高分子材料的韌性范文

導語：如何才能寫好一篇高分子材料的韌性，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞 人教版教材 資料分析 教學實踐 應用研究 應用價值

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

筆者就以普通高中課程標準實驗教科書（人教版）必修教材為例，談談教材中“資料分析”的應用體會（表1）。

1 教材中“資料分析”教學應用的存在問題

如何將新課程理念和能力要求有機地結合起來，一直是高中生物教師所面臨的問題。其中高中生物教材中的“資料分析”使用問題一直存在著教學時間緊，教師和學生都忽視的現(xiàn)象。經(jīng)常聽到老師抱怨或感嘆：“這么多的資料，教學時間不夠，完成不了。”“學生沒有耐心看資料。”“學生沒興趣閱讀。”……在此情況下，教師只重視課本知識體系、概念、規(guī)律等的教學，而忽略了對“資料分析”的正確使用。

2 教材中“資料分析”的教學應用實踐

“資料分析”主要是給學生提供圖文資料，讓學生進行分析，得出結論。教材在很大程度上改變了先說結論，后舉實例的寫法，讓學生通過資料分析和討論，自己得出結論，以期轉變學生的學習方式，培養(yǎng)學生處理生物科學信息的能力，實現(xiàn)學生自主性學習。

2.1 教材中“資料分析”的選擇與取舍

“資料分析”中的討論題往往是為解決“資料分析”而設計的。但教師在教學過程中，卻一味照搬“資料分析”中的討論題進行教學。這樣不但浪費課堂時間，而且學生也不能從中受到任何啟發(fā)，反而加重了學習負擔。因為有的討論題的設計是有區(qū)域性的，這類討論題在不同地域的學校的教學中無法進行或如期完成。如果教師硬搬生套照講不誤，學生不僅根本解決不了問題，長此以往反而會引起學生厭惡，打擊學生學習的積極性和學習熱情。因此對“資料分析”的討論題應根據(jù)學校和學生的實際情況進行有選擇地取舍，以達到既不多占教學時間又能達到最佳的教學效果。

如必修一“細胞學說建立過程”中的討論題一和題三，山區(qū)中學大多數(shù)學生是完成不了的。筆者在授課過程中把它當作閱讀資料，提供以下問題：① 細胞學說建立過程中哪些科學家進行了哪些實驗，請以時間為順序羅列出科學家的名字和實驗名稱，得出怎樣的結論？② 哪兩位科學家建立了細胞學說？

又如必修一P81關于酶本質(zhì)的探索也可根據(jù)實際需要對問題討論進行正確取舍，可把問題討論改為：① 以時間順序羅列科學家名字，進行了怎樣的實驗，得出怎樣的結論？② 歸納酶的本質(zhì)。教師科學地對“資料分析”進行選擇取舍，既可面向全體學生，提高學生的閱讀興趣，又可獲得更好的教學效果。

2.2 教材中“文字資料”的教學應用實踐

上述“文字資料”還可以粗略分為兩大類：① 主要講述生物科學發(fā)展與發(fā)現(xiàn)的歷程，如“細胞學說建立的過程”，“關于酶本質(zhì)的探索”，“中心法則的發(fā)展”，“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”等。此類的文字資料主要針對培養(yǎng)學生能夠形成正確的情感、態(tài)度、價值觀和科學的世界觀，并以此來指導自己的行為，使學生進一步獲取知識，領悟科學的思想觀念，領悟科學家們研究自然界所用的方法。因此教師引導學生模擬、感悟科學家的探究過程，激發(fā)學生的探究意識。

蘇霍姆林斯基說過“人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探究者。”但是很多時候，學生感到困惑的是面對探究活動卻無從下手或不敢下手，因此，最初學生探究意識的激發(fā)顯得尤為重要。教師作為學生探究學習的領路人可以穿插介紹一些有趣的生物現(xiàn)象及科學家的探究經(jīng)歷，使學生了解科學探究的過程及其復雜性，一方面培養(yǎng)學生的探究興趣，激發(fā)學生探究意識。另一方面使學生認識到一些偉大成就的獲得其實就來源于自己的身邊，關鍵是要養(yǎng)成仔細觀察、勤于思考的習慣。

② 關注科技動態(tài)和社會熱點，如“人類基因組計劃及其影響”，“轉基因生物和轉基因食品的安全性”，“干細胞研究進展與人類健康”，“健康的生活方式與防癌”，“器官移植所面臨的問題”等。學生對于此類關系到生活的實際問題的文字資料分析，興趣濃厚。教師可以借此充分的調(diào)動學生的積極性。例如“轉基因生物和轉基因食品的安全性”，教師可以組織學生進行辯論賽。又如“人口增長過快給當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境帶來哪些影響”，這本身就是一個很好的生物探究課題，可以使學生在解決實際問題的過程中達到對于自身自主探究學習能力的培養(yǎng)和提高。教師在清楚學生探究能力的基礎上，因材施教，合理設計好探究學習的流程，爭取使學生的探究能力實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，使得探究活動生活化，解決問題現(xiàn)實化，使學生的探究能力得到進一步提升。

2.3 教材中“圖形與圖表資料”的教學應用實踐

（1） 讓學生認真、快速讀題，提取關鍵信息，弄清設問的意圖；

（2） 引導學生聯(lián)想文章所涉及的教科書知識背景，尋找內(nèi)在聯(lián)系，整理思路，大膽作出判斷；

（3） 拓展思路，培養(yǎng)學生自主提取已有的知識和經(jīng)驗，正確判斷答題。

“圖形圖表資料”著重考驗學生對數(shù)據(jù)進行發(fā)掘和拓展處理，對數(shù)據(jù)的比較與篩選，并結合所學知識對問題進行解決。因此教師應開放課堂，運用學生自評和他評的競賽的方式，推動學生的自主學習，主動探究。這樣可以使學生在知識的獲得過程中，領悟和學會創(chuàng)造知識的過程和方法，培養(yǎng)學生自主探究和創(chuàng)新精神，真正成為學習的主人，促進個性和能力的自主發(fā)展。

2.4 教材中“圖文綜合資料”的教學應用實踐

此類資料要求學生看懂圖片含意和理解文字的意思，能夠把圖文結合起來理解。這類的資料多與生活密切相關，例如“分析細胞呼吸原理的應用”，教師可引導學生進一步對圖文提出新問題，并促使學生解決自己所提出的問題，如：最后一張圖片里提到提倡慢跑的原因，學生很容易聯(lián)想到自己做完體育運動時會感到肌肉酸痛，接著各種各樣的問題就會因此而浮現(xiàn)出來，你問我答，不斷的互相糾正，不知不覺中就將所學的內(nèi)容融合運用了。

3 教材中“資料分析”的應用價值

生物考綱總是與新課程的基本理念相關的，教師只有充分理解新課程的基本理念，才能正確使用“資料分析”來培養(yǎng)學生的各種能力。

3.1 通過“資料分析”提高學生的生物科學素養(yǎng)

科學素養(yǎng)最基本的含義是學生能夠合理地將所學到的科學知識運用到社會及個人生活中。教材對部分教學內(nèi)容編寫的思路，是采用以自然界的客觀事實或生物科學技術的發(fā)展為依據(jù)，提供分析素材，引導學生分析、探究，讓學生通過討論分析，歸納出相關的生物學知識。如高中生物必修一第2頁的資料分析“生命活動與細胞的關系”。該“資料分析”包括四個實例，如果教師在講解生命活動離不開細胞時，跳過“資料分析”直接講解生命活動離不開細胞的觀點，對這個抽象的觀點學生根本理解不了。教師只有充分利用資料分析，抓住其中的關鍵詞引導學生理解和分析，才能使學生在學習過程逐步培養(yǎng)搜集和處理科學信息的能力。

3.2 通過“資料分析”，倡導學生的探究性學習

生物科學作為眾多生物事實和理論組成的知識體系，是人們在不斷探索的過程中逐步發(fā)展起來的。探究也是學生認識世界，學習生物課程的有效方法之一。新課程倡導探究性學習，利用探究性學習逐步培養(yǎng)學生搜集和處理科學信息的能力，分析和解決問題能力。如高中生物必修一第52頁的資料分析“細胞核具有什么功能”。該資料分析包括四個資料，如果教師在講解細胞核功能時，跳過“資料分析”直接講解細胞核的功能，學生只能成為接受知識的個體，失去了利用探究性學習逐步培養(yǎng)學生搜集和處理科學信息的能力，分析和解決問題能力。所以教師在利用這些資料分析時，應引導學生分析“資料分析”。筆者在授課中可以先把“細胞核具有什么功能”資料分析進行分類，可以分為兩類：第一類是資料一和資料四，是關于細胞核與性狀的關系；第二類是細胞核與生命活動的關系。然后分析第一類資料一，抓住美西螈顏色黑色與細胞核的關系，并把文字轉化成圖形（圖1），同樣可以利用這種方法對其他三個資料進行同樣處理，這樣就把枯燥的文字轉化成直觀的圖形。學生學習起來容易理解，從而找出和歸納生物學知識。教師只有充分領會新課程理念，對教材中的“資料分析”進行恰當?shù)臍w類，才能充分正確使用“資料分析”來實現(xiàn)新課程理念的落實。

3.3 通過“資料分析”培養(yǎng)學生的理解能力

在現(xiàn)今信息高速發(fā)展的時代，如何有效地從資料中提取信息，并能運用所學的生物學知識、觀點解釋和解決生活、生產(chǎn)、科學技術發(fā)展和環(huán)境保護等方面的相關生物學問題是現(xiàn)代學生必須要掌握的基本技能之一。“資料分析”是以素材、資料為載體，呈現(xiàn)相關生物知識，可培養(yǎng)學生收集、處理信息的能力，同時在“資料分析”中設置了形式多樣的具有開放性的問題討論，可培養(yǎng)學生的分析、表達能力，培養(yǎng)學生的科研興趣和精神，有利于實現(xiàn)學生學習方式的轉變，改變單一的記憶、接受、模仿的被動學習方式，以及交流與合作的能力。學生通過對圖文資料分析的學習，加強了生物知識在科學技術和社會發(fā)展中的作用，更鍛煉了其閱讀、比較、和歸納能力，有利于學生科學素養(yǎng)的提高和提高識圖能力。教材進行這樣的處理，可提高教材的可讀性，給學生留有思維的空間。

一個小小的資料分析，教師若能結合新課程標準，多花心思，便可使學生在不斷的學習中潛移默化，逐漸形成了自主探究學習的習慣。

參考文獻：

[1] 劉恩山，汪忠.生物課程標準（實驗）[M].南京：江蘇教育出版社，2003.

[2] 張漢光，周淑美.生物學教學論[M].柳州：廣西教育出版社，2001.

