运用纳米技术能够在分子水平上重组物质结构，从而使新材料具有比传统材料更优越的性能u ]。通过填充纳米填料制备橡胶纳米复合材料（分散相至少有一维的尺寸介于1～100 nm）已成为目前研究的新热点 ]。由于纳米粒子具有的小尺寸效应、量子效应、不饱和价效应和电子隧道效应等表面效应 ，因此引入纳米填料将使橡胶的性质发生很大改变，并有可能获得一些新的性能.1 纳米填料的种类1．1 纳米粘土粘土材料在全国各地均有分布，且价格低廉，很早就被作为橡胶填料使用。敖宁建等u。。采用超声波处理，使粒径为10～150 nm 的红粘土均匀分散在橡胶中，并与橡胶相界面形成良好结合，提高了材料的力学性能和热氧老化性能。Pra—manik M 等 采用共混法将粒径为2～4 nm 的有机粘土加入乙烯一乙酸乙烯酯共聚物中，使共聚物的模量提高4．7倍，拉伸强度提高1．6倍，物理性能大大改善。Li X C等 u也进行了相关研究。郑华等 的研究结果表明，预处理蒙脱土（用含有羟乙基的表面活性剂处理）加入EPDM 制得的纳米复合材料具有很好的物理性能和动态力学性能。张立群等『j 的研究结果表明，用纳米粘土与NBR制得的复合材料，无论是定伸应力、拉伸强度，还是拉断伸长率都有大幅度提高。Chang Yw 等 通过共混法将EPDM 橡胶分子嵌入纳米有机蒙脱土中制得的复合材料具有很好的拉伸强度、刚度、硬度以及更高的玻璃化温度。还有一些研究也表明，以纳米水平分散在橡胶中的层状粘土可以为橡胶提供非常有效的补强 引，甚至可以部分替代炭黑。1．2 纳米二氧化硅张倩等 ” 研究了纳米二氧化硅改性氯化聚乙烯（CPE）的性能，结果表明，随着纳米二氧化硅用量的增大，改性CPE的硬度、300 定伸应力和拉断伸长率呈递增趋势，拉伸强度先上升后平缓下降，拉断永久变形增大。刘东辉等的研究表明，纳米二氧化硅能有效改善微发泡天然胶乳的热延伸性能。纳米二氧化硅能否起到相应的作用，关键在于能否打破其软团聚状态，使之以纳米级尺寸均匀分散在材料基体中。用溶胶一凝胶技术制备的纳米二氧化硅改性橡胶具有很高的拉伸强度和撕裂强度、优异的滞后生热和动／静态压缩性能 。1．3 纳米碳酸钙碳酸钙作为增量填充剂（增大体积、降低成本）广泛应用于橡胶和塑料中。随着纳米技术的迅速发展，碳酸钙的粒径已能粉碎到小于40 nm。邹德荣0 的研究表明，纳米碳酸钙可以提高室温硫化型硅橡胶的交联密度并改善其物理性能。章正熙等的研究表明，纳米碳酸钙的加入对聚丙烯具有明显的异相成核作用，使聚丙烯球晶变小，改善复合材料的韧性。张广平等在反应器原位分散共聚中加入成核剂和纳米碳酸钙制备了增强型聚丙烯共聚物。增强型共聚物的冲击强度、弯曲应力和热变形温度大幅度提高，拉伸强度也有所增大，同时其结晶峰温度显著升高，半结晶时间明显缩短。1．4 纳米炭黑和白炭黑炭黑一白炭黑双相纳米填料（CSDPF）是近年来开发的一种新型橡胶补强材料.存特种橡胶制品生产中有着不可替代的作用。贾红兵等提出了纳米白炭黑／炭黑并用补强模型，认为纳米白炭黑与炭黑并用可增进补强效果,当纳米白炭黑／炭黑并用比为6／24时，SBR硫化胶的拉伸性能、疲劳性能及耐磨性最佳。段咏欣等 。的研究表明，CSDPF加工性能明显优于传统填料，加工能耗小，填料一聚合物作用力大，填料一填料作用力小，不易形成填料网络结构，Payne效应小，生热低，滞后损失小，滚动阻力低。此外，纳米白炭黑／炭黑与纳米二氧化钛、纳米氧化铝并用也有很好的补强效果。1．5 纳米氧化锌、氧化铝和四氧化三铁纳米氧化锌与普通氧化锌相比，因其粒径小、比表面积大、吸附活性高，所以具有表面效应和高活性。魏爱龙等 的研究表明，纳米氧化锌可以与橡胶分子实现分子水平上的结合，即纳米填料与橡胶分子的接枝作用，从而达到提高胶料性能的目的，尤其是胶料的耐磨性抽出力和撕裂性能显著提高，成品性能也有相应改善。朱胜利等研究认为，使用纳米氧化锌能改善胶料的加工安全性，提高硫化胶的力学性能、热空气老化性能及与骨架材料的粘合性能，并能明显降低成本。填充纳米氧化铝的硫化胶具有优良的耐磨性和耐疲劳性能，但单独使用时会影响某些其它性能，而与炭黑及白炭黑并用可以弥补这一不足，获得较好的补强效果。