聚合物/納米復(fù)合材料將是21世紀(jì)前幾十年塑料工業(yè)的超級(jí)明星,。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比,，納米塑料表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合性能，且比傳統(tǒng)的復(fù)合材料輕,。比如尼龍6納米塑料與純尼龍6相比,，具有高強(qiáng)度、高模量,、高耐熱性,、低吸濕性、高尺寸穩(wěn)定性,，阻隔性能好,，性能全面超過(guò)尼龍6，并且具有良好的加工性能,。與普通的玻璃纖維增強(qiáng)和礦物增強(qiáng)尼龍6相比,，具有密度低、耐磨性好,、綜合性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn),。同時(shí)，該納米復(fù)合材料還可進(jìn)一步用于玻璃纖維增強(qiáng)和普通礦物增強(qiáng)等改性納米尼龍6,，其性能更加優(yōu)越,。
20世紀(jì)80年代末，日本首先研發(fā)了兩步法制備尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，此后,，美國(guó)nanocor公司也進(jìn)行了聚合物/粘土納米復(fù)合材料的工業(yè)化研究,。我國(guó)中科院化學(xué)所工程塑料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用天然粘土礦物蒙脫土作為分散相，利用插層聚合復(fù)合,、熔融插層復(fù)合等方法制備了納米塑料,，成功開(kāi)發(fā)出以聚酰胺、聚酯,、聚乙烯,、聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂,、硅橡膠,、聚苯胺、聚氨酯等為基料的一系列納米塑料,。納米PET聚酯已在燕山石化公司聚酯廠完成了工業(yè)放大,。
納米顆粒正在改進(jìn)塑料性能中發(fā)揮作用。研究表明,，在不損害塑料的剛性情況下,，使用納米顆粒可低成本地提高聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）的韌性（抗沖強(qiáng)度）,。
碳酸鈣（CaCO3）納米顆粒己在中國(guó)工業(yè)化生產(chǎn),，它采用北京化工技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的工藝，并由新加坡納米材料技術(shù)（NMT）公司進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓,。NMT公司在中國(guó)山西省有一合資裝置,，已于2001年11月投產(chǎn)，另外,，四川和安徽省的1萬(wàn)噸/年裝置于2002年投產(chǎn),，山東省的裝置將于2003年投產(chǎn)。其他的CaCO3納米顆粒供應(yīng)商有比利時(shí)索爾維公司和日本Shiraishi（白石）鈣Kaiska公司,。15~40nm直徑CaCO3納米顆粒由氫氧化鈣和二氧化碳在旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)器（旋轉(zhuǎn)填充床）中反應(yīng)生成,，北京化工技術(shù)大學(xué)/NMT工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本較低。
旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）工藝的經(jīng)濟(jì)性使納米CaCO3可應(yīng)用于通用樹(shù)脂,。納米CaCO3主體中的顆粒負(fù)載為70%~80%,，它可用于改進(jìn)如PVC窗框等材料的抗沖性能，它們可部分替代抗沖改性劑,，如氯化聚乙烯（CPE）和聚甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）共聚體,。其他的潛在PVC應(yīng)用包括管道和管件，其性能改進(jìn)比使用CPE和MBS抗沖改性劑稍低一些,，典型的低10%~15%,。納米CaCO3主體可與PP管件,、薄膜和注模產(chǎn)品組合使用，用于注模時(shí),，納米CaCO3可與樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)摻混,。
NMT廣泛研究了納米CaCO3/PVC和納米CaCO3/PP組合物性能。研究表明,，納米CaCO3顆�,？筛倪M(jìn)PVC和PP的韌性。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE組合物體系中,，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從14.9KJ/m2提高到81.4 KJ/m2,，摻混12PPh到PP中，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從20.4 KJ/m2提高到61.7 KJ/m2,。