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關鍵詞：高分子聚合物；燃燒；概念

1.高分子材料分類

（1）按照高分子材料的來源分類

按照高分子材料的來源可以分為天然高分子材料、半合成（改性天然高分子材料）高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子材料。天然高分子材料是生命起源和進化的基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術。比如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。

改性的天然高分子材料。許多天然高分子材料經(jīng)過人工改性，主要是用化學方法改性，獲得新的高分子材料，如把纖維素用化學反應的方法，改性獲得硝基纖維素、醋酸纖維素、羥甲基纖維素、再生纖維素，還有改性淀粉等。

合成高分子材料。合成高分子材料是指從結構和分子量都已知的小分子原量出發(fā)，通過一定的化學反應和聚合方法合成的聚合物。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、滌綸、腈綸、丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠等。

改性合成高分子材料。這一種本質(zhì)上是從小分子單體合成的聚合物，只是得到的聚合物再經(jīng)化學反應方法加以改性。如把聚醋酸乙烯醇解，獲得了聚乙烯醇，用化學反應使原有的合成高分子變成一種新的高分子材料，如氯化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、ABS樹脂也屬于這一類。

（2）按照高分子材料的用途分類

按照高分子材料的用途可以分為塑料、橡膠、纖維、聚合物基復合材料、粘合劑、涂料、功能高分子等。

塑料是以合成樹脂或化學改性的高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料；按用途又分為通用塑料和工程塑料。

橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。它的特點是在很寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的彈性，所以又稱為彈性體。橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠，天然橡膠是從自然界含膠植物中制取的一種高彈性物質(zhì)；合成橡膠是用人工合成的方法制得的高分子彈性體。

纖維是指長度比直徑大很多倍，并具有一定韌性的纖細物質(zhì)。纖維可分為天然纖維和化學纖維兩大類。天然纖維比如：棉花、羊毛、麻、蠶絲等；化學纖維指用天然的或合成的高分子化合物經(jīng)過加工制得的纖維，前者稱人造纖維，后者稱合成纖維。

2.高分子材料燃燒特點

大多數(shù)聚合物都是可燃的，燃燒過程包括加熱、熱解、氧化、著火等步驟。燃燒過程是一種復雜的自由基連鎖反應過程，首先熱解產(chǎn)生碳氫物片段，再與氧反應產(chǎn)生自由基，然后開始鏈式反應，最終生成有毒的揮發(fā)物質(zhì)。聚合物燃燒的性能指標有燃燒速度和氧指數(shù)。

（1）只含氫和碳的高聚物燃燒特點

像聚乙烯、聚丙烯高聚物中只含有氫和碳元素，這類高聚物易燃但

不猛烈，離開火焰后能繼續(xù)燃燒，燃燒時產(chǎn)生熔滴，火焰黃藍色，有害氣體是CO2、CO。

（2）含有氧的高聚物燃燒的主要特點

有機玻璃，賽璐珞等高聚物中含有氧元素，這類高聚物燃燒時易燃

而且猛烈，火焰呈黃色，燃燒時變軟，無熔滴，有害氣體是CO2、CO。

（3）含氮高聚物燃燒特點

脲甲醛丙酯、三聚氰胺甲醛樹脂，聚酰胺（尼龍）、聚氨脂、丁腈橡膠、聚丙烯腈等高聚物中都含有氮元素。燃燒時可以是難燃自熄，緩燃緩熄、易燃、燃燒時有熔滴，其有害氣體為NH3、NO2、HCN等。

（4）含鹵素的高聚物燃燒特點

像聚氯乙烯、聚氟乙烯等高聚物中都含有鹵素元素。這類高聚物燃燒時火焰呈黃色，無熔滴、有碳瘤，其突出特點是難燃、釋放的鹵化氫具有捕捉H、OH自由基的功能；燃燒產(chǎn)物中含有Cl2、HCl、HF、COCl2等有害氣體。

（5）酚醛樹脂的燃燒熱點

無燃料的為難燃自熄；有木粉填料的為緩燃緩熄，呈黃色火焰，冒黑煙、放出有毒的酚蒸氣。

3.高聚物燃燒產(chǎn)物的毒性

（1）高溫和缺氧對人的危害

火災中的空氣無疑溫度會急劇上升，氧氣濃度會急劇減少。70℃以上的熱空氣就會使呼吸道發(fā)生熱損傷而引起肺不張、肺水腫和肺炎等癥，在短時間內(nèi)將導致死亡。人平常生活環(huán)境的氧濃度約為21%，在火災發(fā)生時大量氧被燃燒奪走，環(huán)境中氧濃度下降，當大氣中的氧濃度低到小于16%時人體就會出現(xiàn)呼吸急促脈搏加快，頭暈頭痛等癥狀，如果氧濃度小于10%，人3分鐘就會痙攣而死亡。

（2）一氧化碳、二氧化碳對人的危害

一氧化碳是燃燒的最普遍、最重要的產(chǎn)物。二氧化碳的毒性比較小，主要是刺激呼吸中樞神經(jīng)，但二氧化碳濃度高達7―10%時，人會出現(xiàn)意識不清、紫斑、數(shù)分鐘后死亡。當火災現(xiàn)場氧氣供應不足時，可燃物中的碳在燃燒時會產(chǎn)生較多的一氧化碳。一氧化碳是燃燒產(chǎn)物中最具有代表性的毒性氣體。一氧化碳吸入人體后，與血液中的血紅素（Hb）牢固結合，使血液的輸氧能力降低，從而導致腦細胞缺氧而出現(xiàn)頭痛、嘔吐、暈眩、嚴重時出現(xiàn)死亡。

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隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，塑料產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用到人們的生活當中，給人類帶來了許多的便利，與此同時，由于人們對其大量需求致使廢棄物中的塑料越來越多，這對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的污染。因而，現(xiàn)在許多科學家都在尋找新的環(huán)境友好型材料。其中生物可降解高分子材料就屬于環(huán)境友好型材料，這其中最受人們關注的就是聚乳酸（PLA），具有良好的生物降解性，在微生物作用下分解為二氧化碳和水，對環(huán)境不會造成危害。人們之所以選擇聚乳酸作為環(huán)境友好型材料來研究，是因為聚乳酸具有強度高，透明性好，生物相容性好等優(yōu)點，可以應用于很多領域，包括醫(yī)用、包裝、紡織等。但是由于其結晶性能差，脆性大等缺點，使其在某些性能方面存在嚴重的不足，這就嚴重限制了聚乳酸的應用[1]。為了使聚乳酸能夠更好的應用到各個領域，研究者們對其進行表面改性，使其性能得到改善，能夠得到更好的應用。

1.生物可降解高分子材料

生物可降解高分子材料是環(huán)境友好型材料中最重要的一類。它是指在一定條件下，一定的時間內(nèi)，能被細菌、真菌、霉菌、藻類等微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發(fā)生降解的一類高分子材料。由于其具有無毒、生物降解及良好的生物相容性等優(yōu)點，生物降解高分子被廣泛應用于醫(yī)藥、一次性用品、農(nóng)業(yè)、包裝衛(wèi)生等領域。按照來源的不同，可將其分為天然可降解高分子和人工合成可降解高分子兩大類。

天然可降解高分子：有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等，這類高分子可以自然生長，并且降解后的產(chǎn)物沒有毒性，但是這類高分子大多不具備熱塑性，加工起來困難，因此不常單獨使用，只能與其它高分子材料摻混使用。

人工合成可降解高分子：有聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚乙烯醇、聚己二酸乙二酯等。這類聚酯的主鏈大多為脂肪族結構單元，通過酯鍵相連接，主鏈比較柔軟，容易被自然界中微生物分解。與天然可降解高分子材料相比較，人工合成可降解高分子材料可以在合成時通過控制溫度等條件得到不同結構的產(chǎn)物，從而對材料物理性能進行調(diào)控，并且還可以通過化學或物理的方法進行改性[2]。

在以上眾多的天然可降解高分子材料和人工合成可降解高分子材料中，天然可降解高分子材料加工困難，成本高，不被人們選中，因此，人們把目光集中在了人工合成可降解高分子材料中，這其中聚乳酸具有其良好的生物相容性、生物可降解性、優(yōu)異的力學強度和剛性等性能，在諸多人工合成可降解高分子材料中脫穎而出，被人們所選中。

2. 聚乳酸材料

在人工合成可降解高分子材料中，聚乳酸是近年來最受研究者們關注的一種。它是一種生物可降解的熱塑性脂肪族聚酯，是一種無毒、無刺激性，具有良好生物相容性、強度高、可塑性加工成型的生物降解高分子材料。合成聚乳酸的原料可以通過發(fā)酵玉米等糧食作物獲得，因此它的合成是一個低能耗的過程。廢棄的聚乳酸可以自行降解成二氧化碳和水，而且降解產(chǎn)物經(jīng)光合作用后可再形成淀粉等物質(zhì)，可以再次成為合成聚乳酸的原料，從而實現(xiàn)碳循環(huán)[3]。因此，聚乳酸是一種完全具備可持續(xù)發(fā)展特性的高分子材料，在生物可降解高分子材料中占有重要地位。迄今為止，學者們對聚乳酸的合成、性質(zhì)、改性等方面進行了深入的研究。

2.1聚乳酸的合成

聚乳酸以微生物發(fā)酵產(chǎn)物-乳酸為單體進行化學合成的，由于乳酸是手性分子，所以有兩種立體結構。

聚乳酸的合成方法有兩種；一種是通過乳酸直接縮合；另一種是先將乳酸單體脫水環(huán)化合成丙交酯，然后丙交酯開環(huán)聚合得到聚乳酸[4]。

2.1.1直接縮合[4]

直接合成法采用高效脫水劑和催化劑使乳酸低聚物分子間脫水縮合成聚乳酸，是直接合成過程，但是縮聚反應是可逆反應，很難保證反應正向進行，因此不易得到高分子量的聚乳酸。但是工藝簡單，與開環(huán)聚合物相比具有成本優(yōu)勢。因此目前仍然有大量圍繞直接合成法生產(chǎn)工藝的研究工作，而研究重點集中在高效催化劑的開發(fā)和催化工藝的優(yōu)化上。目前通過直接聚合法已經(jīng)可以制備具有較高分子量的聚乳酸，但與開環(huán)聚合相比，得到的聚乳酸分子量仍然偏低，而且分子量和分子量分布控制較難。

2.1.2丙交酯開環(huán)縮合[4]

丙交酯的開環(huán)聚合是迄今為止研究較多的一種聚乳酸合成方法。這種聚合方法很容易實現(xiàn)，并且制得的聚乳酸分子量很大。根據(jù)其所用的催化劑不同，有陽離子開環(huán)聚合、陰離子開環(huán)聚合和配位聚合三種形式。（1）陽離子開環(huán)聚合只有在少數(shù)極強或是碳鎓離子供體時才能夠引發(fā)，并且陽離子開環(huán)聚合多為本體聚合體系，反應溫度高，引發(fā)劑用量大，因此這種聚合方法吸引力不高；（2）陰離子開環(huán)聚合的引發(fā)劑主要為堿金屬化合物。反應速度快，活性高，可以進行溶液和本體聚合。但是這種聚合很難制備高分子量的聚乳酸；（3）配位開環(huán)聚合是目前研究最深的，也是應用最廣的。反應所用的催化劑主要為過渡金屬的氧化物和有機物，其特點為單體轉化率高，副反應少，易于制備高分子量的聚乳酸。但是開環(huán)聚合有一個缺點，所使用的催化劑有一定的毒性，所以目前尋找生物安全性高的催化劑成為配位開環(huán)聚合研究的重要方向。

