聚合物/納米復(fù)合材料將是21世紀(jì)前幾十年塑料工業(yè)的超級(jí)明星。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，納米塑料表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合性能，且比傳統(tǒng)的復(fù)合材料輕。比如尼龍6納米塑料與純尼龍6相比，具有高強(qiáng)度、高模量、高耐熱性、低吸濕性、高尺寸穩(wěn)定性，阻隔性能好，性能全面超過尼龍6，并且具有良好的加工性能。與普通的玻璃纖維增強(qiáng)和礦物增強(qiáng)尼龍6相比，具有密度低、耐磨性好、綜合性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該納米復(fù)合材料還可進(jìn)一步用于玻璃纖維增強(qiáng)和普通礦物增強(qiáng)等改性納米尼龍6，其性能更加優(yōu)越。
20世紀(jì)80年代末，日本首先研發(fā)了兩步法制備尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，此后，美國nanocor公司也進(jìn)行了聚合物/粘土納米復(fù)合材料的工業(yè)化研究。我國中科院化學(xué)所工程塑料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用天然粘土礦物蒙脫土作為分散相，利用插層聚合復(fù)合、熔融插層復(fù)合等方法制備了納米塑料，成功開發(fā)出以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂、硅橡膠、聚苯胺、聚氨酯等為基料的一系列納米塑料。納米PET聚酯已在燕山石化公司聚酯廠完成了工業(yè)放大。
納米顆粒正在改進(jìn)塑料性能中發(fā)揮作用。研究表明，在不損害塑料的剛性情況下，使用納米顆�？傻统杀镜靥岣呔勐纫蚁≒VC）和聚丙烯（PP）的韌性（抗沖強(qiáng)度）。
碳酸鈣（CaCO3）納米顆粒己在中國工業(yè)化生產(chǎn)，它采用北京化工技術(shù)大學(xué)開發(fā)的工藝，并由新加坡納米材料技術(shù)（NMT）公司進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。NMT公司在中國山西省有一合資裝置，已于2001年11月投產(chǎn)，另外，四川和安徽省的1萬噸/年裝置于2002年投產(chǎn)，山東省的裝置將于2003年投產(chǎn)。其他的CaCO3納米顆粒供應(yīng)商有比利時(shí)索爾維公司和日本Shiraishi（白石）鈣Kaiska公司。15~40nm直徑CaCO3納米顆粒由氫氧化鈣和二氧化碳在旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)器（旋轉(zhuǎn)填充床）中反應(yīng)生成，北京化工技術(shù)大學(xué)/NMT工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本較低。
旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）工藝的經(jīng)濟(jì)性使納米CaCO3可應(yīng)用于通用樹脂。納米CaCO3主體中的顆粒負(fù)載為70%~80%，它可用于改進(jìn)如PVC窗框等材料的抗沖性能，它們可部分替代抗沖改性劑，如氯化聚乙烯（CPE）和聚甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）共聚體。其他的潛在PVC應(yīng)用包括管道和管件，其性能改進(jìn)比使用CPE和MBS抗沖改性劑稍低一些，典型的低10%~15%。納米CaCO3主體可與PP管件、薄膜和注模產(chǎn)品組合使用，用于注模時(shí)，納米CaCO3可與樹脂進(jìn)行預(yù)摻混。
NMT廣泛研究了納米CaCO3/PVC和納米CaCO3/PP組合物性能。研究表明，納米CaCO3顆�？筛倪M(jìn)PVC和PP的韌性。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE組合物體系中，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從14.9KJ/m2提高到81.4 KJ/m2，摻混12PPh到PP中，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從20.4 KJ/m2提高到61.7 KJ/m2。
