無機納米材料改性聚丙烯研究進展
聚丙烯合成工藝簡單、價格低，并且具有優異的機械性能、耐化學腐蝕性、耐熱性、易加工成型等特點，因此廣泛應用于化工、建材、家電、汽車等領域，成為產量僅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大通用樹脂。但加纖耐候PP本身有很多不足之處：主要是耐沖擊性差，特別是耐低溫沖擊性差，高溫剛度不足，韌度差等。因此對聚丙烯增強增韌是國內外十分重視的研究領域加纖耐候PP填充改性是提高其剛性和耐熱性的*有效的手段，而聚丙烯(PP)通過與納米材料共混來改善其強度、韌性是近年發展起來的一種新方法。
無機納米粒子的表面改性
納米材料是20世紀自然科學上的一大新發現。納米材料是指顆粒尺寸在1～100 rfn的超細材料，這種特殊的結構使其具有了體積效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子效應、介電限域效應。這些效應引起它奇異的力學、電學、光學、熱學、化學活性等特性，使其廣泛應用在航空、電子、化工等領域。但是由于納米材料的晶粒小，表面曲率大等特點，所以存在于晶粒表面無序排列的原子數遠大于晶態材料中表面原子所占的百分數，并且在同一納米態晶粒內還存在各種缺陷，使其在常溫下極易團聚。就填充聚丙烯(PP)而言，由于加纖耐候PP是非極性高聚物，而納米粒子同之相比極性差異很大，相容性差。因此如果對納米粒子不進行表面處理，將很難得到性能優良的聚丙烯(PP)／納米復合材料。
納米粒子的表面改性根據表面改性劑與粒子表面之間有無化學反應，可分為表面物理吸附、包覆改性、機械化學改性和表面化學改性。
表面物理吸附、包覆改性
加纖耐候PP表面物理吸附、包覆改性是指兩組份之間除了范德華力、氫鍵相互作用外，不存在離子鍵或共價鍵作用。物理改性是靠電荷的吸引而凝聚，所以大小粒子的結合不牢靠，經常需要諸如包埋、吞沒等后續處理，
按工藝不同，主要有以下幾種：
沉積法改性利用有機或無機物在粒子表面沉積一層包裹層，以改變其表面性質
1)外膜層改性
在粒子表面包上一層其它物質膜，使粒子表面特性發生改變。一般在顆粒表面形成單粒子膜或多分子、多粒子層膜。其處理方法主要采取微乳液法或反膠束法。對納米粒子的表面處理，通常與制備過程同步進行。
2)高能量法表面改性
無機納米粒子表面有許多官能團，利用電暈放電、紫外線、等離子體放射線對粒子進行表面改性。這一方法的技術復雜、成本高，因此應用比較少。
3)機械化學改性
在粉碎過程中，利用機械應力對粒子表面進行激活，以改變其表面晶體結構和物理化學結構。由于晶格發生位移，內能增大，在外力作用下，填料表面與其它物質發生反應，達到表面改性的目的。機械法改性具有反應過程易控制，加纖耐候PP可連續批量生產等優點，但同時易造成無機粒子的晶型破壞，使包覆不均勻。王林江等用硬脂酸類改性劑對CaO：)3進行超細粉碎與表面改性一體化研究，結果表明，在機械力作用下產生的CAO33表面活性高，有利于提高改性效果 ；紅外光譜分析表明，原碳酸根離子的特征峰明顯加寬，紅外光譜中也出現了改性劑中的亞甲基鍵的振動吸收。這一研究結果表明，CaO：)3粉體與改性劑之間進行了表面化學吸附反應。
4)表面化學改性
利用具有表面活性的有機官能團與納米粒子表面層原子發生化學吸附或化學反應，使表面活性劑覆蓋粒子的表面。常用的表面改性劑有：硅烷偶聯劑、鈦酸脂偶聯劑、鋁酸脂偶聯劑、鋁鈦復合偶聯劑、硬脂酸、有機硅等。表面化學改性是常用的方法，如果與低分子分散劑配合效果更好，因為分散劑能降低無機納米粒子的表面能，改善其分散狀況，但不能改善填料粒子和基體的界面結合，而偶聯劑則可以和基體有強有力的相互作用。T分別用疏基硅烷、乙烯基和氨基偶聯劑對Si 進行了表面處理。分析測試表明，前兩者處理后粒子的疏水性增加，表面羥基數目大量減少，導致二次團聚減少；而氨基硅烷偶聯劑卻沒有這樣的效果，這主委是因為后者分子結構中的氨基除了與sich表面的羥基反應外，還形成了分子間氫鍵而又引起粒子的團聚。就目前看來，納米粒子表面改性的方法比較多，但能根本上解決其團聚的方法還比較少，并且由于納米粒子表面改性涉及眾多學科，其改性機理、改性方法、改性效果表征均不完善，須進一步研究探討。
無機納米粒子改性機理
影響PP／納米復合材料力學性能的重要因素
1.無機納米粒子的加入引起聚丙烯本身的聚集態結構的變化：無機納米粒子的加入使聚丙烯結晶度的大小發生變化，晶粒尺寸和晶型也產生變化。聚丙烯是典型的結晶型高聚物，有五種晶型a、p、7、8和擬六方晶型，其中以a和p晶型*為常見。p球晶含量高的制品比a球晶含量高的制品的沖擊強度高、彈性模量和屈服強度低。在高速拉伸下前者比后者的韌性和延展性好。無機納米粒子的加入對聚丙烯的p晶相的生成有比較大的誘導作用，并隨著納米粒子含量的增加而增加，從而提高了PP／納米復合材料的力學性能。吳建國等在研究納米ca(]03改性聚丙烯的結晶行為時發現，純PP在165．0℃ 處有一個典型的a晶熔融峰，而納米CaCCh改性后的PP在150．6℃處還有一個小峰對應8晶型，說明納米粒子對聚丙烯的p晶相的生成有一定的誘導作用[巧]。L．Z等研究了滑石粉填充聚丙烯，結果發現有少量的8晶相生成u 。葉春明等用納米Y2 填充PP，納米Y2 的加入改變了PP的晶型，使a晶含量減少而p晶含量增加，p晶相的熔融峰增加幅度比較大。
2.無機納米粒子的加入可以優化復合材料的界面結構，當材料受到沖擊時誘導基體發生大面積屈服形變．導致產生這種現象的原因是由于無機納米粒子與基體發生界面脫粘形成空穴使基體中應力場和應力集中發生了改變，促使基體屈服，從而實現對聚丙烯的增強增韌。
無機納米粒子改性機理
關于無機納米粒子對聚丙烯的增強增韌機理，現在人們普遍可以接受的是Bucknall提出的剪切屈服和銀紋化理論。其理論解釋如下：1)無機納米粒子的存在使基體產生應力，引起基體樹脂周圍產生微開裂，吸收一定的變形功；2)無機納米粒子的存在使基體樹脂裂紋擴展受阻，*后終止裂紋，不致發展成破壞性開裂；3)隨著無機納米粒子的微細化，粒子表面積增大，粒子與基體的接觸面積增大，使復合材料受沖擊時產生更多的微裂紋，吸收更多的沖擊能。雖然無機納米粒子對聚丙烯的增強增韌機理的研究有了一定的進展，但由于聚丙烯／納米復合材料的作用機理比較復雜，要闡述清楚有待更進一步的研究。
結束語
聚丙烯／納米復合材料是一類新興的材料，由于它具有優良的力學性能，可廣泛地應用于各行各業，因此，我們應加快研究步伐，制造出適宜工業化生產的復合材料，以促進塑料工業的發展。