2.2聚乳酸的性質(zhì)

由于乳酸單體具有旋光性，因此合成的聚乳酸具有三種立體構型：左旋聚乳酸（PLLA）、右旋聚乳酸（PDLA）和消旋聚乳酸（PDLLA）。其中PLLA和PDLLA是目前最常用，也是最容易制備的。PLLA是半結晶型聚合物，具有良好的強度和剛性，但是其缺點是抗沖擊性能差，易脆性斷裂。而PDLLA是無定形的透明材料，力學性能較差[5]。

雖然聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性、優(yōu)異的力學強度和阻隔性，但是聚乳酸作為材料使用時有明顯的不足之處；韌性較差并且極易彎曲變形，結晶度高，降解周期難以控制，熱穩(wěn)定性差，受熱易分解，價格昂貴等。這些缺點嚴重限制了聚乳酸的應用與發(fā)展[6]。因此，針對聚乳酸樹脂原料進行改性成為聚乳酸材料在加工和應用之前必不可少的一道工序。

2.3聚乳酸的改性

針對聚乳酸的以上缺點，研究者們對其進行了增韌改性、增強改性和耐熱改性，用以改善聚乳酸的韌性和抗彎曲變形能力，提高熱穩(wěn)定性，進一步增強聚乳酸材料。

2.3.1增韌改性

在常溫下聚乳酸是一種硬而脆的材料，在用于對材料要求高的領域，需要對其進行增韌改性。增韌改性主要分為共混和共聚兩種方法。但是由于共聚法在聚乳酸的聚合過程中工藝比較復雜，并且生產(chǎn)成本高，因此在實際工業(yè)生產(chǎn)中，主要用共混法來改善聚乳酸的韌性。共混法是將兩種或兩種以上的聚合物進行混合，通過聚合物各組分性能的復合達到改性目的[7]。為了拓展聚乳酸材料在工程領域的用途，研究者們常采用將聚乳酸與其它高聚物共混，這樣一方面能夠改善聚乳酸的力學性能和成型加工性能，另一方面也為獲得新型的高性能高分子共混材料提供了有效途徑。

增韌改性所用的共混法工藝比較簡便，成本相應低一些，在實際工業(yè)生產(chǎn)中更加實用。不過受到聚乳酸本身的硬質(zhì)和高模量限制，共混法改性目前主要方向為增韌、調(diào)控親水性和降解能力。

2.3.2增強改性

聚乳酸本身為線型聚合物，分子鏈中長支鏈比較少，這就使聚乳酸材料的強度在一些場合滿足不了使用的要求。因此要對其進行增強改性，使其強度達到要求。目前主要采用了玻璃纖維增強、天然纖維增強、納米復合和填充增強等技術來對聚乳酸進行改性，用以提高聚乳酸材料的力學性能[7]。

目前，植物纖維和玻璃纖維對增強聚乳酸的力學性能效果相差不大，但是植物纖維價格低廉，并且對環(huán)境友好，因而成為對聚乳酸進行增強改性的常見材料。而填充增強引入了與聚合物基體性質(zhì)完全不同的無機組分并且綜合性能提升明顯，因此受到廣泛的關注。這其中，以納米填充最有成效，填充后可以全面提升聚乳酸的熱穩(wěn)定性、力學強度、氣體阻隔性、阻燃性等多種性能。此外，聚乳酸具有生物相容性和可降解的特性，因此用做人體骨骼移植、骨骼連接銷釘?shù)柔t(yī)學材料。

2.3.3耐熱改性

耐熱性差是生物降解高分子材料共有的缺點。聚乳酸的熔點比較低，因此它在高溫高剪切作用下易發(fā)生熱降解，導致分子鏈斷裂，分子量降低，成型制品性能下降。因此需要對聚乳酸進行耐熱改性，用以提高其加工性能，通常采用嚴格干燥、純化和封端基等方式提高其熱穩(wěn)定性[8]。目前，添加抗氧劑是提高聚合物耐熱性的常用方法，除了采用添加改性或與其它樹脂共混改性來提高聚乳酸耐熱性，還可以通過拉伸并熱定型的方法提高聚乳酸的耐熱性，與此同時，還可以改善其聚乳酸復合材料韌性和強度。在紡織、包裝業(yè)等領域有很好的應用。

從上述幾種改性結果來看，與聚乳酸相比，改性后的聚乳酸復合材料綜合性能等方面都得到了全面的提升，在醫(yī)學、紡織、包裝業(yè)等領域都得到了很好的應用。因此，聚乳酸復合材料得到了人們的喜愛與關注，并逐漸將人們的生活與之緊緊聯(lián)系在了一起。成為國內(nèi)外研究者所要研究的重點對象。

3.聚乳酸復合材料及研究進展

3.1聚乳酸復合材料

經(jīng)過改性劑改性過的聚乳酸復合材料是一種新型復合材料，它是以聚乳酸為基體，在其中加入改性劑混合用各種方式復合而成的。同時它具備與聚乳酸相同的無毒、無刺激性、良好的生物相容性等性質(zhì)，但是在性能方面要都優(yōu)于聚乳酸。聚乳酸復合材料在柔順性、伸長率、力學、電、熱穩(wěn)定性等方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，目前已經(jīng)將其應用與醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、紡織、包裝業(yè)和組織工程等[9]領域，應用非常廣泛。

聚乳酸復合材料可以在微生物的作用下分解為二氧化碳和水，對環(huán)境不會造成任何的危害，加上其在各個方面都具有優(yōu)異的性能，可以用于各個領域。因此成為了新一代的環(huán)境友好型材料被國內(nèi)外的研究者們廣泛關注。目前，就聚乳酸復合材料的研究，國內(nèi)外研究者們都取得了一定的成果和進展。

3.2聚乳酸復合材料研究進展

由于聚乳酸作為生物相容，可降解環(huán)境友好材料，存在著結晶速度慢、結晶度低、脆性大等缺陷，將需要與具有優(yōu)異導電、導熱、力學性能，生物相容性等優(yōu)點的填料復合進行填充改性[10]。這個方法成為目前國內(nèi)外研究的重點。對于聚乳酸復合材料的研究以下是國內(nèi)外研究者的研究進展。

盛春英[1]通過溶液共混法制備了聚乳酸/碳納米管復合物，用紅外光譜和DSC研究了復合材料的等溫結晶和非等溫結晶性能，重點研究了CNTs的種類、管徑、管長、質(zhì)量分數(shù)以及聚乳酸分子量對復合物結晶性能的影響，以及等溫結晶對復合材料拉伸性能的影響。

范麗園[2]將左旋聚乳酸和納米羥基磷灰石用含有親水基團的JMXRJ改性劑，通過溶液共混法，加強兩者親水性能和結合能力。以碳纖維為增強體，制備出碳纖維增強改性PLLA基復合材料。并分析其化學結構、結晶行為、熱性能以及等溫結晶時晶球變化。

張東飛等[3]人介紹了碳納米管制備的三種方法，即石墨電弧法、化學氣相沉積法和激光蒸發(fā)法，并闡述了碳納米管導熱基本機理，對碳納米管應用于復合材料熱傳導性能進行了研究與展望。

趙媛媛[4]采用溶液超聲法，選用多壁碳納米管作為填充物，制備聚乳酸/碳納米管復合材料，并對其進行改性研究。以碳納米管化學修飾及百分含量的變化對其在PLLA基體中的分散性、形態(tài)、結晶行為、力學性能和水解行為的影響為主要研究對象。

張凱[5]通過對有效的碳納米管分布對復合材料的導電性能進行研究。并重點從形態(tài)調(diào)控角度，調(diào)節(jié)碳納米管在高分子基體中的有效分布，構建了高效的導電網(wǎng)絡。并從晶體排斥、相態(tài)演變、隔離的角度，設計三種不同形態(tài)的導電聚乳酸/復合材料，降低了材料的導電逾滲值。

馮江濤[6]通過采用混酸處理、表面活性劑修飾和表面接枝三種方法對對碳納米管表面進行修飾，利用溶劑蒸發(fā)法制備聚乳酸/碳納米管復合材料，采用紅外吸收光譜、拉曼光譜、偏光顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡、差示掃描量熱分析儀對復合材料的表面形貌和結構進行了分析和總結。

李艷麗[7]通過混合強酸酸化與馬來酸酐接枝相結合，對碳納米管表面修飾，增強了碳納米管與聚乳酸之間的界面相互作用，獲得了碳納米管分散均勻的聚乳酸/碳納米管納米復合材料。并且研究不同條件下碳納米管對聚乳酸結晶行為的影響，發(fā)現(xiàn)碳納米管對聚乳酸的結晶有明顯的異相成核作用。

許孔力等[8]人通過溶液復合的方法制備聚乳酸/碳納米管復合材料，并對其力學性能和電學性能進行了詳細的研究，而且對復合材料的應用前景進行了展望。

李玉[9]通過將聚乳酸與具有優(yōu)異導電、導熱、力學性能、生物相容性的碳基納米填料進行填充改性。考察了靜電紡絲參數(shù)對聚乳酸纖維的形貌影響，并且考察了不同含量的碳納米管對復合纖維形貌和結構的影響。此外，還對靜電紡絲和溶液涂膜制備工藝對復合材料性能影響。

趙學文[10]通過將碳納米粒子引入聚合物共混體系實現(xiàn)了復合材料的功能化與高性能化。并且他們提出一種基于反應性碳納米粒子的熱力學相容策略，有效的提高了不相容共混物的界面粘附力，增強了材料的力學性能，同時賦予了導電等功能。

Mosab Kaseem等[11]人通過熱、機械、電氣和流變性質(zhì)對聚乳酸基質(zhì)中碳納米管的類型、縱橫比、負載、分散狀態(tài)和排列的依賴性。對不同性能的研究表明，碳納米管添加劑可以提高聚乳酸復合材料的性能。

Mainak Majumder等[12]人通過對聚乳酸/碳納米管復合材料制備和表征方面的研究，

綜述有關碳納米管在聚乳酸基質(zhì)中分散的有效參數(shù)。并且將聚乳酸與不同材料結合用來改變其性能。

Wenjing Zhang等[13]人通過溶液共混制備了一系列PLLA/碳納米管復合材料。測試了形態(tài)，機械性能和電性能。通過研究發(fā)現(xiàn)隨著碳納米管含量達到其滲透閾值，PLLA/碳納米管復合材料的體積電阻降低了十個數(shù)量級。通過光學顯微鏡圖像顯示了納米復合材料的球晶形態(tài)，用差示掃描量熱法（DSC）測量，其結果顯示，隨著碳納米管含量的增加，冷結晶溫度升高。

Eric D等[14]人通過研究在半結晶聚合物碳納米管復合材料中，碳納米管被視為可以影響聚合物結晶的成核劑。但是，由于碳納米管的復雜性。不同的手性，直徑，表面官能團，使用的表面活性劑和樣品制備過程可能會影響復合材料結晶。研究了半晶復合材料的結構，形態(tài)和相關應用。簡要介紹聚合物中的結晶和線性成核。使用溶液結晶方法揭示了界面結構和形態(tài)。

