3、填充改性

填充改性可提高材料的阻隔性能和力學(xué)性能。納米思維下的高分子復合材料，為塑料包裝材料提供了新的發(fā)展空間。少量的納米材料填充物(<5%)，就可得到同時(shí)具有高強度、高模量、韌性、耐熱性、高阻隔性和尺寸穩定性的材料。

填充物目前主要有顆粒尺度和納米尺度的有機物、無(wú)機物(如CaCO3、TiO2、云母、蒙脫土、凸凹棒土等)以及分子級高分子�，F階段，聚合物/無(wú)機納米復合材料研究得最多，進(jìn)展也最快，并已成為國內外包裝材料研究的主要方向和熱門(mén)課題，應用范圍也不斷拓寬。

固體填充物與基體樹(shù)脂的結合性和分散均勻性對阻隔性能和力學(xué)性能有重要影響。因此，用顆粒尺度和納米尺度的無(wú)機材料填充改性的核心，都是為了提高界面結合強度。而如何提高填充材料的分散度，防止相分離，則是納米復合材料研制的關(guān)鍵。

納米尺度的無(wú)機填充物若不經(jīng)表面改性處理，難于以個(gè)體的形式均勻分散在基體樹(shù)脂中。改性的方法有偶聯(lián)劑法、彈性體包覆填充法、等離子體法、原位多相聚合法等。通過(guò)改性，填充材料與基體樹(shù)脂間的界面相容性、反應性、潤濕性可大大增強，填料的分散性也可顯著(zhù)提高。從而界面結合力得以強化，分相程度減小。在包裝材料領(lǐng)域，這方面研究較多的是無(wú)機納米薄片材料。

3.1 填充材料表面改性

宮曉頤用乙烯等離子體對云母進(jìn)行處理后發(fā)現，處理后的云母表面覆蓋了一層厚度為數納米的等離子PE膜。這種改型云母是理想的PE類(lèi)樹(shù)脂的填充物，分散性也很好。其膜制品可具有很高的紅外線(xiàn)阻隔性能，折光率極高。

漆宗能等對尼龍/蒙脫土體系進(jìn)行了深入研究，利用聚合物單體插層原位聚合復合法，將蒙脫土層間陽(yáng)離子交換、單體插層、單體原位聚合在同一穩定膠體分散體系中一步完成，制得了力學(xué)性能、熱性能及阻隔性能和加工性能優(yōu)良的PA6/蒙脫土納米復合材料。這種材料可用于制造汽油箱等。

Liu、Cho等用熔融擠出法制備了PA/黏土納米復合材料。在對其結構研究時(shí)發(fā)現，當黏土質(zhì)量<10%時(shí)，復合材料呈剝離型結構，具有很強的增強效應；>10%時(shí)，則呈插層型，具有各向異性。

Tseng等通過(guò)溶液插層制備了黏土改性的sPS納米復合材料，并用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)、x衍射等分析技術(shù)考察了其結構變化和結晶性能。發(fā)現，硅酸鹽片層在sPS基體中剝離并以片狀形態(tài)均勻分散。這種材料具有極高的阻隔性能和優(yōu)良的力學(xué)性能。

Gilman發(fā)現，PA6加入5%的黏土后，材料可產(chǎn)生相當高的阻隔性，同時(shí)強度、彈性模量、韌性和阻燃性也大大提高。
李同年等在對一種原位插層PA/黏土納米復合材料的阻隔性能研究中則發(fā)現，當黏土含量為5%時(shí)，材料的擴散系數可下降50%之多。

專(zhuān)利發(fā)明的一種聚酯/層狀硅酸鹽納米復合材料，具有很高的CO2、O2阻隔性能。實(shí)驗發(fā)現，該材料O2的滲透性低于10-6g/120d，CO2的損失率<5%/120d。非常適于用作包裝容器(碳酸飲料、啤酒等)、熱灌裝瓶、重復灌裝瓶材料。

3.2 填充材料的分散性和取向態(tài)

高長(cháng)/徑比填充材料的分散狀態(tài)不僅涉及分散均勻性，而且還涉及取向性。片狀填充物的取向性與膜(片)狀包裝材料的阻隔性能有很強的關(guān)聯(lián)性。在填充量相同時(shí)，取向度高的阻隔性能遠遠高于取向度低的。Pinnavaia等研究了PET/蒙脫土納米復合薄膜材料對O2的阻隔性能。發(fā)現，阻隔能力隨填充物的增加而提高。如3%時(shí)下降56%，5%時(shí)下降71%。

在拉伸、吹塑、擠出等加工條件下，插層型和剝離型2種結構形態(tài)的填充物均可不同程度地產(chǎn)生取向。Choi等在研究插層型聚氧化乙烯/蒙脫土納米復合材料時(shí)發(fā)現，導致材料剪切變稀這—現象，主要是硅酸鹽片易于剪切取向并和插層聚合物分子鏈團發(fā)生構像變化而沿流動(dòng)方向排列引起的。多數高長(cháng)/徑比填充材料復合物均具有剪切變稀的流變行為也證明了這—點(diǎn)。

球形填料也可以定向。高翔等研究PET/TiO2納米復合材料的流變特性時(shí)發(fā)現，在較高剪切速率下，顆粒高度定向，形成不同的顆粒層，層間是連續的PET熔體。

4、前景與展望

塑料改性技術(shù)有力地推動(dòng)了包裝材料的發(fā)展，使包裝材料出現了空前繁榮局面。今后，包裝材料將借助于塑料改性技術(shù)，進(jìn)一步朝著(zhù)高性能、多樣化、易加工、低成本、環(huán)保的方向發(fā)展，并突出顯示材料的功能化和高降解能力這一主題。傳統復合改性技術(shù)將主要應用于普通包裝材料領(lǐng)域，重點(diǎn)是提高和改善材料的阻隔性能、力學(xué)性能、加衛性能和環(huán)境保護功能；納米復合改性技術(shù)除了上述應用之外，短期內則會(huì )更多地應用于功能包裝材料、特殊包裝材料的發(fā)展方面。需要重點(diǎn)解決的依然是填充材料的分散性問(wèn)題。同時(shí)，提高材料的降解能力和降低生產(chǎn)成本等也是其面臨的長(cháng)期任務(wù)之一。