3、填充改性

填充改性可提高材料的阻隔性能和力學性能。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展空間。少量的納米材料填充物(<5%)，就可得到同時具有高強度、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/無機納米復合材料研究得最多，進展也最快，并已成為國內外包裝材料研究的主要方向和熱門課題，應用范圍也不斷拓寬。

固體填充物與基體樹脂的結合性和分散均勻性對阻隔性能和力學性能有重要影響。因此，用顆粒尺度和納米尺度的無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鍵。

納米尺度的無機填充物若不經表面改性處理，難于以個體的形式均勻分散在基體樹脂中。改性的方法有偶聯劑法、彈性體包覆填充法、等離子體法、原位多相聚合法等。通過改性，填充材料與基體樹脂間的界面相容性、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。在包裝材料領域，這方面研究較多的是無機納米薄片材料。

3.1 填充材料表面改性

宮曉頤用乙烯等離子體對云母進行處理后發現，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類樹脂的填充物，分散性也很好。其膜制品可具有很高的紅外線阻隔性能，折光率極高。

漆宗能等對尼龍/蒙脫土體系進行了深入研究，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，制得了力學性能、熱性能及阻隔性能和加工性能優良的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。在對其結構研究時發現，當黏土質量<10%時，復合材料呈剝離型結構，具有很強的增強效應；>10%時，則呈插層型，具有各向異性。

Tseng等通過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衍射等分析技術考察了其結構變化和結晶性能。發現，硅酸鹽片層在sPS基體中剝離并以片狀形態均勻分散。這種材料具有極高的阻隔性能和優良的力學性能。

Gilman發現，PA6加入5%的黏土后，材料可產生相當高的阻隔性，同時強度、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現，當黏土含量為5%時，材料的擴散系數可下降50%之多。

專利發明的一種聚酯/層狀硅酸鹽納米復合材料，具有很高的CO2、O2阻隔性能。實驗發現，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

高長/徑比填充材料的分散狀態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聯性。在填充量相同時，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。發現，阻隔能力隨填充物的增加而提高。如3%時下降56%，5%時下降71%。

在拉伸、吹塑、擠出等加工條件下，插層型和剝離型2種結構形態的填充物均可不同程度地產生取向。Choi等在研究插層型聚氧化乙烯/蒙脫土納米復合材料時發現，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生構像變化而沿流動方向排列引起的。多數高長/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。

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發現，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

塑料改性技術有力地推動了包裝材料的發展，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，進一步朝著高性能、多樣化、易加工、低成本、環保的方向發展，并突出顯示材料的功能化和高降解能力這一主題。傳統復合改性技術將主要應用于普通包裝材料領域，重點是提高和改善材料的阻隔性能、力學性能、加衛性能和環境保護功能；納米復合改性技術除了上述應用之外，短期內則會更多地應用于功能包裝材料、特殊包裝材料的發展方面。需要重點解決的依然是填充材料的分散性問題。同時，提高材料的降解能力和降低生產成本等也是其面臨的長期任務之一。