Kandadai等[15]人通過拉曼光譜分析表明PLLA和碳納米管之間的相互作用主要通過疏水的C-CH3官能團發(fā)生。復合材料的直流電導率隨碳納米管負載的增加而增加。導電的碳納米管增強的生物相容性聚合物復合材料可以潛在地用作新一代植入物材料，從而刺激細胞生長和通過促進物理電信號傳遞來使組織再生。

從以上國內(nèi)外研究者的研究進展中，可以看到，大部分的研究者都是通過溶液共混的方法制備聚乳酸復合材料，這種方法對于國內(nèi)外的研究者們來說比較簡便可靠。并且他們將制備好后的聚乳酸復合材料通過紅外光譜、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、差示掃描量熱、拉曼光譜和偏光顯微鏡等手段進行其結構和性能的觀察和分析，發(fā)現(xiàn)聚乳酸復合材料的性能在各個方面都有顯著的提高，并且可以應用與各個領域，應用前景非常廣闊。聚乳酸復合材料作為新一代性能全面的環(huán)境友好型材料，國內(nèi)外的研究者們對聚乳酸復合材料的研究還在進行著，并且對于它的發(fā)展都有很高的期待。

4.本課題的研究思路及研究內(nèi)容

4.1 研究思路

聚乳酸作為可降解生物材料，同時又具有生物相容性，力學性能好等優(yōu)點。碳納米管則具有良好的生物相容性，功能性等優(yōu)點。將兩種材料復合可以進一步改善聚乳酸結晶性能、力學性能、賦予其導電性。

對于聚乳酸/碳納米管復合材料的制備可以通過共混法、原位聚合及靜電紡絲法來制備，目前通常采用溶劑揮發(fā)法制備聚乳酸/碳納米管復合材料。通過拉曼光譜、電子能譜、掃描電子顯微鏡、示差掃描量熱來測定其結合能、材料表面形貌以及結晶、熔融溫度等方面進行觀察分析。

篇4

關鍵詞：涂附磨具；防靜電涂層；創(chuàng)新意見

中圖分類號：TQ63 文獻標識碼：A

涂附磨具有張頁狀（矩形）、圓片狀、環(huán)帶狀和其他特殊形狀，主要品種有砂布（紙）和砂帶，常以機械或手工作業(yè)方式使用，廣泛用于金屬材料、木材、陶瓷、塑料、皮革、橡膠以及油漆膩子等非金屬材料的磨削、拋光和打磨。目前涂附磨具的制作方法一般為：在紙基或布基上涂覆上底膠，然后把磨料植入底膠上，最后在磨料上涂覆一層復膠層，其中底膠或復膠層一般只通過合成樹脂再加幾種輔助材料制作而成。用此方法制成的涂附磨具，使用過程中容易產(chǎn)生靜電，影響涂附磨具磨削效果，需要改進。

1 涂附磨具構成要素

1.1 基材的分類

基材是涂附磨具中磨料和粘結劑的承載體，是涂附磨具具有可撓曲性的主導因素，基材的種類主要有紙、布、鋼紙、復合基、無紡布等。（1）紙：涂附磨具用紙是由特別結實而富有韌性的纖維制成的。紙價格便宜，一般不用進行基材處理，用量很大。（2）布：用纖維為原料，通過紡織構成一定組織而形成的織物。布在涂附磨具的基材中應用最廣，柔性好，強度高，但需要進行嚴格的基材處理；涂附磨具用布在目前主要有棉布、混紡布、聚酯布等。（3）鋼紙：由多層棉纖維融合而成的、強度很高的基材。能承受高機械負荷，強度高，伸長小，耐熱性好，用于鋼紙砂盤、異型制品的生產(chǎn)。（4）復合基：由紙和布復合而成，綜合了紙和布的優(yōu)點，強度高，伸長極小，用來制作高速重負荷砂帶，少量制作砂盤。（5）無紡布：將一種或數(shù)種纖維采用粘結或機械等方法，使之不經(jīng)編織過程而具有布匹的外貌和性能，用來制作松軟的拋光磨具。

1.2 磨料的種類

磨料是涂附磨具產(chǎn)生磨削和拋光作用的主體。磨料分為天然磨料和人造磨料。涂附磨具常用的磨料品種主要有：（1）棕剛玉（A）：外觀呈棕色或棕褐色，硬度較高韌性好，能承受很大壓力，有耐高溫、抗腐蝕、化學穩(wěn)定性好等特點，應用廣泛。（2）白剛玉（wA）：外觀呈白色，硬度高于棕剛玉，性脆，韌性比棕剛玉低，磨料易碎裂，鋒利性好。（3）黑碳化硅（C）：主要成分是SIC，外觀呈黑色，硬度高性，性脆，磨料的鋒利性好。（4）鋯剛玉（ZA）：外觀呈灰白色或灰褐色，有很好的韌性和耐磨性，適于高速重負荷磨削和難磨金屬材料的加工。

1.3 粘結劑的分類

粘結劑是起粘結磨料和基材的作用，使磨具具有一定的形狀和強度。涂附磨具中的粘結劑一般由基材處理劑、底膠、復膠等構成。基材處理劑作用主要是改善基材的物理機械性能，保證良好的涂膠植砂質(zhì)量。底膠是將磨料粘結在基材上的涂層，起粘結和固定磨料的作用。復膠是在已固定的磨粒上再涂一層粘結劑，把磨料包圍住從而進一步加強磨粒與基材的粘結強度，保證磨粒在磨削過程中能經(jīng)受磨削力的擠壓和沖擊而不易脫落。涂附磨具用的粘結劑主要有：動物膠、合成樹脂等。

2 涂附磨具權力要求

一種涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的底膠層和∕或復膠層，其特征是底膠層和∕或復膠層含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂25～85；無機復合導電材料10～60；增溶劑0.1～5；輔助材料5～40。根據(jù)權利要求1所述涂附磨具的防靜電涂層配方，其特征是所述合成樹脂為酚醛樹脂、或者尿醛樹脂、或者密胺樹脂、或它們的組合，重量份數(shù)為30～50，或者60～80。根據(jù)權利要求2所述涂附磨具的防靜電涂層配方，其特征是所述無機復合導電材料為石墨與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為20～30，或30～50；石墨占混合物總量的40%～60%。根據(jù)權利要求2所述涂附磨具的防靜電涂層配方，其特征是所述無機復合導電材料為氨類鹽與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為10～30，或者40～50；氨類鹽占混合物總量的60%～80%。根據(jù)權利要求3或4所述涂附磨具的防靜電涂層配方，其特征是所述輔助材料包含膨潤土或者濕潤劑，重量份數(shù)為5～10；硅酸鈣或者碳酸鈣，重量份數(shù)為5～15。根據(jù)權利要求5所述涂附磨具的防靜電涂層配方，特征是所述輔助材料還包含鈦白粉或氧化鐵，重量份數(shù)為1～5；冰晶石或氟硼酸鹽，重量份數(shù)為1～5；硬脂酸鋅或硬脂酸鎂，重量份數(shù)為1～5。

3 涂附磨具的防靜電涂層配方

本發(fā)明旨在提供一種制作簡便、成本低、達到防靜電效果的涂附磨具的防靜電涂層配方，以克服現(xiàn)有技術不足。按此目的設計的一種涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的底膠層和∕或復膠層，其特征是底膠層和∕或復膠層含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂25～85；無機復合導電材料10～60；增溶劑0.1～5；輔助材料5～40。所述合成樹脂為酚醛樹脂、或者尿醛樹脂、密胺樹脂、或它們的組合，重量份數(shù)為30～50，或者60～80。所述無機復合導電材料為石墨與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為20～30，或者30～50；石墨占混合物總量的40%～60%。所述無機復合導電材料為氨類鹽與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為10～30，或者40～50；氨類鹽占混合物總量的60%～80%。所述輔助材料包含膨潤土或者濕潤劑，重量份數(shù)為5～10；硅酸鈣或者碳酸鈣，重量份數(shù)為5～15。所述輔助材料還包含鈦白粉或氧化鐵，重量份數(shù)為1～5；冰晶石或氟硼酸鹽，重量份數(shù)為1～5；硬脂酸鋅或硬脂酸鎂，重量份數(shù)為1～5。本發(fā)明采用上述技術方案，在涂附磨具的底膠層和∕或復膠層內(nèi)增添具有導電作用的無機復合導電材料，使本發(fā)明的涂附磨具比傳統(tǒng)的導電性提高1000～1000000倍，在磨削過程中能有效杜絕靜電產(chǎn)生而影響磨削效果。

4 具體實施方式

第一實施例：本涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的底膠層，含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂70；無機復合導電材料40；增溶劑1；輔助材料25。其中，合成樹脂采用酚醛樹脂，重量份數(shù)為70；無機復合導電材料為石墨與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為40（石墨含量為50%）；輔助材料包含膨潤土，重量份數(shù)為10；硅酸鈣，重量份數(shù)為15。該配方特點為：色澤較深、導電性能較高。

第二實施例：本涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的底膠層，其含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂60；無機復合導電材料20；增溶劑0.5；輔助材料25。其中，合成樹脂采用尿醛樹脂，重量份數(shù)為60；無機復合導電材料為氨類鹽與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為20（氨類鹽含量為80%）；輔助材料包含濕潤劑，重量份數(shù)為10；碳酸鈣，重量份數(shù)為10；還包含鈦白粉，重量分數(shù)為2；冰晶石，重量份數(shù)為2；硬脂酸鋅，重量份數(shù)為1。該配方特點為：色澤偏白、導電性能高。

第三實施例：本涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的復膠層，其含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂40；無機復合導電材料40；增溶劑3；輔助材料35。其中，合成樹脂采用酚醛樹脂，重量份數(shù)為40；無機復合導電材料為氨類鹽與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為40（氨類鹽含量為60%）；輔助材料包含濕潤劑，重量份數(shù)為10；碳酸鈣，重量份數(shù)為15；還包含鈦白粉，重量分數(shù)為5；冰晶石，重量份數(shù)為3；硬脂酸鋅，重量份數(shù)為2。該配方特點為：色澤較白、導電性能高。

第四實施例：本涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的復膠層，其含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂35；無機復合導電材料45；增溶劑4；輔助材料21。其中，合成樹脂采用密胺樹脂，重量份數(shù)為35；無機復合導電材料為氨類鹽與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為45（氨類鹽含量為80%）；輔助材料包含膨潤土，重量份數(shù)為5；硅酸鈣，重量份數(shù)為8；還包含氧化鐵，重量分數(shù)為3；氟硼酸鹽，重量份數(shù)為3；硬脂酸鎂，重量份數(shù)為2。該配方特點為：色澤偏紅、導電性能較高。

第五實施例：本涂附磨具的防靜電涂層配方，包括涂附在磨具上的復膠層，其含有如下重量份數(shù)的材料：合成樹脂30；無機復合導電材料25；增溶劑4；輔助材料30。其中合成樹脂采用尿醛樹脂，重量份數(shù)為30；無機復合導電材料為石墨與無機高分子材料的混合物，重量份數(shù)為25（石墨含量為25%）；輔助材料包含濕潤劑，重量份數(shù)為10；硅酸鈣，重量份數(shù)為10；還包含氧化鐵，重量分數(shù)為5；氟硼酸鹽，重量份數(shù)為2；硬脂酸鎂，重量份數(shù)為3。該配方特點為：色澤深紅、導電性能高。