納米CaCO3對(duì)提高塑料的增韌性有獨(dú)特的效果,。在常規(guī)用彈性體進(jìn)行增韌時(shí)，聚合物的剛性通常會(huì)因抗沖能力增高而變差,。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE體系中,，可使抗撓模量從2180MPa提高到2210MPa，而抗張強(qiáng)度相對(duì)保持不變,，其他機(jī)械性質(zhì)基本無(wú)改變,。另外，將納米CaCO3以8：100比例摻混入ABS中,，其抗沖強(qiáng)度可達(dá)35 KJ/m2,，它比純ABS體系要高出1.5倍，組合物體系的硬度也有提高,，例如,，摻混1PPh，可提高硬度23%,。
使用納米CaCO3提高塑料韌性的關(guān)鍵,，是將納米CaCO3顆粒較好地分散到聚合物基質(zhì)中。納米顆粒有很高的表面活性,，這些顆粒傾向于聚結(jié)。納米CaCO3顆粒特定表面的改進(jìn)可采用常規(guī)技術(shù)通過(guò)制備納米CaCO3主體來(lái)實(shí)現(xiàn),，從而可有效地將納米CaCO3顆粒分散到聚合物基質(zhì)中,。
通常，納米顆粒使塑料增韌的機(jī)理是納米顆粒有大的表面積,，納米顆粒在聚合物基質(zhì)中形成大量細(xì)裂紋（微細(xì)的斷裂）,，這些微細(xì)的斷裂可分散沖擊能，同時(shí),，納米顆�,？臻g中的基質(zhì)可經(jīng)受塑料受沖擊而產(chǎn)生的變形,，這也分散了外部沖擊力，從而提高了韌性,。
然而,，無(wú)機(jī)納米顆粒使塑料增韌的效果，需聚合物基質(zhì)應(yīng)具有內(nèi)在的韌性,。在易碎的塑料如PVC中,，配方中需采用少量抗沖改性劑（如CPE）。在納米CaCO3/PVC/CPE組合體系中,，納米CaCO3和CPE會(huì)顯示出協(xié)同的增韌效果,。在工業(yè)應(yīng)用中，使用4PPh CPE和4PPh納米CaCO3的效果較優(yōu),。
納米CaCO3可從易得的原料制取,，生產(chǎn)無(wú)污染，成本低,，無(wú)可燃性,，摻混應(yīng)用于塑料中可起到重要的增韌效果。
浙江巨化公司電化廠完成納米碳酸鈣原位聚合PVC樹(shù)脂工業(yè)性試驗(yàn),，這種納米PVC塑料是利用原位聚合式混配技術(shù),，將納米尺寸的超細(xì)微無(wú)機(jī)粒子填充到PVC基體中進(jìn)行改性而形成的聚合材料，具有高強(qiáng),、高模,、高韌性、高穩(wěn)定性及阻隔性,，并具有良好的加工性能,。該廠已工業(yè)化試產(chǎn)出適用于化學(xué)建材的高性能原位聚合PVC樹(shù)脂。
超高分子量聚乙烯的耐磨,、耐沖擊,、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等性能均在現(xiàn)有型料中堪稱性能較優(yōu)者,，但由于粘度極高,，成型加工困難。我國(guó)中科院化學(xué)所利用層狀硅酸鹽片層間摩擦系數(shù)小,，可減少分子鏈的纏結(jié),，能起到良好自潤(rùn)滑作用的特性，研制成功超高分子量聚乙烯/粘土納米復(fù)合材料,，使得超高分子量聚乙烯能用普通擠出成型方法連續(xù)生產(chǎn)管材和異型材,，并具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕,、高強(qiáng)度,、無(wú)毒性能,。由于納米塑料具有出色的性能，加工工藝簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn),，在各種高性能管材,、汽車(chē)及機(jī)械零部件、電子和電器部件等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景,。同時(shí),，具有優(yōu)異阻隔性能的納米復(fù)合材料在食品包裝材料市場(chǎng)潛力也十分巨大。
長(zhǎng)期以來(lái),，由瓶裝啤酒爆裂造成消費(fèi)者人身安全事故問(wèn)題一直困擾生產(chǎn)廠家和消費(fèi)部門(mén),，而且玻璃瓶質(zhì)量重造成運(yùn)輸中資源的浪費(fèi)。但由于啤酒中所含的蛋白質(zhì)很容易發(fā)生氧化反應(yīng),，無(wú)法達(dá)到長(zhǎng)期保鮮的效果,，在一般的塑料瓶中很難保存，而納米塑料的問(wèn)世解決了這一問(wèn)題�,，F(xiàn)在新研制出的納米塑料瓶不僅具有優(yōu)良的氣體阻隔性和較高的光澤度,，而且這種塑料強(qiáng)度高，耐熱性好,。美國(guó)Nanocor公司研制出的納米瓶裝啤酒己經(jīng)上市,，我國(guó)的研究也有了重要進(jìn)展。
