[发明专利]纳米氧化锌/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合纤维及其制备领域，特别是涉及一种纳米氧化锌/聚丙烯/聚乳酸复合纤 维材料及其制备方法。

背景技术

纳米氧化锌是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，其粒径介于1～100纳米， 又称为超微细氧化锌。由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生 了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，同时其具有 光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98％；另外氧化锌还具有抗菌 抑菌、祛味、防酶等一系列独特性能。因而，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、 敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途，在高分子、橡胶、涂料、 油墨、颜填料、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。

由于纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚；另一方面，纳米 氧化锌表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，这就极大地限制了其纳米效应的发挥。 因此对纳米氧化锌粉体进行分散和表面改性成为纳米材料在基体中应用前必要的处理手 段。

一般来讲，纳米粒子的改性方法有三种：1.在粒子表面均匀包覆一层其他物质的膜， 从而使粒子表面性质发生变化；2.利用电荷转移络合体(如硅烷、钛酸酯等偶联剂以及硬 脂酸、有机硅等)作表面改性剂对纳米粒子表面进行化学吸附或化学反应；3.利用电晕放 电、紫外线、等离子、放射线等高能量手段对纳米粒子表面进行改性。所谓纳米分散是指 采用各种原理、方法和手段在特定的液体介质(如水)中，将干燥纳米粒子构成的各种形 态的团聚体还原成一次粒子并使其稳定、均匀分布于介质中的技术。纳米粉体的表面改性 则是在纳米分散技术基础上的扩展和延伸，即根据应用场合的需要，在已分散的纳米粒子 表面包覆一层适当物质的薄膜或使纳米粒子分散在某种可溶性固相载体中。经过表面改性 的纳米干粉体，其吸附、润湿、分散等一系列表面性质都会发生变化，一般可以自动或极 易分散在特定的介质中，因此使用非常方便。

根据不同应用领域的要求，选择适当的表面改性剂或表面改性工艺，对纳米氧化锌进 行表面改性，改善其表面性能，增加纳米颗粒与基体之间的相容性，从而应用于各种领域， 提高产品的性能技术指标。

目前纳米氧化锌的制备技术已经取得了一些突破，在国内形成了几家产业化生产厂 家。但是纳米氧化锌的表面改性技术及应用技术尚未完全成熟，其应用领域的开拓受到了 较大的限制，并制约了该产业的形成与发展。虽然我们近年来在纳米氧化锌的应用方面取 得了很大的进展，但与发达国家的应用水平以及纳米氧化锌的潜在应用前景相比，还有许 多工作要做。如何克服纳米氧化锌表面处理技术的瓶颈，加快其在各个领域的广泛应用， 成为诸多纳米氧化锌生产厂家所面临的亟待解决的问题。

关于含纳米氧化锌的聚合物复合材料文献报道主要有三种制备方法，分别是原位聚合 法、共混法和溶胶-凝胶法。但是，在含纳米氧化锌聚合物复合材料制备中人们面临的问题 之一就是纳米氧化锌由于其巨大的表面能，使管与管之间具有较强的吸附力，导致其在聚 合物中容易团聚，分散性差，使得纳米氧化锌的效果变差。

聚乳酸(PLA)是一种绿色材料，由农业经济作物(玉米等)发酵产物乳酸为基本原 料制得，具有良好的生物降解性，使用后能完全降解生成二氧化碳和水，不污染环境。聚 乳酸还具有很好的力学性质、热塑性、成纤性、透明度高，适用于吹塑、挤出、注塑等多 种加工方法，加工方便，应用十分广泛。但是纯聚乳酸不耐冲击和高温，限制了其用途及 使用效果，这就促使人们对其性能的改性展开深入研究。

聚丙烯(PP)是一种性能优异的热塑性材料，具有价格低廉、工艺简便、无毒、易加 工、比重小、抗冲击强度好等优点，广泛应用于包装、日用品、化工、汽车、医疗等各个 领域，成为目前应用最广泛的塑料之一。因而可作为聚乳酸的共混物，来改善其性能。但 由于聚丙烯的韧性差、尺寸稳定性差、耐磨性不足、热变形温度不高等缺点，使其应用领 域受到很大的限制。为进一步提高聚丙烯与聚乳酸共混物的性能，如抗紫外线性能、抗菌 性能、力学性能和耐高温等，还需对其进行改性，纳米氧化锌作为新型纳米材料的典型代 表，是重要的候选材料之一。