運(yùn)用納米技術(shù)能夠在分子水平上重組物質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而使新材料具有比傳統(tǒng)材料更優(yōu)越的性能u ]。通過填充納米填料制備橡膠納米復(fù)合材料（分散相至少有一維的尺寸介于1～100 nm）已成為目前研究的新熱點(diǎn) ]。由于納米粒子具有的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、不飽和價(jià)效應(yīng)和電子隧道效應(yīng)等表面效應(yīng) ，因此引入納米填料將使橡膠的性質(zhì)發(fā)生很大改變，并有可能獲得一些新的性能. 1 納米填料的種類 1．1 納米粘土 粘土材料在全國各地均有分布，且價(jià)格低廉，很早就被作為橡膠填料使用。敖寧建等u。。采用超聲波處理，使粒徑為10～150 nm 的紅粘土均勻分散在橡膠中，并與橡膠相界面形成良好結(jié)合，提高了材料的力學(xué)性能和熱氧老化性能。Pra—manik M 等 采用共混法將粒徑為2～4 nm 的有機(jī)粘土加入乙烯一乙酸乙烯酯共聚物中，使共聚物的模量提高4．7倍，拉伸強(qiáng)度提高1．6倍，物理性能大大改善。Li X C等 u也進(jìn)行了相關(guān)研究。鄭華等 的研究結(jié)果表明，預(yù)處理蒙脫土（用含有羥乙基的表面活性劑處理）加入EPDM 制得的納米復(fù)合材料具有很好的物理性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。張立群等『j 的研究結(jié)果表明，用納米粘土與NBR制得的復(fù)合材料，無論是定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度，還是拉斷伸長率都有大幅度提高。Chang Yw 等 通過共混法將EPDM 橡膠分子嵌入納米有機(jī)蒙脫土中制得的復(fù)合材料具有很好的拉伸強(qiáng)度、剛度、硬度以及更高的玻璃化溫度。還有一些研究也表明，以納米水平分散在橡膠中的層狀粘土可以為橡膠提供非常有效的補(bǔ)強(qiáng) 引，甚至可以部分替代炭黑。 1．2 納米二氧化硅 張倩等 ” 研究了納米二氧化硅改性氯化聚乙烯（CPE）的性能，結(jié)果表明，隨著納米二氧化硅用量的增大，改性CPE的硬度、300 定伸應(yīng)力和拉斷伸長率呈遞增趨勢，拉伸強(qiáng)度先上升后平緩下降，拉斷永久變形增大。劉東輝等的研究表明，納米二氧化硅能有效改善微發(fā)泡天然膠乳的熱延伸性能。納米二氧化硅能否起到相應(yīng)的作用，關(guān)鍵在于能否打破其軟團(tuán)聚狀態(tài)，使之以納米級(jí)尺寸均勻分散在材料基體中。用溶膠一凝膠技術(shù)制備的納米二氧化硅改性橡膠具有很高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度、優(yōu)異的滯后生熱和動(dòng)／靜態(tài)壓縮性能 。 1．3 納米碳酸鈣碳酸鈣作為增量填充劑（增大體積、降低成本）廣泛應(yīng)用于橡膠和塑料中。隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，碳酸鈣的粒徑已能粉碎到小于40 nm。鄒德榮0 的研究表明，納米碳酸鈣可以提高室溫硫化型硅橡膠的交聯(lián)密度并改善其物理性能。章正熙等的研究表明，納米碳酸鈣的加入對(duì)聚丙烯具有明顯的異相成核作用，使聚丙烯球晶變小，改善復(fù)合材料的韌性。張廣平等在反應(yīng)器原位分散共聚中加入成核劑和納米碳酸鈣制備了增強(qiáng)型聚丙烯共聚物。