納米CaCO3對(duì)提高塑料的增韌性有獨(dú)特的效果。在常規(guī)用彈性體進(jìn)行增韌時(shí)，聚合物的剛性通常會(huì)因抗沖能力增高而變差。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE體系中，可使抗撓模量從2180MPa提高到2210MPa，而抗張強(qiáng)度相對(duì)保持不變，其他機(jī)械性質(zhì)基本無改變。另外，將納米CaCO3以8：100比例摻混入ABS中，其抗沖強(qiáng)度可達(dá)35 KJ/m2，它比純ABS體系要高出1.5倍，組合物體系的硬度也有提高，例如，摻混1PPh，可提高硬度23%。
使用納米CaCO3提高塑料韌性的關(guān)鍵，是將納米CaCO3顆粒較好地分散到聚合物基質(zhì)中。納米顆粒有很高的表面活性，這些顆粒傾向于聚結(jié)。納米CaCO3顆粒特定表面的改進(jìn)可采用常規(guī)技術(shù)通過制備納米CaCO3主體來實(shí)現(xiàn)，從而可有效地將納米CaCO3顆粒分散到聚合物基質(zhì)中。
通常，納米顆粒使塑料增韌的機(jī)理是納米顆粒有大的表面積，納米顆粒在聚合物基質(zhì)中形成大量細(xì)裂紋（微細(xì)的斷裂），這些微細(xì)的斷裂可分散沖擊能，同時(shí)，納米顆�？臻g中的基質(zhì)可經(jīng)受塑料受沖擊而產(chǎn)生的變形，這也分散了外部沖擊力，從而提高了韌性。
然而，無機(jī)納米顆粒使塑料增韌的效果，需聚合物基質(zhì)應(yīng)具有內(nèi)在的韌性。在易碎的塑料如PVC中，配方中需采用少量抗沖改性劑（如CPE）。在納米CaCO3/PVC/CPE組合體系中，納米CaCO3和CPE會(huì)顯示出協(xié)同的增韌效果。在工業(yè)應(yīng)用中，使用4PPh CPE和4PPh納米CaCO3的效果較優(yōu)。
納米CaCO3可從易得的原料制取，生產(chǎn)無污染，成本低，無可燃性，摻混應(yīng)用于塑料中可起到重要的增韌效果。
浙江巨化公司電化廠完成納米碳酸鈣原位聚合PVC樹脂工業(yè)性試驗(yàn)，這種納米PVC塑料是利用原位聚合式混配技術(shù)，將納米尺寸的超細(xì)微無機(jī)粒子填充到PVC基體中進(jìn)行改性而形成的聚合材料，具有高強(qiáng)、高模、高韌性、高穩(wěn)定性及阻隔性，并具有良好的加工性能。該廠已工業(yè)化試產(chǎn)出適用于化學(xué)建材的高性能原位聚合PVC樹脂。
超高分子量聚乙烯的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等性能均在現(xiàn)有型料中堪稱性能較優(yōu)者，但由于粘度極高，成型加工困難。我國中科院化學(xué)所利用層狀硅酸鹽片層間摩擦系數(shù)小，可減少分子鏈的纏結(jié)，能起到良好自潤(rùn)滑作用的特性，研制成功超高分子量聚乙烯/粘土納米復(fù)合材料，使得超高分子量聚乙烯能用普通擠出成型方法連續(xù)生產(chǎn)管材和異型材，并具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕、高強(qiáng)度、無毒性能。由于納米塑料具有出色的性能，加工工藝簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，在各種高性能管材、汽車及機(jī)械零部件、電子和電器部件等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，具有優(yōu)異阻隔性能的納米復(fù)合材料在食品包裝材料市場(chǎng)潛力也十分巨大。
長(zhǎng)期以來，由瓶裝啤酒爆裂造成消費(fèi)者人身安全事故問題一直困擾生產(chǎn)廠家和消費(fèi)部門，而且玻璃瓶質(zhì)量重造成運(yùn)輸中資源的浪費(fèi)。但由于啤酒中所含的蛋白質(zhì)很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，無法達(dá)到長(zhǎng)期保鮮的效果，在一般的塑料瓶中很難保存，而納米塑料的問世解決了這一問題。現(xiàn)在新研制出的納米塑料瓶不僅具有優(yōu)良的氣體阻隔性和較高的光澤度，而且這種塑料強(qiáng)度高，耐熱性好。美國Nanocor公司研制出的納米瓶裝啤酒己經(jīng)上市，我國的研究也有了重要進(jìn)展。
