工程材料网络课程 5 高分子材料 5.3 纳米高分子材料(3)

5.3.4纳米改性涂料

科学证明，纳米涂料也称为纳米复合涂料（Nanocomposite Coating）。将纳米材料应用于制备新的功能性涂料，在改善涂料性能方面主要有：施工性能的改善，利用粒径对流变性能的影响，如（纳米二氧化硅）用于建筑材涂料，防止涂料的流挂；耐候性的改善，利用纳米粒子对紫外线的吸收，如应用纳米TiO2、SiO2，可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车喷漆；力学性能的改善，利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可以提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性。

功能性纳米涂料种类很多，按它们的主要作用与功能可分为：军事隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、抗菌涂料、纳米界面涂料、纳米大气净化涂料以及具有其他功能的涂料，如电绝缘涂料、磁性涂料、红外隐身涂料等。

5.3.5纳米改性纤维

纳米纤维是直径1～100nm 的纤维，此为狭义的纳米纤维的定义。广义地说,零维或一维纳米材料与三维纳米材料复合而制得的传统纤维,也可以称为纳米复合纤维或广义的纳米纤维，更确切地说,这种复合纤维应称为由纳米微粒或纳米纤维改性的传统纤维。纳米纤维最大的特点就是比表面积大,导致其表面能和活性的增大,从而产生了小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,在化学、物理(热、光电磁等) 性质方面表现出特异性。纳米纤维广泛应用在服装、食品、医药、能源、电子、造纸、航空等领域。

1.人造蜘蛛丝

较细的蜘蛛丝直径只有100nm 的数量级,是真正的天然纳米纤维。蜘蛛丝是自然界产生的最好的结构材料之一,从某种程度上讲,蜘蛛丝的优良综合性能是各种天然纤维与合成纤维所无法比拟的,其比模量优于钢而韧性优于Kevlar 纤维。蜘蛛丝优异的力学性能源于其链状分子的特殊的取向和结晶结构。晶粒尺寸为2nm ×5nm×7nm 的微晶体分散在蜘蛛丝无定形蛋白质基质中起到了极好的增强作用。

2002 年1 月, 加拿大Nexia 生物技术公司(NXB) 与美国陆军战士生物化学指挥部( SBC—COM) 的科学家合作,成功地模仿了蜘蛛产丝。他们采用蜘蛛基因,制备了重组的蜘蛛丝蛋白质,并用这种蛋白质与水组成的体系完成了接近于天然蜘蛛丝的蛋白质组成和纺丝的过程,从而生产出世界上首例“人造蜘蛛丝”。该公司将人造蜘蛛丝的商品名定为BioSteel ,一方面强调这种生物大分子材料强韧性胜于钢,另一方面暗示其生产过程与炼钢一样没有溶剂污染环境,这是目前传统化纤溶液纺丝很难达到的。这一重大成果是Nexia 公司科学家十年努力的结果,是人类对高性能纤维进行“绿色”生产的一个新里程碑。

2.细菌纤维素

近年来出现了一个正在受到材料科学界关注的新成员,即木醋杆菌(Acetobacter xylinum ，简称Ax) 等菌类产生的细菌纤维素(简称BC)。与植物来源的纤维素相比，细菌纤维素最突出的优点，一是木醋杆菌产生的纤维素极纯,是100%的纤维素,不含半纤维素、木质素和其他细胞壁成分,提纯过程很简单；二是细菌纤维素不同于植物纤维素,具有优越的物理性质和机械性能如高结晶度、高聚合度和优良的分子取向，机械强度 << >>