增強(qiáng)型共聚物的沖擊強(qiáng)度、彎曲應(yīng)力和熱變形溫度大幅度提高，拉伸強(qiáng)度也有所增大，同時(shí)其結(jié)晶峰溫度顯著升高，半結(jié)晶時(shí)間明顯縮短。 1．4 納米炭黑和白炭黑 炭黑一白炭黑雙相納米填料（CSDPF）是近年來開發(fā)的一種新型橡膠補(bǔ)強(qiáng)材料.存特種橡膠制品生產(chǎn)中有著不可替代的作用。賈紅兵等提出了納米白炭黑／炭黑并用補(bǔ)強(qiáng)模型，認(rèn)為納米白炭黑與炭黑并用可增進(jìn)補(bǔ)強(qiáng)效果,當(dāng)納米白炭黑／炭黑并用比為6／24時(shí)，SBR硫化膠的拉伸性能、疲勞性能及耐磨性最佳。段詠欣等 。的研究表明，CSDPF加工性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)填料，加工能耗小，填料一聚合物作用力大，填料一填料作用力小，不易形成填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，Payne效應(yīng)小，生熱低，滯后損失小，滾動(dòng)阻力低。此外，納米白炭黑／炭黑與納米二氧化鈦、納米氧化鋁并用也有很好的補(bǔ)強(qiáng)效果。 1．5 納米氧化鋅、氧化鋁和四氧化三鐵 納米氧化鋅與普通氧化鋅相比，因其粒徑小、比表面積大、吸附活性高，所以具有表面效應(yīng)和高活性。魏愛龍等 的研究表明，納米氧化鋅可以與橡膠分子實(shí)現(xiàn)分子水平上的結(jié)合，即納米填料與橡膠分子的接枝作用，從而達(dá)到提高膠料性能的目的，尤其是膠料的耐磨性\抽出力和撕裂性能顯著提高，成品性能也有相應(yīng)改善。朱勝利等研究認(rèn)為，使用納米氧化鋅能改善膠料的加工安全性，提高硫化膠的力學(xué)性能、熱空氣老化性能及與骨架材料的粘合性能，并能明顯降低成本。填充納米氧化鋁的硫化膠具有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性能，但單獨(dú)使用時(shí)會(huì)影響某些其它性能，而與炭黑及白炭黑并用可以彌補(bǔ)這一不足，獲得較好的補(bǔ)強(qiáng)效果。陳守明等印對(duì)納米四氧化三鐵作為橡膠填料進(jìn)行了初步研究。 1．6 納米丙烯酸金屬鹽 丙烯酸金屬鹽與橡膠有一定的相容性，可產(chǎn)生增塑作用，且其初始粒徑為微米級(jí)，因而復(fù)合材料的加工性能較好。趙陽等研究了4種納米丙烯酸金屬鹽補(bǔ)強(qiáng)NBR的物理性能，結(jié)果顯示，它們的綜合力學(xué)性能均高于用炭黑N220補(bǔ)強(qiáng)的橡膠，具有較高的拉伸強(qiáng)度、100 定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度。由于極性和交聯(lián)密度的提高，納米丙烯酸金屬鹽填充的橡膠具有比較優(yōu)異的耐油性和耐熱性。在特種橡膠制品領(lǐng)域，其綜合優(yōu)勢是炭黑和白炭黑所無法比擬的。 1．7 其它納米填料 碳納米管（CNTs）也可用做橡膠填料。Jia ZJ等采用原位復(fù)合法制備了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）／CNTs復(fù)合材料。研究表明，反應(yīng)中CNTs可被引發(fā)而打開7c鍵，然后與PMMA主體形成很強(qiáng)的相間作用力，并使復(fù)合材料的宏觀性質(zhì)發(fā)生改變。此外，一些納米級(jí)的纖維，如碳纖維、玻璃纖維和凹凸棒土等物質(zhì)也可通過各種方法引入到橡膠中，制得特種材料或功能材料。 2 橡膠納米填料的新功能 納米填料除了可以用做橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑外，還可以賦予納米復(fù)合材料一些新的功能和性質(zhì)。 