陈守明等印对纳米四氧化三铁作为橡胶填料进行了初步研究。1．6 纳米丙烯酸金属盐丙烯酸金属盐与橡胶有一定的相容性，可产生增塑作用，且其初始粒径为微米级，因而复合材料的加工性能较好。赵阳等研究了4种纳米丙烯酸金属盐补强NBR的物理性能，结果显示，它们的综合力学性能均高于用炭黑N220补强的橡胶，具有较高的拉伸强度、100 定伸应力和撕裂强度。由于极性和交联密度的提高，纳米丙烯酸金属盐填充的橡胶具有比较优异的耐油性和耐热性。在特种橡胶制品领域，其综合优势是炭黑和白炭黑所无法比拟的。1．7 其它纳米填料碳纳米管（CNTs）也可用做橡胶填料。Jia ZJ等采用原位复合法制备了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）／CNTs复合材料。研究表明，反应中CNTs可被引发而打开7c键，然后与PMMA主体形成很强的相间作用力，并使复合材料的宏观性质发生改变。此外，一些纳米级的纤维，如碳纤维、玻璃纤维和凹凸棒土等物质也可通过各种方法引入到橡胶中，制得特种材料或功能材料。2 橡胶纳米填料的新功能纳米填料除了可以用做橡胶补强剂外，还可以赋予纳米复合材料一些新的功能和性质。2．1 在生物降解材料中的应用随着大众环保意识的提高,生物降解聚合物不但广泛应用于
食品包装、健康护理及农业生产当中，而且在人工移植、药物释放和组织工程中也得到广泛的应用。目前至少有1 000万美国人正在使用生物降解材料制造的工移植医疗设备.但结构和功能不够稳定使现有的生物降解高分子材料难以得到更广泛的应用。Dan—ie1 S等 在最新的研究中合成了基于不同无机层状纳米材料的聚左旋乳酸（PLA）。该物质的工作温度得到很大扩展，在物理性能大大改善的同时，生物降解速率提高了6～10倍，而且降解过程是可控制的。这一成果将很快被应用于上述用途。2．2 在热可逆材料中的应用热可逆材料可以用来制造人工肌肉、药物释放系统以及专用传动装置。在高低温度之间，这种材料的体积可以发生很大的可逆变化。基于聚N一异丙基酰胺（NIPAM）的材料是其中的代表，温度从室温仅升高几度，该物质的体积就可以增大100倍，而当温度下降到室温时，其体积又会缩小。但是，这种材料的缺陷是力学性能不够稳定，而不断更新的纳米填料将可弥补这一不足，使之能尽快投入使用口 。2．3 阻燃效果在过去的许多年里，已有很多物质被作为阻燃剂添加到高聚物中，在阻燃的同时也对材料的其它性能造成一些负面影响。最新的研究结果表明，仅仅加入质量分数为0．02～0．06的硅酸盐纳米粘土，就可以使材料的放热量下降4O ～6O ，而且不会产生过多的一氧化碳和烟灰口 。此外，与传统阻燃剂不同的是，纳米填料的引入并没有对高聚物的物理和化学性能产生明显的影响 。2．4 相容效果目前，聚合物应用中要求能将多种性质不同的聚合物混合以获得最佳效果，但聚合物性质的多样性和聚合物之间较低的混合熵使得这种混合几乎是不可能的。纳米填料的应用可以改变这一点。Voulgaris D和Petridis D 的研究表明，有机改性的纳米粘土填料可以在聚合物混合的过程中起到乳化剂的作用。2．5 其它采用纳米填料，还可以制备导电橡胶 、抗菌橡胶、辐射屏蔽材料口。 以及压力传感材料 朝等许多功能性橡胶纳米复合材料。3 结语纳米填料的不断涌现为橡胶改性提供了大量的新素材，丰富了橡胶补强技术和功能橡胶材料领域的研究思路。纳米填料的应用不但可以极大地改善橡胶性能，而且可能会赋予橡胶许多新的性质，同时可以简化加工步骤，降低成本，大大提高橡胶产品的性价比。由于纳米材料用量小，功能强，符合安全、绿色、环保的发展方向，因此具有极大的发展潜力。但目前还有以下几个问题亟待研究解决。· 纳米粒子与橡胶基体的作用机理。· 纳米复合材料的表征和检测手段。· 纳米复合材料的制备技术。随着对纳米技术逐步深入的研究，纳米填料必将促使橡胶工业进入一个全新的发展阶段。转自：中国橡胶助剂网
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