納米技術的發展日新月異，納米高分子材料作為其中的重要分支，研發呈現出新的趨勢。由于納米材料具有許多新的特性，如特殊的磁學特性、光學特性、電學特性和化學活性等，利用納米粒子的這些特性對高分子材料進行改性，可以得到具有特殊功能的高分子材料。這不僅使高分子材料的性能更加優異，使其更加廣泛地應用于微電子、化工、國防、醫學等各個領域。
1 納米高分子材料的優勢
通常是將納米微粒與聚合物基材進行復合，利用其特殊性質來開發新產品，這比研究全新的聚合物材料投資少，周期短，生產成本低。與普通改性材料不同，納米粒子具有特殊的表面效應、體積效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應等，這些效應的綜合作用導致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，納米粒子巨大的比表面積產生的表面效應，可使經納米粒子改性后的高分子材料的機械性能、熱傳導性、觸媒性質、破壞韌性等均與一般材料不
同，有的材料還具有了新的阻燃性和阻隔性。
2 納米微粒的改良方法
納米高分子材料被科學家稱為強大的混血兒。納米微粒徑小、表面積大、易于團聚，。為了增加納米添加物與聚合物的界面結合力，提高納米微粒的均勻分散能力，需對納米粉末進行表面改性。主要是降低粒子的表面能態、消除粒子的表面電荷、提高納米粒子與有機相的親和力、減弱納米粒子的表面極性等。一般可采用6種方法對納米粒子進行表面改性:
⑴表面覆蓋改性。利用表面活性劑覆蓋于納米粒子表面，賦予粒子表面新的性質。常用的表面改性劑有硅烷偶聯劑、鈦酸酯類偶聯劑、硬脂酸、有機硅等;
⑵機械化學改性。運用粉碎、摩擦等方法，利用機械應力作用對納米粒子表面進行激活，以改變表面晶體結構和物理化學結構，這種方法使分子晶格發生位移、內能增大，在外力的作用下活性的粉末表面與其他物質發生反應、附著，達到表面改性目的;
⑶外膜層改性，在納米粒子表面均勻地包覆一層其他物質的膜，使粒子表面性質發生變化;
⑷局部活性改性，利用化學反應在納米粒子表面接枝帶有不同官能基團的聚合物，使具有新功能;
⑸高能量表面改性，利用高能電暈放電、紫外線、等離子射線等對納米粒子進行表面改性;
⑹利用沉淀反應進行表面改性，利用有機或無機物在納米粒子表面沉淀一層包覆物，以改變其表面性質。
以上方法中最簡單和最常用的方法是添加界面改性劑，即分散劑、偶聯劑等，分散劑能降低納米粒子的表面能、改善填料的分散狀況，但不能改善填料納米粒子與基體的界面結合，偶聯劑即可與基材有強的相互作用。
3 納米技術在高分子材料中的應用廣泛
3.1汽車、艦船的表面涂覆的油漆主要是由氯丁橡膠、雙酚樹脂或者環氧樹脂為主要原料，在陽光的紫外線照射下很容易老化變脆，致使油漆脫落，如果在面漆中加入能強列吸收紫外線的納米微粒就可起到保護底漆的作用。
3.2普通填料加入到高分子材料中一般使拉伸強度明顯降低，而采用納米粉末填充的復合材料，其拉伸強度卻會有所增加，并在一定范圍內出現極值。
3.3塑料抗老化性能差影響了其推廣應用。例如在PP中加入0.3%的納米TiO2，經過700h熱光照射后，其拉伸強度僅損失10%。在塑料中添加具有抗菌性的納米粒子，可使塑料具有持久抗菌性。將納米ZnO或納米金屬粒子添加到塑料中，可以得到具有抗靜電性的塑料。在通用塑料中加人納米粒子能使其達到工程塑料的性能。如采用納米技術對聚丙烯進行改性，其性能可達到尼龍6的性能指標，而成本卻降低1/3，這樣的產品如果實現工業化生產，將取得很好的經濟效益。
3.4以往橡膠改性多加入炭黑來提高強度、耐磨和抗老化等性能，但這樣處理后制品變成黑色，色彩單調。為了制成彩色橡膠，可將白色納米粒子如納米SiO2作補強劑或使用納米粒子著色劑。由于納米SiO2是三維鏈狀結構，將其均勻分散在橡膠大分子中并與之結合成為立體網狀結構，從而提高制品強度、彈性和耐磨性。w
3.5將納米微粒分散到樹脂中制成膜，可用作半導體器件的紫外線過濾器。
3.6由輕元素組成的納米材料在航空隱身材料方面應用十分廣泛。一些納米復合粉體與高分子纖維結合，對中紅外波段有很強的吸收性能，對紅外探測器有很好的屏蔽作用。
3.7納米材料對光吸收和對靜電屏蔽的特性，使其在日常生活和國防上也有著很重要的應用前景。利用納米復合粉添加的纖維制成軍服，這種纖維不僅對人體釋放的紅外線有很好的屏蔽作用，而且對人體紅外線有強吸收作用，可以增加保暖作用，減輕農服的重量。
3.8在醫用高分子材料領域，日本東京大學日前通過結合納米級的微小分子環和高分子材料開發出了凝膠狀的新型醫療材料。這種新材料的可見光的通過率高達98 2%，而且即使拉長8倍，材料也能恢復原狀，并不會受到任何破壞。這種性能優異的材料可望用來生產隱形眼鏡以及其他醫療產品。而在醫用化纖制品和紡織品中添加納米微粒可以起到除味、殺菌、消毒的作用。
4 結語
納米材料作為一項高新技術在高分子材料改性中有著非常廣闊的應用前景，對開發具有特殊性能的高分子材料有著重要的實際意義。尤其是納米粉末填充塑料體系表現出同時增強增韌的特性，為開拓聚合物復合材料的應用領域開辟了廣闊的前景。我國塑料進口量占國內總需求量的50%，但同時又存在國產塑料產品過剩的問題，這是因為國產塑料產品大多屬于大品種用聚合物，具有產品型號少、品位低的缺點。開發納米聚合物復合材料并使之工業化應用，可以充分利用我國資源優勢，也是改造傳統聚合物工業技術的最佳途徑，具有巨大的市場潛力。我國在納米改性高分子材料的應用研究方面才剛剛起步，相信在不遠的將來，納米材料會進一步擴大工業化，并廣泛應用于高分子材料領域。

標簽：高分子納米素材