2．1 在生物降解材料中的應(yīng)用隨著大眾環(huán)保意識(shí)的提高,生物降解聚合物不但廣泛應(yīng)用于食品包裝、健康護(hù)理及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，而且在人工移植、藥物釋放和組織工程中也得到廣泛的應(yīng)用。目前至少有1 000萬美國人正在使用生物降解材料制造的工移植醫(yī)療設(shè)備.但結(jié)構(gòu)和功能不夠穩(wěn)定使現(xiàn)有的生物降解高分子材料難以得到更廣泛的應(yīng)用。Dan—ie1 S等 在最新的研究中合成了基于不同無機(jī)層狀納米材料的聚左旋乳酸（PLA）。該物質(zhì)的工作溫度得到很大擴(kuò)展，在物理性能大大改善的同時(shí)，生物降解速率提高了6～10倍，而且降解過程是可控制的。這一成果將很快被應(yīng)用于上述用途。 2．2 在熱可逆材料中的應(yīng)用 熱可逆材料可以用來制造人工肌肉、藥物釋放系統(tǒng)以及專用傳動(dòng)裝置。在高低溫度之間，這種材料的體積可以發(fā)生很大的可逆變化?；诰跱一異丙基酰胺（NIPAM）的材料是其中的代表，溫度從室溫僅升高幾度，該物質(zhì)的體積就可以增大100倍，而當(dāng)溫度下降到室溫時(shí)，其體積又會(huì)縮小。但是，這種材料的缺陷是力學(xué)性能不夠穩(wěn)定，而不斷更新的納米填料將可彌補(bǔ)這一不足，使之能盡快投入使用口 。 2．3 阻燃效果 在過去的許多年里，已有很多物質(zhì)被作為阻燃劑添加到高聚物中，在阻燃的同時(shí)也對(duì)材料的其它性能造成一些負(fù)面影響。最新的研究結(jié)果表明，僅僅加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．02～0．06的硅酸鹽納米粘土，就可以使材料的放熱量下降4O ～6O ，而且不會(huì)產(chǎn)生過多的一氧化碳和煙灰口 。此外，與傳統(tǒng)阻燃劑不同的是，納米填料的引入并沒有對(duì)高聚物的物理和化學(xué)性能產(chǎn)生明顯的影響 。 2．4 相容效果 目前，聚合物應(yīng)用中要求能將多種性質(zhì)不同的聚合物混合以獲得最佳效果，但聚合物性質(zhì)的多樣性和聚合物之間較低的混合熵使得這種混合幾乎是不可能的。納米填料的應(yīng)用可以改變這一點(diǎn)。Voulgaris D和Petridis D 的研究表明，有機(jī)改性的納米粘土填料可以在聚合物混合的過程中起到乳化劑的作用。 2．5 其它 采用納米填料，還可以制備導(dǎo)電橡膠 、抗菌橡膠、輻射屏蔽材料口。 以及壓力傳感材料 朝等許多功能性橡膠納米復(fù)合材料。 3 結(jié)語 納米填料的不斷涌現(xiàn)為橡膠改性提供了大量的新素材，豐富了橡膠補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)和功能橡膠材料領(lǐng)域的研究思路。納米填料的應(yīng)用不但可以極大地改善橡膠性能，而且可能會(huì)賦予橡膠許多新的性質(zhì)，同時(shí)可以簡化加工步驟，降低成本，大大提高橡膠產(chǎn)品的性價(jià)比。由于納米材料用量小，功能強(qiáng)，符合安全、綠色、環(huán)保的發(fā)展方向，因此具有極大的發(fā)展?jié)摿?。但目前還有以下幾個(gè)問題亟待研究解決。 · 納米粒子與橡膠基體的作用機(jī)理。 · 納米復(fù)合材料的表征和檢測手段。 · 納米復(fù)合材料的制備技術(shù)。 隨著對(duì)納米技術(shù)逐步深入的研究，納米填料必將促使橡膠工業(yè)進(jìn)入一個(gè)全新的發(fā)展階段。 轉(zhuǎn)自：中國橡膠助劑網(wǎng)