的早期强度高、凝结快、耐冻性好。另外还可用高铝酸盐水泥。近年来，出现了一种专门用于聚合物干粉改性砂浆的铝酸钙水泥，这种水泥是用一定比例含有三氧化二铝和氧化钙经熔化或煅烧，然后将获得的熟料磨细而成。
3．3矿物掺合料
矿物掺合料(硅灰、粉煤灰、矿渣等)本身就可以作为一种水泥砂浆的改性材料。把矿物掺合料和聚合物双掺在砂浆中，能综合利用两种改性材料的特点，优势互补进一步改善砂浆的性能。
3．4消泡剂、稳定剂
在聚合物水泥砂浆中，水泥浆体中的钙离子或铝离子等多价阳离子及砂浆拌和时所产生的剪切力会导致乳液破乳凝聚，因此要选择合适的乳化剂和稳定剂。乳液中存在的表面活性剂导致砂浆气泡增加，影响性能，为此，需要加入适当的消泡剂来抑制表面活性剂引起的泡沫。
3．5砂
一般用河砂，要求含泥量不能过高。
4聚合物改性水泥沙浆的性能
众所周知作为水泥基材料的一个显著的缺点就是脆性大。表现出抗拉强度比抗压强度低许多，抗裂性差，并且强度越高，脆性越大。这是因为水泥基材料属于硅酸盐物质，其基本单元是硅氧四面体·硅与氧以共价键相连，钙与铝等金属离子以离子键与硅相结合。由于在共价键、离子键发生断裂时几乎不发生任何变形，就表现出很大的脆性。而聚合物作为一种有机高分子，其长分子结构及大分子中的链节或链段的自旋转性，使其具有弹性和塑性。
4．1新拌砂浆的性能
4．1．1流动性
由于聚合物具有建水的效果，因此大部分聚合物都能提高砂浆的流动性能。
4．1．2保水率
新拌砂浆的保水率是影响砂浆硬化及硬化后固体性能的重要的因素。保水性好的砂浆有利于砂浆的运输、停放和铺摊，有重要的工程意义。掺入聚合物能有效的提高新拌砂浆的保水性能，聚合物的加入既可以防止砂浆的离析，有能在砂浆的养护初期防止水分的过快散失，有利于水泥的水化。尽管聚合物水泥砂浆的凝结时间会延长。
4．2硬化聚合物砂浆的力学性能
4．2．1抗压强度
现有大部分的研究都认为聚合物改性砂浆的抗压强度要低于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物在砂浆体系中硬化成膜后，由于它的弹性模量要低于水泥石和骨料的弹性模量，另外聚合物的富集现象也会降低抗压强度，还有就是聚合物的活性，在搅拌砂浆时会产生大量的气泡从而降低了砂浆的抗压强度。但是还存在另外的一种观点，就是认为聚合物改性砂浆的抗压强度要高于普通砂浆的抗压强度，这是因为聚合物具有减水效应，能降低砂浆的用水量，从而提高砂浆的抗压强度。但这两种对立的观点有不同的前提第一种观点下的砂浆在配制时是保持砂浆的水灰比不变，第二种观点下的砂浆在配制时保持砂浆的流动度不变。之所以存在这样对立的观点，有可能是砂浆单位体积内的水与聚合物的相对含量的问题。我们知道在聚合物砂浆中水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，水泥水化需要水分，而聚合物的成膜要求失去水分。在砂浆中聚合物由于具有减水作用，应该能增加砂浆的强度，但由于前面所讲的聚合物降低抗压强度的因素的存在，就应该调节砂浆单位体积内水与聚合物的相对含量，使其满足既能很好的水化又能很好的成膜(所谓好的成膜就是能够在砂浆中形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象的膜网结构，并且如前面图(1)所描述的机械粘合层不能过厚。这样如果保持砂浆的水灰比不变，聚合物的减水效应不能发挥出来，但如保持砂浆的流动度不变，聚合物就能发挥其减水效应尽量调节单位体积内水与聚合物的相对含量，使达到好的成膜效果尽量降低不利的因素，从而能提高砂浆的抗压强度。4．2．2抗拉强度、抗折强度
