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高分子纳米合金:从基础研究到工业应用

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摘要

不同高分子材料的共混是制备高性能高分子材料简单而方便的方法，然而大多数高分子共混物都是热力学不相容体系，因而所得合金材料通常形成多相结构，且相区尺寸大、相界面弱。这种高分子合金难以表现出优异物理性能。因此，高分子合金的研究主要集中于减小相区尺寸和增强两相的界面。目前，人们可以利用各种增容手段比较容易的制备出具有微米或亚微米相区尺寸的高分子合金(通常称为微米合金)，但制备具有纳米尺寸(小于100nm)相区的聚合物合金仍是高分子加工界的一个难题。本文将系统报告三种制备高分子纳米合金的方法:高剪切加工技术(由大而小)、反应诱导相分离(由小而大)以及反应性共混，并介绍高分子纳米合金和普通微米合金在性能上的不同。rn 高剪切加工技术(由大而小)：利用“剪切导致相容”的原理，成功开发了高剪切成型加工技术，并制备了多种结构特别、性能优异的纳米高分子合金。例如，当剪切速率高于2250sec-1时，聚碳酸酷(PC)和聚甲基丙烯酸甲酷(PMMA)能够形成性能优异的透明PC/PMMA高分子材料，该材料具有纳米分散结构，且韧性和延展性优于PMMA，而表面硬度优于PC，折光指数界于PC和PMMA之间，有望在显示器触摸屏中得到应用。再如，利用高剪切加工技术实现尼龙11在聚偏氟乙烯中的纳米分散，尼龙11的微区尺寸大约40纳米且微区大小分布均匀，所制备的纳米合金不仅力学性能优异，且压电性能比简单共混得到的微米共混物有显著提高。所以这些纳米合金在制备时，无需加入任何增容剂，实现了聚合物共混体系的清洁增容。rn 反应诱导相分离(自小而大)：利用相容性高分子共混物的反应诱导相分离控制共混物的形态结构，实现对高分子结构的调控获得聚合物纳米合金。在环氧树脂/丙烯酸酷橡胶共混物添加不同含量的固化剂，调控材料固化速率，可以获得具有纳米丙烯酸酷橡胶颗粒分散在环氧树脂的高性能材料，有望用于半导体粘接膜。rn 反应性共混：利用聚合物熔融共混过程中，聚合物基团间的化学反应，就地生成接枝聚合物并发生为相分离也是制备聚合物纳米合金的有效方法。成功制备了聚乳酸的纳米合金，该合金不但保持了聚乳酸的透明性(可见光波长区域，lmn。厚片的透光率大于80%)，而且纳米橡胶粒子起到很好的增韧效果，尤为重要的是，分散在聚乳酸中的纳米橡胶粒子是聚乳酸优异的成核剂，其成核效果至比常用的滑石粉还好。从而同时解决了聚乳酸脆性、结晶速度慢、改性后透明性丧失等诸多弱点，为聚乳酸材料的规模应用铺平了道路。

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