蒙脱土纳米材料改性聚丙烯

研究者利用无机层状硅酸盐矿物--蒙脱土具有天然的纳米硅氧化四面体的片状结构，进行插层聚合式与聚合物熔体作用，使之被剥离为纳米尺度的片层并均匀分散到聚合物基体中，从而形成聚合物纳米材料。

由于蒙脱土为层状无机纳米复合材料，从结构观点来看，这种高聚物/层状无机纳米复合材料包括插层型和剥离型两种复合类型，其结构示意图见下图。图中粗体直线代表层状硅酸盐基本结构单元(晶片)的横切面，弯曲的细线代表高分子链。由此可知，插层型纳米塑料中层状硅酸盐在近程仍保留其层状有序结构（一般10-20层），而远程是无序的。剥离型纳米塑料中层状硅酸盐有序结构皆被破坏，因此，二者在性能上有很大差异。

聚合物层状无机纳米复合材料的结构示意图

在插层型纳米塑料中，聚合物插层进入硅酸盐片层间，蒙脱土的片层间距虽有扩大，但片层仍然具有一定的有序性。在剥离型纳米塑料中，蒙脱土的硅酸盐片层完全被聚合物打乱，无规分散在聚合物基体中的是一片一片的硅酸盐单元片层，此时，蒙脱土片层与聚合物实现了纳米尺度上的均匀混合。由于高分子链运输特性在层间受限，空间与层外自由空间有很大的差异，因此插层型纳米塑料可作为各向异性的功能材料，而剥离型纳米材料具有很强的增强效应，是理想的强韧型材料。

由于聚合物基体与粘土片层的良好结合和粘土片层的平面取向作用，纳米塑料表现出良好的尺寸稳定性和很好的气体阻隔性。其高阻隔性原理示意如下图所示。

高阻隔性原理示意图

有研究者制备的蒙脱土尼龙6(nc-PA6)膜与通用尼龙6膜比较有很好的对氧气和水蒸气的阻隔性，对氧的透过率可降低2/3。膜的性能比较如下表所示。

nc-PA6薄膜性能指标

由上表中的数据可以看出，用层状纳米无机材料改性聚丙烯膜会改善膜的阻隔性，因此这对于聚丙烯包装材料来说是一种很好的改性方法。

利用这种蒙脱土纳米聚丙烯可用于生产各种聚丙烯制品，如聚丙烯管材、棒材等。将这种纳米材料与无规共聚聚丙烯（PP-R）管材相比，具有更好的化学稳定性，抗冲击性，卫生环保性，高温稳定性，抗抽取性，加工性和经济性。这种材料的收缩性小，抗蠕变性能优异，在60-70℃的温度下，它的耐蠕变开裂寿命可达到50年以上。下表为这种聚丙烯管材的部分性能指标。

纳米PP-R管材的性能指标