如前所述，高分子聚合物加进砂浆能改善材料的脆性。除有机高分子自身的特点外，它还能改善砂浆内部的界面结构，减少了骨料处的微裂纹。此外，由于聚合物薄膜的弹性模量小、变形大，因而可以缓冲裂纹处在受力时的应力集中，从而提高了砂浆的抗拉与抗折强度。
4．2．3粘结强度
复合材料之间的界面粘结作用可以大致分为以下五类(1)吸附与侵润(2)相互扩散、(3)静电吸引(4)化学键合(5)机械粘着。聚合物改性砂浆的粘结强度可以分为砂浆内部和把砂浆用于修补材料时新老界面之间的粘结强度。砂浆内部的粘结性能在前面已有介绍，即在界面处分为机械粘合、物理吸引、化学键合，正是因为有这样的效果使得砂浆浆体的粘结强度增大。当聚合物改性砂浆作为一种修补材料时，与普通的砂浆相比也表现出有良好的粘结强度，之所以有比普通砂浆强的粘结强度，这有可能是聚合物砂浆在新老界面出也能形成如图(1)那样的界面结构，并且聚合物还能扩散到老砂浆中的空隙中去成膜，进一步增强粘结强度。
4．2．4弹性模量
聚合物改性砂浆的弹性模量要低于普通砂浆的弹性模量，因此聚合物沙浆比普通的砂浆有更大的变形性。
4．2．5耐久性
由于聚合物对砂浆的改性作用，提高了砂浆的耐久性。如砂浆的抗渗能力得到了提高，吸水性降低”，砂浆承受冻融循环的能力也得到了提高。另外，砂浆长期暴露在野外，其力学性能没有降低反有提高。
4．3影响聚合物改性砂浆性能的因素
4．3．1原材料
原材料中水泥品种的选择余地较小。聚合物的品种相对来说要多一些，不同的聚合物能对砂浆的性能有不同的影响。如氯偏乳液改性砂浆抗渗能力强，丁苯乳液改性砂浆的抗折强度较高等。因此需要通过试验来确定聚合物的选取。
4．3．2配合比设计
在确定了材料的种类后，材料之间的配比就尤为重要。由前面所述的改性机理可知．要得到质量好的聚合物砂浆，聚合物在浆体中的成膜尤其重要，即要形成一个一致、均匀、没有缺陷和富集现象、膜不能过厚的网状薄膜。因此水、水泥、砂、聚合物这几者的搭配就很重要了。
4．3．3养护条件
养护条件对于水泥基材料来说是一个很重要的因素。在砂浆的材料与配比确定下来后，材料的养护方法就很重要了。对于聚合物改性砂浆水泥的水化和聚合物的成膜是一对矛盾，那么要两者需要协调发展，使砂浆中的各个组分相互补充、共同成长，就必须选择好适应的养护条件。现在有多种养护方法，在国外常用的养护方法是将砂浆试件拆模后，首先在20℃、80％相对湿度的环境下养护2d，然后在20℃的水中养护5d，再在20℃、50％相对干燥的环境下养护21d。在国内并没有定型的养护方法，但有研究表明乳液的掺量越小，试件所需在水中养护的时间越长；乳液的掺量越大，试件所需在水中养护的时间越短；当乳液的掺量达到一定值时，就无需在水中养护，只需在空气中干养即可。
5聚合物水泥砂浆的应用
5．1混凝土修补材料
聚合物水泥砂浆(修补砂浆)已经广泛应用于混凝土结构加固，选用聚合物改型砂浆作为混凝土结构的修补材料主要有以下理由。
(1)聚合物水泥砂浆具有良好的粘结性和耐水性；
(2)聚合物水泥砂浆不需要潮湿养护，尽管最初两天保持潮湿会更好：
(3)聚合物水泥砂浆的收缩和普通混凝土相同或略低一些，
(4)聚合物水泥砂浆的抗折强度、抗拉强度、耐磨性、抗冲击能力比普通混凝土高；而弹性模量更低；
(5)聚合物水泥砂浆的抗冻融性能更好。
5．2防水材料
聚合物水泥砂浆既可以用于刚性防水材料，又可以作为柔性防水材料。聚合物水泥砂浆作为柔性放水材料应用时，主要是以防水涂料形式使用。
5．3胶黏剂
由于聚合物水泥砂浆具有良好的粘结能力和良好的协调性，可以作为一种良好的胶黏剂，如瓷砖胶黏剂，界面处理剂等。
5．4防腐蚀
聚合物水泥砂浆比普通混凝土的抗渗性、耐介质性能好得多，能阻止介质渗入，从而提高砂浆结构的耐腐蚀性能。因此在许多防腐蚀场合得到应用，主要有防腐蚀地面(如化工厂地面，化学试验室地面等)、钢筋混凝土结构的防腐涂层、温泉浴池、污水管等等。