結語

涂附磨具的選擇是一個較復雜的問題，科學的選擇是建立在細致、繁瑣和大量試驗的基礎上。本發(fā)明具有制作簡便、材料成本低、使涂附磨具的達到防靜電效果的特點，以克服現(xiàn)有技術中的不足之處，因此其在磨削過程中能有效杜絕靜電的產(chǎn)生而影響其磨削效果。

參考文獻

篇5

現(xiàn)在用于文物保護的材料主要包括人工合成高分子材料以及天然高分子材料兩種，其中對于人工合成高分子材料的使用更加普遍。在保護彩繪類文物通常所使用的材料為PrimalAC33、B72、有機硅等，它們具有顏色變化小、粘結性好、耐老化等特點。但是PrimalAC33的Tg僅為14℃，所以在常溫下此材料會因為太軟而容易吸灰；同時B72在老化后其可逆性會變差，并且會變得脆、黃。由于上述材料的種種不足，在當今文物保護中對于新材料的研發(fā)變得十分重要。而使用物理或化學的方法在高分子材料中混合納米材料，使其既有納米材料又具有高分子材料的性能，則現(xiàn)今的文物保護中具有重要作用。將納米材料的量子尺寸效應用于文物保護中具有很大的優(yōu)勢，相比較宏觀大塊的材料而言它具有獨特的光、熱、電、力、光以及化學特征，主要表現(xiàn)如下：

一、同步增強增韌效應

納米材料的比表面積很大、粒徑很小，因此與其它材料具有很強的結合力，在制作復合材料時不僅能提高材料的強度還能夠增強材料的韌性。對分散有納米TiO2的PMMA進行拉伸實驗，可知若加入的TiO2為5%，則拉伸強度會增加60%；若加入的TiO2為15%，則拉升強度增加90%。通過實驗可知，使用納米材料能夠提高有機質(zhì)文物的強度，例如年代久遠的紡織品、骨角象牙、紙張等，有助于對其進行長期保存。

二、透明及防遮蓋特性

納米材料的粒徑都小于100nm，而可見光的波長則為400nm至750nm，因此根據(jù)Mie理論可知納米級材料TiO2相對于可見光而言是透明的特性。所以用納米材料TiO2所制成的符合材料涂抹是無色、透明的，將其涂在文物的表面可以不改變文物原來的性狀。但如果在制備復合材料時納米材料發(fā)生的團聚，那么就可能是材料的實際粒徑大于納米級，降低符合材料的透明性。因此在制備復合材料時必須要保證納米材料均勻的分散在基體材料之中。

三、抗紫外線和耐老化特性

紫外線對文物具有很大的危害作用，紫外線的照射能夠使彩繪文物褪色、變色以及表面的彩繪脫落，能夠使的銀器變黑，同時使纖維類文物產(chǎn)生光解。而因為一些納米材料具有抗紫外線的特征，在保護文物免受紫外線損害方面起到了非常重要的作用。例如ZnO、TiO2等納米材料，它們本身具有半導體的特性，可以通過吸收或者散射紫外線來減小紫外線的通過率。同時，納米顆粒的量子尺寸效應使其在吸光時產(chǎn)生“寬化”和“藍移”現(xiàn)象進而增強了對紫外線的吸收作用。

四、疏水疏油性

納米材料的表面具有很高的化學活性，非常容易與周圍的氣體小分子結合，從而形成一層非常薄的氣體膜，這層薄膜阻止了水分子與油分子吸附在材料的表面，因此使得材料呈現(xiàn)出疏水疏油的特性。納米材料的這種應用在古代的“黑漆古”銅鏡就有所應用，研究發(fā)現(xiàn)在“黑漆古”銅鏡的表面有一層大約10um的表層，該表層含有納米SnO2微粒，有效的阻止了外部的空氣和水分對文物表面的腐蝕。運用納米材料的雙疏性可以對防止酸雨等對室外文物破壞。

五、抗菌防霉性

根據(jù)納米材料的有效成分可以將其分為光催化型、金屬離子型、稀土激活光催化復合型等3類，它們都具有抗菌防霉的作用。其中，都屬于光催化納米材料，它們在文物保護中使用的更為頻繁，這類材料的作用機制是利用了納米粒子的光催化作用。納米半導體通過以下兩種方式進行殺菌：一是光生空穴與光生電子直接與細菌的細胞壁、細胞膜以及細胞內(nèi)的相關成分產(chǎn)生反應；另一種方式則是和自由基（等）與脂類、酶類、蛋白類、核酸等生物大分子反應，直接作用于生物的細胞結構，或者經(jīng)過一系列的氧化鏈式反應后對生物的細胞結構進行破壞。納米材料的這種性能有利于處于潮濕環(huán)境中的絲織物、紙質(zhì)物等有機物進行保護，極大的保護文物免受防霉殺菌劑以及空氣凈化劑帶來的損壞。

六、呼吸性

材料的呼吸性是指，保護材料在不僅能夠阻止外界的液態(tài)水進入文物，同時也可以文物讓內(nèi)部的水分通過氣體的形式從內(nèi)部散發(fā)，使得文物內(nèi)外的濕度達到一個相對平衡的狀態(tài)。對于石質(zhì)的文物來說，其自身的毛細孔就可以保證文物與外界進行水分交換。一旦使用了高分子保護材料，由于材料具有防水性，會使得文物內(nèi)部與外界不能很好的進行水分交換，進而在文物的內(nèi)部會產(chǎn)生了一個很明顯的濕度梯度。如果外界的溫度發(fā)生了變化，那么在不同的濕度交界處就會存在顯著的收縮膨脹應力，如果文物長期受到外界溫度的變化，這種應力差將對文物產(chǎn)生一個非常大的破壞。

如果將納米顆粒加入到高分子材料中，使得文物內(nèi)部產(chǎn)生了很多的微小空隙，進而增加了文物透水透氣的性能；并且使用納米材料也不會影響文物本身的毛細空氣，可以保證文物能夠順利的與外界進行水分交換。經(jīng)實驗證明，加入了納米材料的高分子材料其不僅具有良好的透氣性，其本身的憎水水也沒有受到影響，所加入的納米粒子越多材料的通透性就越好。納米材料的這種性能對于一些石質(zhì)類、陶瓷類文物的保護作用非常明顯，可以增加文物的透氣性，防止其內(nèi)的鹽分在溫濕度環(huán)境下溶解結晶，進而產(chǎn)生往復作用力作用在文物的孔壁，使得文物表面剝落。

七、總結

篇6

[關鍵詞]聚丙烯、改性、PP、共聚、塑料

中圖分類號：TQ325.14 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2013）33-0109-01

前言

聚丙烯（PP）具有密度小、剛性好、強度高、耐撓曲、耐化學腐蝕、絕緣性好等優(yōu)點，不足之處是其性能低溫沖擊性能較差、易老化、成型收縮率大。聚丙烯用途廣泛，用于農(nóng)業(yè)、汽車工業(yè)、建筑材料、機械電子等在內(nèi)的諸多領域。開拓聚丙烯在重大產(chǎn)業(yè)領域的市場，取代其他塑料，所憑借的因素一是聚丙烯物美價廉、二是聚丙烯改性的進展。

一、聚丙烯的化學改性

聚丙烯的化學改性是指通過化學方法改變聚丙烯分子鏈上的原子或原子團的種類及組合方式的改性方法。經(jīng)化學改性后的聚丙烯，其分子鏈結構發(fā)生變化，從而對材料的聚集態(tài)結構或織態(tài)結構產(chǎn)生影響，改變材料性能，因此，通過化學改性可以得到具有不同應用性能的新材料。

1、聚丙烯的共聚改性

以丙烯單體為主的共聚改性可在一定程度上增進均聚PP的沖擊性能、透明性和加工流動性，它是提高PP 韌性，尤其是低溫韌性的最有效的手段之一。將丙烯、乙烯混合在一起聚合，其聚合物主鏈中無規(guī)則地分布著丙烯和乙烯鏈段，乙烯則起著阻止聚合物結晶的作用，當乙烯質(zhì)量分數(shù)達到20%時結晶便很困難，當質(zhì)量分數(shù)為30%時就完全無定形，成為無規(guī)共聚物，其特點是結晶度低、透明性好、沖擊強度增大等。采用Zieglar催化劑或茂金屬催化劑可以制備立構嵌段聚丙烯（又稱為熱塑性彈性聚丙烯，Thermoplastic elastomer）。由于在分子鏈上同時含有等規(guī)和無規(guī)兩種鏈段，因此具有低的初始彈性模量，相對高的拉伸強度，低的蠕變性能以及高的可逆形變。嵌段共聚物與等規(guī)共聚物相比，低溫性能優(yōu)良，耐沖擊性好；與等規(guī)PP和各種熱塑性高聚物的共混物相比，剛性降低不大。

Exxon 公司采用雙茂金屬催化劑在單反應器中制備了雙峰分布的丙烯- 乙烯共聚物，其加工溫度范圍大約為26℃，比常用的聚丙烯共聚物的加工溫度范圍（約15℃）寬，克服了單峰茂金屬聚丙烯樹脂加工溫度范圍窄的缺點，在生產(chǎn)BOPP薄膜時拉伸更均勻且不易破裂，并可以在低于傳統(tǒng)聚丙烯的加工溫度下生產(chǎn)性能良好的聚丙烯薄膜。浙江大學合成3種新型非橋聯(lián)二茚鋯茂催的存在下，與PP在擠出機中熔融共混完成接枝反應（或者與丙烯單體共聚），然后在水的作用下，硅烷水解成硅醇，經(jīng)縮合脫水而交聯(lián)。該技術的關鍵是在接枝反應時必須嚴格監(jiān)控，防止PP降解。

2、聚丙烯的接枝改性

20世紀80年代初，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對PP 的耐熱性能提出了更高的要求。將PP的熱變形溫度提高到100 ℃，僅靠機械共混的辦法是難以達到的，而交聯(lián)是比較有效的途徑之一。交聯(lián)改性可分為輻射交聯(lián)和化學交聯(lián)。其主要區(qū)別在于引起交聯(lián)反應活性源的生成機理不同。交聯(lián)過程是用帶有烯類雙鍵的三官能團的有機硅烷在少量過氧化物的存在下，與PP 在擠出機中熔融共混完成接枝反應（或者與丙烯單體共聚） ，然后在水的作用下硅烷水解成硅醇，經(jīng)縮合脫水而交聯(lián)。該技術的關鍵是在接枝反應時必須嚴格監(jiān)控，防止PP降解。

交聯(lián)改性聚丙烯技術是通過選擇合理的引發(fā)劑和助交聯(lián)劑及體系，防止聚丙烯降解，實現(xiàn)聚丙烯的可控交聯(lián)，交聯(lián)后的材料力學性能大幅度提高，同時，交聯(lián)改性聚丙烯還可獲得高的熔體強度，應用于聚丙烯的發(fā)泡成型。

二、聚丙烯的物理改性

物理改性由于工藝過程簡單，生產(chǎn)周期短，所制得材料性能優(yōu)良，近年來已成為高分子材料一個新的研究熱點。常用的改性方法主要有共混改性、填充改性、增強改性等。

