納米技術(shù)和納米塑料是近年來(lái)非常活躍而同時(shí)又屢遭非議的領(lǐng)域。標(biāo)有納米字樣的研究成果及產(chǎn)品到處可見(jiàn),其中不乏真識(shí)卓見(jiàn),也有一些工業(yè)化的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng),但心存疑慮的大有人在。從產(chǎn)業(yè)化的角度看 ,要在經(jīng)濟(jì)合理的前提下其性?xún)r(jià)比明顯提高,即可認(rèn)定有其產(chǎn)業(yè)化的價(jià)值;而從學(xué)術(shù)的角度看,納米僅僅是一個(gè)長(zhǎng)度的度量單位,具有納米尺度的(通常公認(rèn)三維方向至少有一個(gè)方向的長(zhǎng)度小于100nm)顆粒能否均勻地、互不粘連地分散在塑料基體中,是判斷能否稱(chēng)之為納米塑料的關(guān)鍵。因?yàn)橹挥挟?dāng)納米尺度的顆粒像海島一樣分布在基體塑料的汪洋大海之中時(shí),納米技術(shù)的小尺寸效應(yīng)、大比表面效應(yīng)和量子化效應(yīng)才能真正體現(xiàn)出來(lái),從而帶來(lái)材料性能質(zhì)的飛躍,而不是僅僅得到一些提高和改善。
例如含有4.2%蒙脫土的尼龍6,較之純尼龍6其拉伸強(qiáng)度提高50%,模量提高100%,而沖擊強(qiáng)度基本不變,同時(shí)熱變形溫度提高近90℃,透明性增加,吸水性下降。微觀觀察此種尼龍可知:蒙脫土顆粒確實(shí)是以納米尺度的碎片分散在尼龍6基體中,而且呈全剝離型,即形成了真正意義上的納米塑料。
首先要強(qiáng)調(diào)指出的是蒙脫土是一種層狀硅酸鹽,但并不是添加到塑料中就成為納米塑料。如果蒙脫土始終保持著原來(lái)的結(jié)構(gòu),層間距不變,僅僅以細(xì)小顆粒的形式分散在基體塑料中,其顆粒尺寸仍然在微米級(jí)范疇,那得到的只是傳統(tǒng)意義上的填充改性材料,不能稱(chēng)之為納米塑料。如果聚合物分子已經(jīng)插入到蒙脫土結(jié)構(gòu)片層層間,并使其間距增大,但疊層的結(jié)構(gòu)仍然保持著(插層型復(fù)合),此時(shí)復(fù)合材料的性能將會(huì)有所改進(jìn),但幅度不會(huì)太太,也不能稱(chēng)之為納米塑料。只有蒙脫土的疊層結(jié)構(gòu)被完全打破,約1nm大小的硅酸鹽碎片無(wú)規(guī)則而又均勻地分散到聚合物基體中,分散相具有很小的尺寸和很大的比表面積(剝離型復(fù)合),才是我們所希望達(dá)到的目標(biāo)。
不可否認(rèn)納米碳酸鈣在生產(chǎn)過(guò)程中某一時(shí)刻,其粒子大小確實(shí)處于十幾到幾十nm的范疇,但在隨后的脫水、干燥過(guò)程中,這些原生粒子又團(tuán)聚起來(lái),作為商品到我們用戶(hù)手里實(shí)際上是這些團(tuán)聚體,利用現(xiàn)有粉體表面處理設(shè)備、處理劑以及后續(xù)的混煉設(shè)備都不可能將團(tuán)聚體打散,從而不可能得到真正的納米碳酸鈣改性的納米塑料。
近年來(lái),圍繞著塑料用納米碳酸鈣及其在基體中分散問(wèn)題有大量的研究成果,例如四川大學(xué)將濕法研磨、高速(4000轉(zhuǎn)/分)混合、超聲波振蕩、震動(dòng)磨等方法和設(shè)備引入納米碳酸鈣的處理過(guò)程,寶雞云鵬塑料科技有限公司自行研制成功新型解聚劑,將處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的納米碳酸鈣團(tuán)聚顆粒解聚瞬間加以表面包覆,都有助于部分團(tuán)聚在一起的納米碳酸鈣以納米尺度分散在基體塑料中,而且填充塑料的性能比傳統(tǒng)辦法處理的碳酸鈣都有明顯提高,做出了十分有價(jià)值的嘗試。