目前，聚合物系納米復(fù)合材料的應(yīng)用處于市場(chǎng)開發(fā)期。發(fā)展最早的PA（聚酰胺）系納米復(fù)合材料2001年市場(chǎng)規(guī)模為1850噸。美國2010年納米復(fù)合材料總需求和按塑料種類需求的預(yù)測(cè)表明，今后納米復(fù)合材料將有較大發(fā)展，到2010年聚合物系納米復(fù)合材料營(yíng)業(yè)額將達(dá)40.07億美元，其中聚烯烴系（特別是聚丙烯系）約占總量的50%左右，各種聚合物納米復(fù)合材料未來市場(chǎng)和占有份額為：聚丙烯系達(dá)16.54億美元，占總量41.3%；其次是聚乙烯和其他聚烯烴系4.31億美元，占10.8%；熱固性樹脂系3.94億美元，占9.8%，居第三，以下依次為：聚苯乙烯系3.69億美元，占9.2%；聚酰胺系3.18億美元，占7.9%；其他工程塑料和特種聚合物系總銷售額為5.42億美元，占總市場(chǎng)13.5%。
20世紀(jì)80年代末，日本首先研發(fā)了兩步法制備尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，此后，美國nanocor公司也進(jìn)行了聚合物/粘土納米復(fù)合材料的工業(yè)化研究。我國中科院化學(xué)所工程塑料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室用天然粘土礦物蒙脫土作為分散相，利用插層聚合復(fù)合、熔融插層復(fù)合等方法制備了納米塑料，成功開發(fā)出以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂、硅橡膠、聚苯胺、聚氨酯等為基料的一系列納米塑料。納米PET聚酯已在燕山石化公司聚酯廠完成了工業(yè)放大。
納米顆粒正在改進(jìn)塑料性能中發(fā)揮作用。研究表明，在不損害塑料的剛性情況下，使用納米顆�？傻统杀镜靥岣呔勐纫蚁≒VC）和聚丙烯（PP）的韌性（抗沖強(qiáng)度）。
碳酸鈣（CaCO3）納米顆粒己在中國工業(yè)化生產(chǎn)，它采用北京化工技術(shù)大學(xué)開發(fā)的工藝，并由新加坡納米材料技術(shù)（NMT）公司進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓。NMT公司在中國山西省有一合資裝置，已于2001年11月投產(chǎn)，另外，四川和安徽省的1萬噸/年裝置于2002年投產(chǎn)，山東省的裝置將于2003年投產(chǎn)。其他的CaCO3納米顆粒供應(yīng)商有比利時(shí)索爾維公司和日本Shiraishi（白石）鈣Kaiska公司。15~40nm直徑CaCO3納米顆粒由氫氧化鈣和二氧化碳在旋轉(zhuǎn)式反應(yīng)器（旋轉(zhuǎn)填充床）中反應(yīng)生成，北京化工技術(shù)大學(xué)/NMT工藝的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)成本較低。
旋轉(zhuǎn)填充床（RPB）工藝的經(jīng)濟(jì)性使納米CaCO3可應(yīng)用于通用樹脂。納米CaCO3主體中的顆粒負(fù)載為70%~80%，它可用于改進(jìn)如PVC窗框等材料的抗沖性能，它們可部分替代抗沖改性劑，如氯化聚乙烯（CPE）和聚甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）共聚體。其他的潛在PVC應(yīng)用包括管道和管件，其性能改進(jìn)比使用CPE和MBS抗沖改性劑稍低一些，典型的低10%~15%。納米CaCO3主體可與PP管件、薄膜和注模產(chǎn)品組合使用，用于注模時(shí)，納米CaCO3可與樹脂進(jìn)行預(yù)摻混。
NMT廣泛研究了納米CaCO3/PVC和納米CaCO3/PP組合物性能。研究表明，納米CaCO3顆�？筛倪M(jìn)PVC和PP的韌性。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE組合物體系中，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從14.9KJ/m2提高到81.4 KJ/m2，摻混12PPh到PP中，可使其單一切口抗沖強(qiáng)度從20.4 KJ/m2提高到61.7 KJ/m2。
納米CaCO3對(duì)提高塑料的增韌性有獨(dú)特的效果。在常規(guī)用彈性體進(jìn)行增韌時(shí)，聚合物的剛性通常會(huì)因抗沖能力增高而變差。摻混8PPh納米CaCO3到PVC/CPE體系中，可使抗撓模量從2180MPa提高到2210MPa，而抗張強(qiáng)度相對(duì)保持不變，其他機(jī)械性質(zhì)基本無改變。另外，將納米CaCO3以8：100比例摻混入ABS中，其抗沖強(qiáng)度可達(dá)35 KJ/m2，它比純ABS體系要高出1.5倍，組合物體系的硬度也有提高，例如，摻混1PPh，可提高硬度23%。