1、共混改性

共混是一種簡單而有效的物理改性方法，將兩種或兩種以上的高聚物共混時，可制得兼有這些高聚物性質(zhì)的混合物，即合金。共混體系在宏觀上是均勻的，而微觀上是非均勻的，它的宏觀特性主要決定于組分材料性能、物料配比和微觀結構，如分散相的分布與界面狀況。

將乙丙橡膠、天然橡膠、三元乙丙橡膠、苯乙烯―丁二烯―苯乙烯嵌段共聚物、乙烯―乙酸乙烯共聚物等各種彈性體摻入其中進行共混改性，利用彈性體微粒來吸收部分沖擊能，并作為應力集中劑來誘發(fā)和抑制裂紋增長，從而使PP 中脆性斷裂轉變?yōu)檠有詳嗔眩蠓忍岣咂錄_擊強度，可以改善PP的韌性。彈性體雖然可以大幅度提高聚丙烯的韌性，卻極地降低了材料的剛性和強度。PP與剛性聚合物共混則可在增韌的同時保持材料的剛性，還可使體系的其他性能得以協(xié)同提高。常用的剛性體主要是聚苯醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍等。由于這些剛性體均是極性聚合物，與PP的相容性較差，呈現(xiàn)明顯的相分離現(xiàn)象，共混物的韌性比基體PP還差。因此在共混時必須加入增溶劑，有時也采用原位增溶來改善相容性，進而提高PP的力學性能。

2、填充及纖維增強改性

在聚合物中填充各種填料的最初目的是為了降低成本。然而，近年來的研究表明，填料不僅可以提高聚丙烯的剛性和耐熱性，降低制品收縮率，還可以提高聚丙烯的韌性。用在聚丙烯填充改性的填料主要有碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、硫酸鋇等，添加某些填料，如Ma（OH） 還能起到阻燃作用。由于填充劑大多為無機物，與有機高分子材料表面性質(zhì)上存在很大差異，因此常常需要添加界面改性劑來增加無機填料與有機高分子之間的界面作用，進而改善材料的熱性能和力學行為[2]。纖維增強復合材料由于具有“輕質(zhì)高強”的優(yōu)點，近年來獲得了廣泛的研究和應用。這些復合材料能在保留原有組分主要特性的基礎上，通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。所以，增強復合是對聚丙烯進行改性的十分有效、簡便和經(jīng)濟實用的方法。用于增強聚丙烯的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維以及天然纖維。由于各種纖維性質(zhì)不同，對于增強聚丙烯的制備工藝和性能的影響也有所不同。玻璃纖維增強復合材料由于具有高的強度和低的成本，已經(jīng)成為一種典型的增強材料，大約占到增強高分子材料的85%； 碳纖維由于成本較高且與聚丙烯界面黏結性差，需用特殊工藝制備碳纖維/聚丙烯復合材料，成本比玻璃纖維增強材料高，因此只能應用于對材料性能有特殊需要的航天、軍事等領域[3]；天然纖維由于具有低的成本、可回收和可生物降解性，并且具有高的強度和硬度，在聚丙烯改性領域中得到了廣泛的研究。

結束語

目前我國對PP改性技術的研究正處于高速發(fā)展時期，但我國改性PP與國外相比還存在一定差距，因而加速聚丙烯改性的研究，提高聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量、擴大聚丙烯的應用領域是必要的，并且將新型技術用于改性聚丙烯將是未來發(fā)展趨勢，改性聚丙烯在21 世紀將會有廣闊的發(fā)展前景。在競爭日趨激烈的市場條件下，PP 改性已不僅是塑料加工廠的事，PP 生產(chǎn)廠也必須為其產(chǎn)品的出路和效益殫精竭慮，所不同的是，后者更注重如何更多、更有效地利用PP原料而非其他聚合物。與其他塑料一樣，PP市場和應用取決于加工產(chǎn)品的種類和新品的開發(fā)，利用PP改性方法可開發(fā)出適應市場需求的專用料，擴大PP的應用領域。

參考文獻

篇7

關鍵詞：聚丙烯復合材料;制備;性能

中圖分類號：TQ32 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-11-00-01

一、引言

聚丙烯（Poly Propylene，PP）作為一種通用高分子材料，具有強度高、耐熱性好、密度小、易加工和廉價等優(yōu)點，已成為繼聚乙烯、聚氯乙烯之后的第三大通用塑料，成為最具發(fā)展前途的熱塑性高分子材料之一。但普通聚丙烯韌性差、低溫易脆裂，其半結晶性使其無法適用于低溫環(huán)境，且其非極性的線性鏈結構和較高的結晶性降低了與其它高分子材料和無機填料的相容性，限制了聚丙烯在許多領域中的進一步應用。因此，對聚丙烯進行改性，制備高性能、功能化聚丙烯復合材料，拓展其應用領域，便成為了學術界和企業(yè)界關注的焦點。本文以聚丙烯合金為例介紹其制備方法及性能。

二、聚丙烯合金的制備

（一）接枝改性法制備聚丙烯合金

制備聚丙烯合金，首先要增強其與合金組分的相容性，即在其分子中引入功能性基團，對PP進行接枝改性，即在PP主鏈上接枝含功能性基團的單體，使其包含功能性基團結構，既能增加PP功能性又能提高機械性能，是一種簡單可行的方法。向PP鏈中引入含有極性基團的單體，如馬來酸酐（MAH）、丙烯酸酯、丙烯酰胺（AM）、苯乙烯（St）等，可改善其染色性、粘接性及與其他聚合物的相容性差等缺點，提高PP的熱穩(wěn)定性及光化學穩(wěn)定性，增強PP極性的同時賦予其反應活性。接枝后的PP一般為改性部分和未反應原料的混合體，本身就已是塑料合金了;此外，經(jīng)過接枝改性的PP還可用做高聚物共混的界面相容劑以及高聚物與無機填料復合的相容劑。

溶液接枝法是將PP溶解在適當?shù)娜軇┲校ㄟ^自由基、氧化和高能輻射等方法引發(fā)單體接枝共聚。接枝反應以自由基引發(fā)居多。通常在120～140℃之間進行，選用甲苯、二甲苯、氯苯等作為溶劑，溶劑的極性對接枝反應影響很大。

熔融接枝法也稱為反應擠出法，是研究最多并已實現(xiàn)工業(yè)化的一種接枝方法。熔融接枝法是將聚烯烴與接枝單體和各種助劑在擠出機中熔融進行接枝共聚反應生成改性產(chǎn)品的方法。

輻射接枝法是用電子加速器產(chǎn)生的電子射線或Co60產(chǎn)生的中子射線照射使PP產(chǎn)生自由基，再與接枝單體反應生成接枝共聚物。根據(jù)輻照過程和接枝過程的特點，分為4種實施技術，共輻射法、過氧化法、后輻射法和輻射法。

懸浮接枝法是將聚丙烯顆粒與單體和引發(fā)劑一起懸浮在水相上反應，通常反應前在低溫下將PP和單體接觸一定時間，使其充分接觸、均勻分布，再升溫進行接枝反應。

紫外光輻射接枝法是以二苯甲酮（BP）為光引發(fā)劑，在紫外（UV）光引發(fā)下，加入接枝單體對PP進行接枝改性，具備活性自由基聚合的特點。

固相接枝法是將聚丙烯顆粒直接與適量的單體、引發(fā)劑以及助劑混合，加熱引發(fā)接枝反應，反應溫度一般控制在PP軟化點以下（100～140℃），由于PP在反應溫度下仍然保持顆粒狀，故稱為固相接枝法。

超臨界二氧化碳（SCCO2）協(xié)助PP固相接枝法既具有溶液法接枝均勻、接枝率高，反應溫度低，PP斷鏈少的長處，又具有固相法后處理簡單，不需要使用有機溶劑的優(yōu)點，同時在一定程度上克服了這兩種方法各自的缺點。利用SCCO2將單體和引發(fā)劑溶解同時將PP溶脹、把接枝單體和引發(fā)劑攜帶到PP粒子內(nèi)部，在PP基體上進行插嵌，然后升溫在固相中進行接枝反應，對PP改性和修飾。超臨界流體獨特的物理化學性質(zhì)，有效改善了相間傳質(zhì)，使接枝均勻。超臨界接枝改性有兩種方法：一種是將單體、引發(fā)劑及PP一起在SCCO2中溶脹一段時間后直接快速升溫反應到規(guī)定時間。另一種不經(jīng)過溶脹階段而直接升溫后在超臨界狀態(tài)下反應。

（二）原位共聚法制備聚丙烯合金

原位制備聚丙烯合金技術是在第四代Ziegler～Nat ta催化劑的基礎上發(fā)展起來的，可大幅度調(diào)控聚合物材料的性能，因此被譽為聚烯烴材料領域的一次革命。原位技術是以聚烯烴粒子為微型反應器，又稱為顆粒反應器技術（RGT）。20世紀80年代，Himont公司（現(xiàn)Basell公司）首先提出“顆粒反應器”的概念：通過控制烯烴單體在多孔球形載體催化劑上聚合增長，得到完全復制催化劑形態(tài)的聚合物粒子，該粒子具有球形多孔結構，可作為微反應器，進行多種烯烴單體的共聚，生成聚烯烴合金。

丙烯在第一級反應器中進行本體聚合，得到均聚聚丙烯，然后轉移至下一級反應器，同時通入乙烯和丙烯或乙烯和α-烯烴進行氣相共聚，在均聚聚丙烯顆粒的孔隙內(nèi)部生成共聚物彈性體。通常商品化的抗沖聚丙烯中乙丙無規(guī)共聚物的質(zhì)量分數(shù)控制在5%～25%，共聚物中乙烯的質(zhì)量分數(shù)為40%～65%。

三、聚丙烯合金的性能

以下以塑鋼纖維為例，塑鋼纖維是一種新型合成纖維。塑鋼纖維是以聚丙烯改性高分子聚合物為主要原料，經(jīng)過特殊工藝技術生產(chǎn)而成。它是一種表面粗糙，外型輪廓分明的單絲粗纖維：直徑粗細不同、纖維長短不等、成波浪形狀、抗拉強度高、彈性模量大、抗酸堿能力強;并且具備鋼筋、鋼纖維的外型，鋼筋、鋼纖維的功能，又有合成軟纖維的優(yōu)點。主要用來代替在混凝土面板結構中的焊接金屬網(wǎng)格和鋼纖維。塑鋼纖維是一種應用于建筑工程，控制混凝土韌性和抗擊性能的高強度纖維，可以替代傳統(tǒng)鋼筋網(wǎng)、鋼纖維，而建設成本更加經(jīng)濟;使用操作省時方便：且具有廣泛應用前景的混凝土增強新型材料。不僅如此在其他方面聚丙烯材料的應用和發(fā)展也前景廣闊。

四、結束語

普通聚丙烯材料的缺點導致聚丙烯復合材料的出現(xiàn)，聚丙烯復合材料的優(yōu)良特性使其迅速得到了廣泛應用。

參考文獻：

[1]趙愛利.車用聚丙烯樹脂SP179的工業(yè)開發(fā)與研究[D].蘭州理工大學，2011.