目前,，聚合物系納米復(fù)合材料的應(yīng)用處于市場(chǎng)開(kāi)發(fā)期,。發(fā)展最早的PA（聚酰胺）系納米復(fù)合材料2001年市場(chǎng)規(guī)模為1850噸。美國(guó)2010年納米復(fù)合材料總需求和按塑料種類需求的預(yù)測(cè)表明,，今后納米復(fù)合材料將有較大發(fā)展,，到2010年聚合物系納米復(fù)合材料營(yíng)業(yè)額將達(dá)40.07億美元，其中聚烯烴系（特別是聚丙烯系）約占總量的50%左右,，各種聚合物納米復(fù)合材料未來(lái)市場(chǎng)和占有份額為：聚丙烯系達(dá)16.54億美元,，占總量41.3%；其次是聚乙烯和其他聚烯烴系4.31億美元,，占10.8%,；熱固性樹(shù)脂系3.94億美元，占9.8%,，居第三,，以下依次為：聚苯乙烯系3.69億美元，占9.2%,；聚酰胺系3.18億美元，占7.9%,；其他工程塑料和特種聚合物系總銷(xiāo)售額為5.42億美元,，占總市場(chǎng)13.5%,。
20世紀(jì)80年代末，日本首先研發(fā)了兩步法制備尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，此后,，美國(guó)nanocor公司也進(jìn)行了聚合物/粘土納米復(fù)合材料的工業(yè)化研究,。我國(guó)中科院化學(xué)所工程塑料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用天然粘土礦物蒙脫土作為分散相，利用插層聚合復(fù)合,、熔融插層復(fù)合等方法制備了納米塑料,，成功開(kāi)發(fā)出以聚酰胺、聚酯,、聚乙烯,、聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂,、硅橡膠,、聚苯胺、聚氨酯等為基料的一系列納米塑料,。納米PET聚酯已在燕山石化公司聚酯廠完成了工業(yè)放大,。
納米顆粒正在改進(jìn)塑料性能中發(fā)揮作用。研究表明,，在不損害塑料的剛性情況下,，使用納米顆粒可低成本地提高聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）的韌性（抗沖強(qiáng)度）,。
碳酸鈣（CaCO3）納米顆粒己在中國(guó)工業(yè)化生產(chǎn),，它采用北京化工技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的工藝，并由新加坡納米材料技術(shù)（NMT）公司進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓,。NMT公司在中國(guó)山西省有一合資裝置,，已于2001年11月投產(chǎn)，另外,，四川和安徽省的1萬(wàn)噸/年裝置于2002年投產(chǎn),，山東省的裝置將于2003年投產(chǎn)。其他的CaCO3納米顆粒供應(yīng)商有比利時(shí)索爾維公司和日本Shiraishi（白石）鈣Kaiska公司,。15~40nm直徑CaCO3納米顆粒由氫氧化鈣和二氧化碳在旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)器（旋轉(zhuǎn)填充床）中反應(yīng)生成,，北京化工技術(shù)大學(xué)/NMT工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本較低。
旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）工藝的經(jīng)濟(jì)性使納米CaCO3可應(yīng)用于通用樹(shù)脂,。納米CaCO3主體中的顆粒負(fù)載為70%~80%,，它可用于改進(jìn)如PVC窗框等材料的抗沖性能，它們可部分替代抗沖改性劑,，如氯化聚乙烯（CPE）和聚甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）共聚體,。其他的潛在PVC應(yīng)用包括管道和管件，其性能改進(jìn)比使用CPE和MBS抗沖改性劑稍低一些,，典型的低10%~15%,。納米CaCO3主體可與PP管件,、薄膜和注模產(chǎn)品組合使用，用于注模時(shí),，納米CaCO3可與樹(shù)脂進(jìn)行預(yù)摻混,。
NMT廣泛研究了納米CaCO3/PVC和納米CaCO3/PP組合物性能。研究表明,，納米CaCO3顆�,？筛倪M(jìn)PVC和PP的韌性。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE組合物體系中,，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從14.9KJ/m2提高到81.4 KJ/m2,，摻混12PPh到PP中，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從20.4 KJ/m2提高到61.7 KJ/m2,。
納米CaCO3對(duì)提高塑料的增韌性有獨(dú)特的效果,。在常規(guī)用彈性體進(jìn)行增韌時(shí)，聚合物的剛性通常會(huì)因抗沖能力增高而變差,。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE體系中,，可使抗撓模量從2180MPa提高到2210MPa，而抗張強(qiáng)度相對(duì)保持不變,，其他機(jī)械性質(zhì)基本無(wú)改變,。另外，將納米CaCO3以8：100比例摻混入ABS中,，其抗沖強(qiáng)度可達(dá)35 KJ/m2,，它比純ABS體系要高出1.5倍，組合物體系的硬度也有提高,，例如,，摻混1PPh，可提高硬度23%,。
