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納米功能塑料及其在家電中的應用

發布時間:2017-3-14 閱讀:

現代塑料加工應用納米功能塑料及其在家電中的應用石勁松(中國科學院泰興納米材料有限公司,225401)應用。

家用電器納米材料自誕生以來所取得的成就及對各個領域的影響和滲透十分引人注目。諾貝爾獎獲得者羅雷爾曾說過:70年代重視微米技術的國家如今都已成為發達國家,現在重視納米技術的國家必將成為21世紀先進的國家。納米材料在建材、環保、半導體、化纖、化妝品、機械加工等許多領域取得了令人滿意的應用成果。如今,納米材料在塑料工業中的應用也出現了喜人的前景,而塑料是家用電器的重要材料之一。家用電器往往采用一些具有特殊功能的塑料,如抗菌塑料、阻燃塑料、導電塑料、磁性塑料、增韌增強塑料以及為了適應環保要求的生物降解塑料。

1納米功能塑料的種類及特性為了滿足某些特殊行業以及某些特殊零部件的需要,伴隨著納米技術的產生,已出現了許多由納米材料改性的特殊功能塑料。

1.1抗菌塑料抗菌塑料是通過在塑料中添加抗菌劑的方法實現的。利用納米技術在塑料中添加少量的納米無機抗菌劑即可制得高效的抗菌塑料。無機抗菌劑是接觸式殺菌,經納米技術改性的無機抗菌劑由于顆粒粒徑的減小,單位重量的無機抗菌劑顆粒數增多,比表面積加大,因而增加了與細菌的接觸面積,提高了抗菌效果。同時,由于抗菌劑的粒徑超細,依靠庫侖引力可穿透細菌的細胞壁(大腸桿菌大約為600mn)進入細胞體內,破壞細胞合成酶的活性,細胞喪失分裂繁殖能力而死亡。因此,功能性納米無機抗菌塑料具有極其優異的性能:安全性高,無毒副作用;抗菌時效長,緩釋效果良好;抗菌效率極高,對大腸桿菌等的抗菌率達到99%以上;抗菌譜寬,克服了一般抗菌材料的單一性;穩定性好,具有普通銀系抗菌劑所不能比擬的光穩定性和熱穩定性。

增韌增強塑料在塑料中填充納米級粒徑的無機填料,常用的有蒙脫土、Si2、Ti2等,由于無機納米粒子同聚丙烯等塑料的相容性較差,很難匹配,目前技術較為成熟的是在塑料中填充經表面處理后的納米級超細CaC03.納米級CaC03對PP等塑料的結晶有明顯的異相成核作用,適當加入可以使聚丙烯等塑料的拉伸屈服強度和彎曲模量上升,由此可見,納米級材料填充可達到增韌目的,可大大提高塑料的綜合力學性能。

1.3阻燃塑料以納米級Sb23為載體,經表面改性可制成高效的阻燃劑,其氧指數是普通阻燃劑的數倍。因為納米材料的粒徑超細,經表面處理后其活性極大,燃燒時其熱分解速度大大加快,吸熱能力增強,降低材料表面溫度,且超細的納米材料顆粒能覆蓋在ABS凝聚相的表面,能很好地促進碳化層的形成,在燃燒源和基材間形成不燃性屏障,從而起到隔離阻燃的作用。另外,納米級Sb23與ABS等塑料有很好的匹配性,具有熱穩定性好、無毒、持久阻燃等優點。

用化學專業,一直從事納米材料的研究制備及應用工作,已發表數篇現代塑料加工應用1.4導電塑料常用導電塑料多采用添加銅粉、銀粉或炭黑的方法制得。由于普通炭黑等材料在塑料中分散性差,與塑料的相容性不好,因而在應用上受到了一定的限制。以納米級二氧化鈦為載體,在Tiz上包覆一層致密的Sn2和Sb23膜,可制成性能優異的納米級導電粉。該導電粉由于粒徑超細,根據原子擴散行為等理論,其納米粒子的晶格振動速度加快,因而與塑料有很好的相容性,并且白度好,為導電粉在塑料上的應用拓寬了領域。

1.5磁性塑料磁性塑料俗稱塑料磁鐵。由于表面效應,納米磁性材料會發生顯著的晶格收縮效應,使晶格常數變小,引起納米粒子表面原子輸送和構型的變化,表面電子自旋構象和電子能譜也發生變化,其磁疇小,呈單磁疇結構。由于體積效應,使其磁性能發生了突變。納米晶的磁性相互作用不僅限于單個晶粒,而且可以擴展越過界面,使數百個晶粒磁化排列,隨著粒徑的減小,其矯頑力可顯著增強,磁性能得到了明顯的改善。將納米級鐵氧體類和稀土類等超磁性物質與塑料混煉即可制成磁性能很好的塑料。

2納米功能塑料在家電中的應用家用電器的材料更新已完成塑料替代金屬的過程,現在已開始了由納米功能塑料替代普通塑料的過程。功能塑料材料的應用推動了家用電器工業的發展。另一方面,家用電器工業的發展也對塑料材料及其加工技術提出了許多新課題,納米功能塑料也就是在這種情況下應運而生的。

高效的納米抗菌塑料主要用于電冰箱的門把手、門襯、抽屜等,以及洗衣機的抗菌不銹鋼筒、抗菌洗滌水泵、抗菌波輪等部件,此外,還廣泛應用于空調器、電話、熱水器、礦化水壺、微波爐、電飯鍋等。

增韌增強塑料主要用于電冰箱門密封條、洗衣機內筒以及各種家用電器的外殼和底座等。阻燃塑料在家用電器上的應用極為廣泛,如電熨斗、微波爐、電飯煲、電視機、各種照明器具以及所有電器的插頭和插座等。

導電塑料主要用于家用電器的殼體,以屏蔽或反射家電產生的對人體有害的電磁波,以及用于空調器的除塵。

磁性塑料的發展較快,目前已占磁鐵總用量的15%,大量用于微型精密電機的轉子和定子的零部件,電冰箱門封磁條、電視機、收錄機、錄像機、電話機、揚聲器等家用電器的零部件。

3結語各種納米功能塑料在家用電器上有著廣泛的應用前景。因此應加大各種功能塑料的開發力度,在新材料方面能有目的、有要求地緊跟國際發展趨勢,努力提高未來產品在功能塑料應用方面的競爭優勢,為納米功能塑料在家電制品中的應用做出貢獻。

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