篇8

1.1雙體復合材料雙體復合材料可以通過工業(yè)處理將納米粒子均勻的分散到二維薄膜材料中，粒子在彌散過程中會產(chǎn)生均勻或不均勻兩種分布狀態(tài)，這兩種分布狀態(tài)的復合結構都具有一定的穩(wěn)定性。均勻和非均勻彌散狀態(tài)的薄膜基體表現(xiàn)出的層狀結構具有明顯的差異性，納米粒子分散混亂的材料的構成層級種類很多，分散有序、均勻的材料層級種類較少。1.2　多體復合材料多體復合材料可以通過工業(yè)處理將納米粒子均勻的分散到三維固體中，納米粒子會通過外力作用，深入固體組織結構，改變其分子集團的分布情況，進而影響三維固體的物理性能和化學性能。多體復合材料的應用前景非常好，是當今納米材料科研工作者研究的重點問題。

2納米復合材料發(fā)展趨勢分析

2.1納米復合涂層材料納米復合涂層材料的化學性質(zhì)穩(wěn)定，并且柔韌性好、硬度高、耐腐蝕性強，在工程材料表面涂抹這種防護材料不僅可以防止工程材料的破損，還能增加工程材料的防護功能。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的發(fā)展，復合涂層材料得到了顯著發(fā)展，單一納米結構逐漸轉變?yōu)槎鄬蛹{米結構。美國著名納米工程材料研究專家普修斯于2012年成功研制出了復合涂層納米材料，這類納米材料的抗氧化性能非常好，可以在高溫條件下保持不褪色、不熱化。對其材料進行強度檢測可發(fā)現(xiàn)，該材料的涂層硬度高達20.SGpa，是碳鋼強度的35倍。具體工藝流程如下：首先，用激光蒸發(fā)法去除鋼表面的納米結構，將金剛石納米粒子涂抹在鋼表面；之后，重復上述工藝步驟，在鋼表面上涂抹兩層金剛石納米粒子；最后，在高溫條件下對鋼表面材料進行擠壓復合。經(jīng)過多次擠壓，納米復合涂層材料就此形成，經(jīng)過加工，鋼材料的硬度提高了23.4倍。2.2　高力學性能材料高力學性能是突出材料的強度、硬度等物理性能，工程材料經(jīng)過力學改性之后，其物理性質(zhì)會發(fā)生翻天覆地的變化。對原始材料進行改性實驗雖然在一定程度可以提高材料的某些力學性能，但這種性能的提升具有很強的局限性，并不能真實的體現(xiàn)出材料的力學極限。經(jīng)過納米復合材料改性，高力學性能材料得到了非常顯著的研究成果。高力學性能材料發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）高強度合金。采用晶化法可以大大提升納米復合合金材料的力學性能，對金屬進行納米復合實驗，可以將材料轉變成復合型納米金屬，如將鋁進行納米復合實驗，鋁會轉化為過度族金屬，這種金屬結構的延展性和強度非常高。（2）陶瓷增韌。納米粒徑很小，所以納米粒子很容易就可滲透到細小分子結構中，粘合關聯(lián)性并不緊密的各分子基團。在陶瓷增韌領域納米復合材料起到了很好的促進作用，在碳化硅粉末中加入粒徑為10μm的碳化硅粗粉，在高溫高壓條件下進行合成，合成之后碳化硅的物理性質(zhì)會發(fā)生很大的改變，煅燒后的陶瓷材料的柔韌性明顯增強了，斷裂韌性提高了34.23%。2.3　高分子基納米復合材料高分子材料近幾年在我國工業(yè)領域應用十分廣泛，高分子材料的物理性能穩(wěn)定且可塑性好，所以在裝飾行業(yè)中的發(fā)展前景非常廣闊。采用納米復合方式結合高分子基是我國納米工程材料正在研究探討的重要課題，目前我國科研專家已初步完成了部分高分子基納米復合材料的研制工作。具體表現(xiàn)在：將鐵和銅粉末按照4:5的比例進行研磨，研磨均勻后用高粒子顯微儀器提取鐵銅合金粉體，通過顯微鏡觀察可知這種粉體的晶體結構穩(wěn)定，晶粒間的距離很短。這種粉體和環(huán)氧樹脂基團進行復合實驗可以研制出高強度的金剛石材料，并且其材料還具有很強的靜電屏蔽性能。2.4　磁性材料磁性材料是我國工業(yè)材料中研究難度最大的課題之一，因為磁性材料的電磁環(huán)境不好判斷，所以在應用時經(jīng)常會遇到復合材料因磁性過大導致使用。隨著納米復合材料的研發(fā)和投入使用，磁性材料將進入全新的發(fā)展階段。人們在顆粒膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應，納米粒子在空間流動會被周圍磁場帶入順磁基體當中，空間中的銅、鐵、鎳等磁性粒子都會附著在納米粒子上。經(jīng)過金屬粒子和納米粒子的復合，顆粒膜材料不僅會擁有強大的電磁感應，還會具有較高的耐熱性能。2.5光學材料傳統(tǒng)光學材料的綜合應用能力很差，其材料的物理性能大多只能滿足導電性和導熱性，其硬度和穩(wěn)定性都很差。納米復合材料誕生之后，人們逐漸找到了納米粒子的發(fā)光原理。不發(fā)光的工程材料當減小到納米粒子大小時，其粒子周圍會因光色折射產(chǎn)生一定的光。在可見光范圍內(nèi)這些粒子會不斷產(chǎn)生新的光，雖然這些材料的納米粒子發(fā)出的光并不明顯，且穩(wěn)定度也很差，但是科研專家可以從這方面入手，研究納米復合材料的發(fā)光性能。將具有代表性的工程材料作為可發(fā)光體，并對其分子結構轉化為納米粒子大小的發(fā)光體系，探討如何提高其發(fā)光強度、完善其結構發(fā)光性能。由此可見，納米復合很可能為開拓新型發(fā)光材料提供了一個途徑。納米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未來光吸收材料和微波吸收材料設計的一個重要依據(jù)。

3結語

篇9

關鍵詞：聚丙烯 改性方法 塑料

按照參加聚合的單體組成，PP可分為均聚物和共聚物兩種。均聚物由單一丙烯單體聚合而成，因而具有較高的結晶度、機械強度和耐熱性。PP共聚物是聚合時加入少量乙烯單體共聚而成，具有較高的沖擊強度。廣義上講，相對于均聚物，共聚物可以說是一種改性產(chǎn)品。目前國內(nèi)石化廠生產(chǎn)PP以均聚物為主，品種單一，提供PP均聚物的改性方法無疑是有現(xiàn)實意義的。

一、化學改性

聚丙烯的化學改性是指通過化學方法改變聚丙烯分子鏈上的原子或原子團的種類及組合方式的改性方法。經(jīng)化學改性后的聚丙烯， 其分子鏈結構發(fā)生變化， 從而對材料的聚集態(tài)結構或織態(tài)結構產(chǎn)生影響， 改變材料性能， 因此， 通過化學改性可以得到具有不同應用性能的新材料。

1、聚丙烯的共聚改性

以丙烯單體為主的共聚改性可在一定程度上增進均聚PP的沖擊性能、透明性和加工流動性，它是提高PP 韌性， 尤其是低溫韌性的最有效的手段之一。將丙烯、乙烯混合在一起聚合， 其聚合物主鏈中無規(guī)則地分布著丙烯和乙烯鏈段，乙烯則起著阻止聚合物結晶的作用， 當乙烯質(zhì)量分數(shù)達到20%時結晶便很困難， 當質(zhì)量分數(shù)為30%時就完全無定形， 成為無規(guī)共聚物， 其特點是結晶度低、透明性好、沖擊強度增大等。采用Zieglar 催化劑或茂金屬催化劑可以制備立構嵌段聚丙烯（ 又稱為熱塑性彈性聚丙烯，Thermoplastic elastomer）。由于在分子鏈上同時含有等規(guī)和無規(guī)兩種鏈段， 因此具有低的初始彈性模量，相對高的拉伸強度， 低的蠕變性能以及高的可逆形變。嵌段共聚物與等規(guī)共聚物相比， 低溫性能優(yōu)良， 耐沖擊性好； 與等規(guī)PP 和各種熱塑性高聚物的共混物相比， 剛性降低不大。

Exxon 公司用雙茂金屬催化劑在單反應器中制備了雙峰分布的丙烯- 乙烯共聚物，其加工溫度范圍大約為26 ℃，比常用的聚丙烯共聚物的加工溫度范圍（約15 ℃）寬，克服了單峰茂金屬聚丙烯樹脂加工溫度范圍窄的缺點，在生產(chǎn)BOPP 薄膜時拉伸更均勻且不易破裂，并可以在低于傳統(tǒng)聚丙烯的加工溫度下生產(chǎn)性能良好的聚丙烯薄膜。浙江大學合成3種新型非橋聯(lián)二茚鋯茂催的存在下， 與PP在擠出機中熔融共混完成接枝反應（或者與丙烯單體共聚），然后在水的作用下，硅烷水解成硅醇，經(jīng)縮合脫水而交聯(lián)。該技術的關鍵是在接枝反應時必須嚴格監(jiān)控，防止PP降解。

2、聚丙烯的接枝改性

20世紀80年代初， 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展， 對PP 的耐熱性能提出了更高的要求。將PP的熱變形溫度提高到100 ℃，僅靠機械共混的辦法是難以達到的， 而交聯(lián)是比較有效的途徑之一。交聯(lián)改性可分為輻射交聯(lián)和化學交聯(lián)。其主要區(qū)別在于引起交聯(lián)反應活性源的生成機理不同。交聯(lián)過程是用帶有烯類雙鍵的三官能團的有機硅烷在少量過氧化物的存在下，與PP 在擠出機中熔融共混完成接枝反應（或者與丙烯單體共聚） ，然后在水的作用下硅烷水解成硅醇， 經(jīng)縮合脫水而交聯(lián)。該技術的關鍵是在接枝反應時必須嚴格監(jiān)控，防止PP降解。

交聯(lián)改性聚丙烯技術是通過選擇合理的引發(fā)劑和助交聯(lián)劑及體系， 防止聚丙烯降解， 實現(xiàn)聚丙烯的可控交聯(lián)，交聯(lián)后的材料力學性能大幅度提高，同時， 交聯(lián)改性聚丙烯還可獲得高的熔體強度，應用于聚丙烯的發(fā)泡成型。

二、物理改性

物理改性由于工藝過程簡單， 生產(chǎn)周期短，所制得材料性能優(yōu)良，近年來已成為高分子材料一個新的研究熱點。常用的改性方法主要有共混改性、填充改性、增強改性等。

1、共混改性

共混是一種簡單而有效的物理改性方法， 將兩種或兩種以上的高聚物共混時， 可制得兼有這些高聚物性質(zhì)的混合物， 即合金。共混體系在宏觀上是均勻的， 而微觀上是非均勻的， 它的宏觀特性主要決定于組分材料性能、物料配比和微觀結構， 如分散相的分布與界面狀況。

