納米復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化前景分析

     納米技術(shù)的發(fā)展將對石油化工領(lǐng)域三大合成材料的發(fā)展產(chǎn)生重大影響，但由于納米復(fù)合材料工業(yè)化生產(chǎn)開發(fā)投入巨大、周期較長，應(yīng)用市場需要長期培養(yǎng)。
    熱門話題受到各方關(guān)注據(jù)了解，目前納米復(fù)合材料的年均增長率超過30％，年產(chǎn)值增長較快的納米復(fù)合材料品種有PP、PA、PET和PVC納米復(fù)合材料，納米復(fù)合材料市場潛力巨大，成為業(yè)界熱議的話題之一。
    在三大合成材料領(lǐng)域，納米復(fù)合材料是由聚合物、纖維、橡膠與納米材料組合而成的。與傳統(tǒng)材料相比，納米復(fù)合材料性能優(yōu)異。如聚合物納米復(fù)合材料，由于納米粒子具有出色的表面界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及量子尺寸效應(yīng)，它與聚合物密度小、耐腐蝕易加工等優(yōu)良特性結(jié)合后，呈現(xiàn)出不同于常規(guī)聚合物復(fù)合材料的性能。由于加工簡便，效果明顯，業(yè)界對聚合物納米復(fù)合材料的市場前景持樂觀態(tài)度。
    目前世界各國都在積極進行納米復(fù)合材料研發(fā)，納米技術(shù)在塑料、化纖、橡膠原料領(lǐng)域的應(yīng)用引人注目。
    在納米塑料領(lǐng)域，聚合物納米復(fù)合材料的崛起為提升傳統(tǒng)塑料產(chǎn)業(yè)注入新活力。與傳統(tǒng)塑料材料相比，聚合物/納米復(fù)合材料表現(xiàn)出更優(yōu)異的綜合性能。比如尼龍6納米塑料與傳統(tǒng)的純尼龍6相比，具有高強度、高模量、高耐熱性、低吸濕性、高尺寸穩(wěn)定性，阻隔性能好，性能全面超過尼龍6，并且具有良好的加工性能；與普通的玻璃纖維增強和礦物增強尼龍6相比，尼龍6納米塑料具有耐磨性好、綜合性能優(yōu)異等優(yōu)勢，同時尼龍6納米塑料還可以進一步用于玻璃纖維增強和普通礦物增強等改性納米尼龍6，其性能更加優(yōu)越。
    在納米纖維領(lǐng)域，納米技術(shù)的進步使納米材料在功能性聚酯(PET)等纖維中得到進一步應(yīng)用，一批通過共混、復(fù)合紡絲或整理加工等技術(shù)制造的含納米材料的功能性PET纖維相繼面世，其中如吸收遠紅外線、抗紫外線、抗菌、防臭、親水親油、防輻射、變色、芳香、耐熱、阻燃、抗靜電、導(dǎo)電等不同功能的PET纖維，已引起人們關(guān)注。
    在納米橡膠領(lǐng)域，納米聚合物在輪胎中應(yīng)用收到良好的節(jié)能成效。意大利Novamont公司與固特異輪胎橡膠公司合作，開發(fā)由谷物生產(chǎn)的納米顆粒尺寸淀粉聚合物，它可大大減少輪胎的滾動阻力。用淀粉聚合物改進的輪胎與含沉積氧化硅輪胎相比，滾動阻力減少25%，進一步開發(fā)可望減少阻力40%。利用該技術(shù)，已向歐洲推出固特異公司BiotredGT3輪胎，并由固特異子公司鄧綠普公司推向日本市場。該技術(shù)將淀粉聚合物的圓形納米顆粒與橡膠摻混，關(guān)鍵組分使用石化聚合物，使淀粉的低滾動阻力與石化聚合物的高彈性相結(jié)合。使用BiotredGT3輪胎與摻有氧化硅的輪胎相比，可減少燃料消耗5%。
    我國新材料應(yīng)用市場需培養(yǎng)
    20世紀80年代末，日本首先研發(fā)兩步法制備尼龍6/蒙脫土納米復(fù)合材料，此后，美國nanocor公司也進行聚合物/粘土納米復(fù)合材料的工業(yè)化研究。我國中科院化學(xué)所工程塑料國家重點實驗室用天然粘土礦物蒙脫土作為分散相，利用插層聚合復(fù)合、熔融插層復(fù)合等方法制備了納米塑料，成功開發(fā)出以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂、硅橡膠、聚苯胺、聚氨酯等為基料的一系列納米塑料。
  我國納米技術(shù)研究進展較快，特別是在納米涂料、納米抗菌材料、納米粉體加工技術(shù)等方面取得不少成果。據(jù)美國科學(xué)引文索引系統(tǒng)《SCI》收錄的關(guān)于納米研究論文的統(tǒng)計分析表明，我國在這一領(lǐng)域發(fā)表的論文數(shù)量僅次于美國和日本，居世界第三。
    納米科技是當(dāng)今引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化革命的重要技術(shù)，納米技術(shù)的發(fā)展將對石油化工領(lǐng)域催化材料的革新、三大合成材料的改性產(chǎn)生重大影響，但納米復(fù)合材料的市場化應(yīng)用還有很長的路要走。
    北京崇高納米科技有限公司董事長、中科院化學(xué)所高分子物理博士李畢忠，長期從事納米材料和高分子材料研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化實踐，他表示，迄今已有越來越多的粘土/聚合物納米復(fù)合材料體系得到研究和開發(fā)，如粘土/尼龍、粘土/熱塑性聚酯、粘土/聚丙烯、粘土/超高分子量聚乙烯、粘土/聚苯乙烯、粘土/低分子液晶、粘土/聚苯胺、粘土/熱固性塑料(如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯)、粘土/橡膠(聚氨酯、硅橡膠、丁腈橡膠)等，但是具有較大產(chǎn)業(yè)化價值和已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)的不多。其主要原因，一是粘土/塑料納米復(fù)合材料的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)投入巨大，開發(fā)周期較長；二是所開發(fā)的納米復(fù)合塑料新材料的應(yīng)用市場需要培養(yǎng)，過程漫長。
    鏈接納米是一個長度計量單位，一納米相當(dāng)于十億分之一米，大約是10個原子并列的寬度。當(dāng)物質(zhì)顆粒小到納米量級后，這種物質(zhì)就可被稱為納米材料。由于納米顆粒在磁、光、電、敏感等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料所不具備的特性，因此在陶瓷增韌、磁性材料、電子材料和光學(xué)材料等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景。
    復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。在復(fù)合材料中，通常有一相為連續(xù)相，稱為基體；另一相為分散相，稱為增強材料。分散相是以獨立的相態(tài)分布在整個連續(xù)相中，兩相之間存在著相界面。分散相可以是纖維狀、顆粒狀或是彌散的填料。復(fù)合材料中各個組分雖然保持其相對獨立性，但復(fù)合材料的性質(zhì)卻不是各個組分性能的簡單加和，而是在保持各個組分材料的某些特點基礎(chǔ)上，具有組分間協(xié)同作用所產(chǎn)生的綜合性能。由于復(fù)合材料各組分能“取長補短”，充分彌補了單一材料的缺點，因而產(chǎn)生了單一材料所不具備的新性能。當(dāng)有機聚合物為連續(xù)相，納米材料為分散相時，組成的就是聚合物基納米復(fù)合材料。  

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