使用納米CaCO3提高塑料韌性的關(guān)鍵,，是將納米CaCO3顆粒較好地分散到聚合物基質(zhì)中。納米顆粒有很高的表面活性,，這些顆粒傾向于聚結(jié)。納米CaCO3顆粒特定表面的改進(jìn)可采用常規(guī)技術(shù)通過(guò)制備納米CaCO3主體來(lái)實(shí)現(xiàn),，從而可有效地將納米CaCO3顆粒分散到聚合物基質(zhì)中,。
通常，納米顆粒使塑料增韌的機(jī)理是納米顆粒有大的表面積,，納米顆粒在聚合物基質(zhì)中形成大量細(xì)裂紋（微細(xì)的斷裂）,，這些微細(xì)的斷裂可分散沖擊能，同時(shí),，納米顆�,？臻g中的基質(zhì)可經(jīng)受塑料受沖擊而產(chǎn)生的變形,，這也分散了外部沖擊力，從而提高了韌性,。
然而,，無(wú)機(jī)納米顆粒使塑料增韌的效果，需聚合物基質(zhì)應(yīng)具有內(nèi)在的韌性,。在易碎的塑料如PVC中,，配方中需采用少量抗沖改性劑（如CPE）。在納米CaCO3/PVC/CPE組合體系中,，納米CaCO3和CPE會(huì)顯示出協(xié)同的增韌效果,。在工業(yè)應(yīng)用中，使用4PPh CPE和4PPh納米CaCO3的效果較優(yōu),。
納米CaCO3可從易得的原料制取,，生產(chǎn)無(wú)污染，成本低,，無(wú)可燃性,，摻混應(yīng)用于塑料中可起到重要的增韌效果。
浙江巨化公司電化廠完成納米碳酸鈣原位聚合PVC樹(shù)脂工業(yè)性試驗(yàn),，這種納米PVC塑料是利用原位聚合式混配技術(shù),，將納米尺寸的超細(xì)微無(wú)機(jī)粒子填充到PVC基體中進(jìn)行改性而形成的聚合材料，具有高強(qiáng),、高模,、高韌性、高穩(wěn)定性及阻隔性,，并具有良好的加工性能,。該廠已工業(yè)化試產(chǎn)出適用于化學(xué)建材的高性能原位聚合PVC樹(shù)脂。
超高分子量聚乙烯的耐磨,、耐沖擊,、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等性能均在現(xiàn)有型料中堪稱性能較優(yōu)者,，但由于粘度極高,，成型加工困難。我國(guó)中科院化學(xué)所利用層狀硅酸鹽片層間摩擦系數(shù)小,，可減少分子鏈的纏結(jié),，能起到良好自潤(rùn)滑作用的特性，研制成功超高分子量聚乙烯/粘土納米復(fù)合材料,，使得超高分子量聚乙烯能用普通擠出成型方法連續(xù)生產(chǎn)管材和異型材,，并具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕,、高強(qiáng)度,、無(wú)毒性能,。由于納米塑料具有出色的性能，加工工藝簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn),，在各種高性能管材,、汽車(chē)及機(jī)械零部件、電子和電器部件等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景,。同時(shí),，具有優(yōu)異阻隔性能的納米復(fù)合材料在食品包裝材料市場(chǎng)潛力也十分巨大。
長(zhǎng)期以來(lái),，由瓶裝啤酒爆裂造成消費(fèi)者人身安全事故問(wèn)題一直困擾生產(chǎn)廠家和消費(fèi)部門(mén),，而且玻璃瓶質(zhì)量重造成運(yùn)輸中資源的浪費(fèi)。但由于啤酒中所含的蛋白質(zhì)很容易發(fā)生氧化反應(yīng),，無(wú)法達(dá)到長(zhǎng)期保鮮的效果,，在一般的塑料瓶中很難保存，而納米塑料的問(wèn)世解決了這一問(wèn)題�,，F(xiàn)在新研制出的納米塑料瓶不僅具有優(yōu)良的氣體阻隔性和較高的光澤度,，而且這種塑料強(qiáng)度高，耐熱性好,。美國(guó)Nanocor公司研制出的納米瓶裝啤酒己經(jīng)上市,，我國(guó)的研究也有了重要進(jìn)展。
目前,，聚合物系納米復(fù)合材料的應(yīng)用處于市場(chǎng)開(kāi)發(fā)期,。發(fā)展最早的PA（聚酰胺）系納米復(fù)合材料2001年市場(chǎng)規(guī)模為1850噸。美國(guó)2010年納米復(fù)合材料總需求和按塑料種類需求的預(yù)測(cè)表明,，今后納米復(fù)合材料將有較大發(fā)展,，到2010年聚合物系納米復(fù)合材料營(yíng)業(yè)額將達(dá)40.07億美元，其中聚烯烴系（特別是聚丙烯系）約占總量的50%左右,，各種聚合物納米復(fù)合材料未來(lái)市場(chǎng)和占有份額為：聚丙烯系達(dá)16.54億美元,，占總量41.3%；其次是聚乙烯和其他聚烯烴系4.31億美元,，占10.8%,；熱固性樹(shù)脂系3.94億美元，占9.8%,，居第三,，以下依次為：聚苯乙烯系3.69億美元，占9.2%,；聚酰胺系3.18億美元，占7.9%,；其他工程塑料和特種聚合物系總銷(xiāo)售額為5.42億美元,，占總市場(chǎng)13.5%,。