將乙丙橡膠、天然橡膠、三元乙丙橡膠、苯乙烯—丁二烯—苯乙烯嵌段共聚物、乙烯—乙酸乙烯共聚物等各種彈性體摻入其中進行共混改性，利用彈性體微粒來吸收部分沖擊能， 并作為應力集中劑來誘發(fā)和抑制裂紋增長，從而使PP 中脆性斷裂轉變?yōu)檠有詳嗔眩蠓忍岣咂錄_擊強度， 可以改善PP的韌性。彈性體雖然可以大幅度提高聚丙烯的韌性，卻極地降低了材料的剛性和強度。PP與剛性聚合物共混則可在增韌的同時保持材料的剛性， 還可使體系的其他性能得以協(xié)同提高。常用的剛性體主要是聚苯醚、聚對苯二甲酸乙二醇酯、尼龍等。由于這些剛性體均是極性聚合物，與PP 的相容性較差，呈現(xiàn)明顯的相分離現(xiàn)象，共混物的韌性比基體PP還差。因此在共混時必須加入增溶劑，有時也采用原位增溶來改善相容性， 進而提高PP 的力學性能。

2、填充及纖維增強改性

在聚合物中填充各種填料的最初目的是為了降低成本。然而， 近年來的研究表明， 填料不僅可以提高聚丙烯的剛性和耐熱性， 降低制品收縮率， 還可以提高聚丙烯的韌性。用在聚丙烯填充改性的填料主要有碳酸鈣、滑石粉、硅灰石、硫酸鋇等， 添加某些填料， 如Ma（OH） 還能起到阻燃作用。由于填充劑大多為無機物， 與有機高分子材料表面性質(zhì)上存在很大差異，因此常常需要添加界面改性劑來增加無機填料與有機高分子之間的界面作用，進而改善材料的熱性能和力學行為。纖維增強復合材料由于具有“輕質(zhì)高強”的優(yōu)點， 近年來獲得了廣泛的研究和應用。這些復合材料能在保留原有組分主要特性的基礎上， 通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。所以，增強復合是對聚丙烯進行改性的十分有效、簡便和經(jīng)濟實用的方法。用于增強聚丙烯的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維以及天然纖維。由于各種纖維性質(zhì)不同，對于增強聚丙烯的制備工藝和性能的影響也有所不同。玻璃纖維增強復合材料由于具有高的強度和低的成本， 已經(jīng)成為一種典型的增強材料，大約占到增強高分子材料的85%； 碳纖維由于成本較高且與聚丙烯界面黏結性差，需用特殊工藝制備碳纖維/聚丙烯復合材料， 成本比玻璃纖維增強材料高， 因此只能應用于對材料性能有特殊需要的航天、軍事等領域； 天然纖維由于具有低的成本、可回收和可生物降解性，并且具有高的強度和硬度， 在聚丙烯改性領域中得到了廣泛的研究。

綜上所述， 目前我國對PP改性技術的研究正處于高速發(fā)展時期， 但我國改性PP與國外相比還存在一定差距，因而加速聚丙烯改性的研究， 提高聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量、擴大聚丙烯的應用領域是必要的， 并且將新型技術用于改性聚丙烯將是未來發(fā)展趨勢， 改性聚丙烯在21 世紀將會有廣闊的發(fā)展前景。在競爭日趨激烈的市場條件下，PP 改性已不僅是塑料加工廠的事，PP 生產(chǎn)廠也必須為其產(chǎn)品的出路和效益殫精竭慮，所不同的是，后者更注重如何更多、更有效地利用PP原料而非其他聚合物。與其他塑料一樣，PP市場和應用取決于加工產(chǎn)品的種類和新品的開發(fā)，利用PP改性方法可開發(fā)出適應市場需求的專用料，擴大PP的應用領域。我相信：通過我們技術的不斷創(chuàng)新我們會找到更好更科學的PP改性技術。

參考文獻：

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[2]李蘊能，孟麗萍，王德禧等.聚丙烯共混改性的研究進展[J].工程塑料應用，1996，24（3）

[3]楊慧麗.輻射增強PP/BR 共混體系的力學性能[J].功能高分子學報，1998，11（3）

篇10

關鍵詞強磁場技術與應用產(chǎn)業(yè)化

六十年現(xiàn)了實用超導材料，八十年代出現(xiàn)了性質(zhì)優(yōu)良的釹鐵硼永磁材料，使人們可以不耗費很大的電功率獲得大體積持續(xù)的強磁場，發(fā)展超導與永磁強磁場技術是20世紀下半葉電工新技術發(fā)展的一個重要方面。在各國高能物理、核物理、核聚變，磁流體發(fā)電等大型科技計劃推動下，整個技術得到了良好的發(fā)展。低溫鈮鈦合金及鈮三錫復合超導線與釹鐵硼永磁材料已形成產(chǎn)業(yè)，可進行批量生產(chǎn)。人們已研制成功了15特斯拉以下各種場強，各種磁場形態(tài)，大體積的可長期可靠運行的強磁場裝置，積極推進著強磁場在各方面的應用。

1998年3月投入運行的日本名古屋核融合科學研究所的核聚變研究用的大型螺旋裝置（LHD）是當今超導磁體技術水平的典型代表。裝置本體外徑13．5m，高8.8m，總重約1600t，其中4.2K冷重約850t。它有兩個主半徑3．9m，平均小半徑0．975m，繞環(huán)10圈的螺旋線圈，三對內(nèi)徑分別為3.2、5．4和10．8m的極向場螺管線圈，中心磁場前期為3特斯拉（4.2K），后期為4特斯拉（1．8K），磁場總儲能將達16億J。超導強磁場裝置需在液氦溫度下運行，從使用出發(fā)，努力減少漏熱以降低液氦消耗和研制配備方便可靠的低溫制冷系統(tǒng)有著重要的意義。經(jīng)不斷努力改進，一些零液氦消耗和無液氦的超導磁體系統(tǒng)已在可靠的使用，它們只需配有小型的制冷裝置即可持續(xù)運行，不需專人維護，使應用范圍大大擴大。

我國在超導與永磁磁體技術方面也進行了長期持續(xù)的努力，奠立了良好基礎，研制成多臺實用磁體系統(tǒng)，有些已在使用，具備了按照需求設計建造所需強磁場裝置的能力。中國科學院電工研究所研制成功的磁流體發(fā)電用鞍形二極超導磁體系統(tǒng)（中心磁場4特斯拉，室溫孔徑0．44m，磁場長1m，磁場儲能8.8兆焦耳）和空間反物質(zhì)探測譜儀用大型釹鐵硼永久磁體（中心磁場0.13特斯拉，孔徑1.lm，高0.8m）代表著我國當今的技術水平，無液氦磁體系統(tǒng)的研制工作也在積極進行中。

隨著超導與永磁強磁場技術的成熟，強磁場的多方面應用也得到了蓬勃發(fā)展，與各種科學儀器配套的小型強磁場裝置已形成了一定規(guī)模的產(chǎn)品，做為磁場應用技術的核磁共振技術，磁分離技術與磁懸浮技術繼續(xù)開拓著多方面的新型應用，形成了一些新型產(chǎn)品與樣機，磁拉硅單晶生長爐也成為產(chǎn)品得到了實際應用。

醫(yī)療用磁成像裝置已真正成為一定規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，全世界已有幾千臺超導與永磁磁成像裝置在醫(yī)院使用，我國也有永磁裝置在小批量生產(chǎn)，研制成功了幾臺0．6—1．0特斯拉的超導裝置。除繼續(xù)擴大醫(yī)療應用猓諗賾τ么懦上褡爸糜詮ひ瞪碳嗖庥朧稱費瘢罱氈窘辛擻糜詡觳馕鞴咸嗆坑肟昭壩糜詒姹餝almon魚雌雄性的實驗，取得了有意義的結果。用于高嶺土提純的超導高梯度磁選機已有十余臺在生產(chǎn)運行，磁拉硅單晶生長爐也已開始使用，但尚未形成規(guī)模，中國科學院電工研究所與低溫工程中心曾在九十年代初研制成功超導磁分離工業(yè)樣機，試制成功了兩套單晶爐用超導磁體系統(tǒng)，為產(chǎn)品的形成奠定了基礎。

總起來說，超導與永磁磁體技術已經(jīng)成熟到可以提供不同場強，形態(tài)的大體積強磁場裝置，開始形成了相應的高技術產(chǎn)業(yè)，但大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展還有賴于積極地進一步開拓強磁場應用，特別是可能形成大規(guī)模市場產(chǎn)品的開拓，根據(jù)不完全的了解，目前主要進行的工作有：

1在材料科學方面

（1）熱固性高分子液晶材料強磁場下的性能及應用。國際上在0～15特斯拉磁場范圍內(nèi)對高分子液晶材料的取向行為、熱效應、磁響應特性、固化成型過程等方面進行了研究，并作其力學性能和磁場的關系的定量分析，應用前景十分看好。

（2）功能高分子材料在強磁場作用下的研究。國際上高電導率的高分子材料、防靜電及防電磁輻射高分子材料的研究和應用取得了很大進展，某些材料纖維的電導率經(jīng)強磁場處理后，可達銅電導率的1／10，是極具潛力的二次電池材料。在防靜電服和隱形技術方面電磁波吸收材料已用于軍工領域。

（3）強磁場下金屬凝固理論與技術研究。

（4）NdFeB永磁材料的強磁場取向。在NdFeB永磁材料加壓成型過程中，采用4～5特斯拉強磁場取向，可大大提高性能，國外已開始實際應用。

2在生物工程與醫(yī)療應用方面

（1）血液在強磁場下性能的改變及對生物體的影響。國際上研究了人體及動物的全血的強磁場下的取向行為及其作用的主體——血紅細胞的作用機制；血液在強磁場下流變性能的變化；血纖維蛋白質(zhì)在強磁場下的活性變化及對生物代謝作用的影響；人血在強磁場中所受磁力、磁懸浮特性和光吸收特性。

（2）蛋白質(zhì)高分子在強磁場下的特性及其應用。國際上研究了磷脂中縮氨酸在強磁場下的取向作用；肌肉細胞蛋白質(zhì)在磁場中的磷代謝過程；神經(jīng)肽胺酸在強磁場下的結構改變及蛋白質(zhì)酰胺與氫的交換等。

（3）醫(yī)療應用。除繼續(xù)發(fā)展人體成像系統(tǒng)外，近年來國際上還研究了在4—8特斯拉強磁場下血纖維蛋白質(zhì)的活性以及對血管中血栓溶解的影響；強磁場及磁場梯度對血纖維蛋白的溶解過程的影響；強磁場對動物血細胞的活性及其對心肌保護特性的影響；外加磁場對血小板流動性能的影響及其在醫(yī)療上的應用等。

3在工業(yè)應用方面

除繼續(xù)積極進行強場磁分離技術、磁懸浮技術的發(fā)展與應用外，近年來，國際上還研究了磁場對石油滯粘性能的影響及對原油的脫蠟作用；研究了磁場對水的軟化作用及改善水質(zhì)的作用；研究了外加磁場對改善燃油燃燒性能及提高燃值的作用；通過在強磁場中的取向提高金屬材料的強度和韌性；通過表面吸出排除雜質(zhì)、提高金屬質(zhì)量等。

4在農(nóng)業(yè)應用方面