使用納米CaCO3提高塑料韌性的關(guān)鍵，是將納米CaCO3顆粒較好地分散到聚合物基質(zhì)中。納米顆粒有很高的表面活性，這些顆粒傾向于聚結(jié)。納米CaCO3顆粒特定表面的改進(jìn)可采用常規(guī)技術(shù)通過制備納米CaCO3主體來實(shí)現(xiàn)，從而可有效地將納米CaCO3顆粒分散到聚合物基質(zhì)中。
通常，納米顆粒使塑料增韌的機(jī)理是納米顆粒有大的表面積，納米顆粒在聚合物基質(zhì)中形成大量細(xì)裂紋（微細(xì)的斷裂），這些微細(xì)的斷裂可分散沖擊能，同時(shí)，納米顆�？臻g中的基質(zhì)可經(jīng)受塑料受沖擊而產(chǎn)生的變形，這也分散了外部沖擊力，從而提高了韌性。
然而，無機(jī)納米顆粒使塑料增韌的效果，需聚合物基質(zhì)應(yīng)具有內(nèi)在的韌性。在易碎的塑料如PVC中，配方中需采用少量抗沖改性劑（如CPE）。在納米CaCO3/PVC/CPE組合體系中，納米CaCO3和CPE會(huì)顯示出協(xié)同的增韌效果。在工業(yè)應(yīng)用中，使用4PPh CPE和4PPh納米CaCO3的效果較優(yōu)。
納米CaCO3可從易得的原料制取，生產(chǎn)無污染，成本低，無可燃性，摻混應(yīng)用于塑料中可起到重要的增韌效果。
浙江巨化公司電化廠完成納米碳酸鈣原位聚合PVC樹脂工業(yè)性試驗(yàn)，這種納米PVC塑料是利用原位聚合式混配技術(shù)，將納米尺寸的超細(xì)微無機(jī)粒子填充到PVC基體中進(jìn)行改性而形成的聚合材料，具有高強(qiáng)、高模、高韌性、高穩(wěn)定性及阻隔性，并具有良好的加工性能。該廠已工業(yè)化試產(chǎn)出適用于化學(xué)建材的高性能原位聚合PVC樹脂。
超高分子量聚乙烯的耐磨、耐沖擊、耐腐蝕、自潤(rùn)滑等性能均在現(xiàn)有型料中堪稱性能較優(yōu)者，但由于粘度極高，成型加工困難。我國中科院化學(xué)所利用層狀硅酸鹽片層間摩擦系數(shù)小，可減少分子鏈的纏結(jié)，能起到良好自潤(rùn)滑作用的特性，研制成功超高分子量聚乙烯/粘土納米復(fù)合材料，使得超高分子量聚乙烯能用普通擠出成型方法連續(xù)生產(chǎn)管材和異型材，并具有優(yōu)良的耐磨、耐腐蝕、高強(qiáng)度、無毒性能。由于納米塑料具有出色的性能，加工工藝簡(jiǎn)單和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，在各種高性能管材、汽車及機(jī)械零部件、電子和電器部件等領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，具有優(yōu)異阻隔性能的納米復(fù)合材料在食品包裝材料市場(chǎng)潛力也十分巨大。
長(zhǎng)期以來，由瓶裝啤酒爆裂造成消費(fèi)者人身安全事故問題一直困擾生產(chǎn)廠家和消費(fèi)部門，而且玻璃瓶質(zhì)量重造成運(yùn)輸中資源的浪費(fèi)。但由于啤酒中所含的蛋白質(zhì)很容易發(fā)生氧化反應(yīng)，無法達(dá)到長(zhǎng)期保鮮的效果，在一般的塑料瓶中很難保存，而納米塑料的問世解決了這一問題。現(xiàn)在新研制出的納米塑料瓶不僅具有優(yōu)良的氣體阻隔性和較高的光澤度，而且這種塑料強(qiáng)度高，耐熱性好。美國Nanocor公司研制出的納米瓶裝啤酒己經(jīng)上市，我國的研究也有了重要進(jìn)展。
目前，聚合物系納米復(fù)合材料的應(yīng)用處于市場(chǎng)開發(fā)期。發(fā)展最早的PA（聚酰胺）系納米復(fù)合材料2001年市場(chǎng)規(guī)模為1850噸。美國2010年納米復(fù)合材料總需求和按塑料種類需求的預(yù)測(cè)表明，今后納米復(fù)合材料將有較大發(fā)展，到2010年聚合物系納米復(fù)合材料營(yíng)業(yè)額將達(dá)40.07億美元，其中聚烯烴系（特別是聚丙烯系）約占總量的50%左右，各種聚合物納米復(fù)合材料未來市場(chǎng)和占有份額為：聚丙烯系達(dá)16.54億美元，占總量41.3%；其次是聚乙烯和其他聚烯烴系4.31億美元，占10.8%；熱固性樹脂系3.94億美元，占9.8%，居第三，以下依次為：聚苯乙烯系3.69億美元，占9.2%；聚酰胺系3.18億美元，占7.9%；其他工程塑料和特種聚合物系總銷售額為5.42億美元，占總市場(chǎng)13.5%。
