納米復合材料發(fā)展概況2008年（連載一）

    目前在美國有三個會議，大約200多篇論文主題是納米顆粒對塑料性能的影響，添加2%-5%的納米顆粒，通過熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中，就可以極大地改善該聚合物的熱力學性能、阻隔性能，以及阻燃性能，并且它在提高材料的熱阻、尺寸穩(wěn)定性以及電導率方面要比標準填料和光纖性能更好。
    納米技術(shù)已經(jīng)成為世界主要經(jīng)濟體最優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域之一，皆因納米技術(shù)被認為具有廣泛應用潛力。該領(lǐng)域的研究不僅進一步揭示物質(zhì)新的原理與現(xiàn)象，而且將導致一場新的工業(yè)革命。
    BBC的市場調(diào)查報告表明，在2003年，納米粒子復合聚合物在世界范圍內(nèi)的銷售量為2450萬磅，總值9080萬美元。他們預測市場銷售額將以每年18.4%的速度增長，到2008年將會達到21110萬美元。
    市場商業(yè)化上，納米填料發(fā)展的主流仍舊是層狀頁硅酸鹽納米土、納米云母石、碳納米管，以及納米石墨板(graphite platelets)。除此以外，合成粘土，含籠型硅氧烷(POSS)，以及像亞麻與大麻之類的天然纖維等也正在被著重研究。
    納米粘土和碳納米管都已經(jīng)取得了商業(yè)化應用。使用時二者都必須先進行化學修飾的表面處理，以使其達到超細分散以及與樹脂間非常好的粘結(jié)。事實證明，這兩種納米填料在改善塑料的結(jié)構(gòu)性能、熱性能、阻隔性能以及阻燃性能方面都取得了非常好的效果。并且碳納米管還可以提高材料的電導率。

    1 廉價而有效的納米粘土

    納米粘土的價格低廉，大約在2.25-3.25美元/磅之間，并且可以應用在一些最常見的熱塑性塑料，比如PP、TPO、PET、PE、PS和尼龍等上，所以它的商業(yè)化前景是最被看好的。
    最具有代表性的納米粘土是高嶺土，一種層狀的鋁硅酸鹽，它每層的直徑大約是1微米左右，長徑比達到了1000：1。目前美國國內(nèi)最大的兩家高嶺土生產(chǎn)商分別是Nanocor(主要商標為Nanomer)和南方粘土制品公司-Southern Clay Products(主要商標為Cloisite)。它們都有各自的樹脂供應商、表面活性劑供應商、配混料商以及汽車OEM廠商和包裝企業(yè)。
    通用汽車是納米復合物通向應用之路最具代表性的一家汽車公司。它于2002年、2003年和2004年在車身外部使用了納米復合物材料。其最新汽車產(chǎn)品是2005 GM Hummer H2 SUT，該型號車的車身使用了大約7磅模內(nèi)著色的納米復合材料部件，分別用在了中梁、篷板，以及貨艙周圍的保護欄桿處。
    Noble Polymers的新產(chǎn)品Forte PP納米復合物目前已經(jīng)使用在2004年本田Acura TL型汽車的座椅靠背上。取代的是玻璃填充PP材料，密度小到0.928g/cc，力學性能和表面睦能比以往的材料更好，且可以回收使用。
    這種材料還被用來生產(chǎn)2006年新推出的輕型貨車的中心控制臺及部分辦公家具和電器零件方面，替代部分(大約20%)的玻璃填充PP材料，以降低這些家具的密度與成本。
    普立萬公司(PolyOne)最近引進了PP均聚合物/納米粘土復合物Maxxam LST生產(chǎn)線，這種新的材料可以改善以往的粘土不完全剝離和分散的問題，它的性能不亞于甚至超過大多數(shù)的熱塑性工程塑料，同時它具有更輕、更美觀、處理工藝更簡單以及花費更低等優(yōu)點。

    普立萬可提供納米粘土含量超過40%的新型均聚PP、改良PP、LLDPE、LDPE、HDPE以及一種新的乙烯共聚物，其中一些還根據(jù)阻隔能力的提高水平進行了分級。

    這種材料應用于貨盤以及襯板上，它能增強材料的耐化學性、硬度，使其有利于循環(huán)再利用。

    用于薄膜制備可提高膜的阻隔能力、強度、HDT，還可以做生物殺滅劑或染料的釋放與轉(zhuǎn)移控制劑，在吹膜包裝中，可以提高包裝層薄壁的阻隔能力、耐壓、縮短材料的循環(huán)周期，降低壁厚等。并且在注塑容器方面有很好的應用前景，還可以提高材料的阻燃性能。

    德國母粒供應商Nordmann Rassmann GmbH公司向歐洲市場推出美國Nanocor公司生產(chǎn)的納米粘土聚烯烴基母粒。這些名為nanoMax的新材料有聚丙烯基的牌號nanoMax-PP和聚乙烯基的牌號nanoMax-PE以及熱塑性烯烴材料基的牌號nanoMax-TPO，還有以EVA共聚物為基礎(chǔ)的牌號nanoMax-EVA。所使用的納米粘土是由Nanocor專利技術(shù)生產(chǎn)的Nanomer。nanoMax材料，加工容易，可以在使用擠出和注射成型工藝的標準設(shè)備上進行加工。

    在通用汽車和南方粘土制品公司共同發(fā)表的論文中，提到了許多通過添加納米粘土采改善車用TPO性能的方法，使其可以用于汽車外部、內(nèi)部以及發(fā)動機罩內(nèi)等眾多部件中。納米復合物適合用在汽車儀表盤、搖桿蓋、側(cè)壁裝飾、格柵、發(fā)動機罩通氣槽、儀表板、座位/IP泡沫、車內(nèi)門板、柱罩、發(fā)動機擋板、風扇罩、進氣管，燃油箱及燃油管等部件上。

    三菱燃氣化學公司(MGC)和霍尼韋爾特種聚合物兩家公司都采用Nanocar的納米粘土做添加劑的尼龍加工多層PET瓶的防護層以及食品包裝膜的防護層。MGC的MXD6尼龍納米復合物，又叫Imperm N，在歐洲被商業(yè)化應用在啤酒以及其它酒精飲料的包裝瓶-多層PET瓶上。另外它也被用在碳酸飲料的包裝瓶上。在未來的半年內(nèi)，Imperm系列其它的產(chǎn)品也將會推出用于包裝熟肉和奶酪的熱成型容器，以及包裝薯片與調(diào)味醬的多層柔性薄膜上。

    霍尼韋爾的Aegis尼龍6納米復合物最初是針對PET啤酒瓶的。在2003年下半年，韓國的Hite酒業(yè)公司的1.6升Hite Pitcher啤酒瓶使用了這種含除氧劑的產(chǎn)品。Aegis是它三層結(jié)構(gòu)中的防護層，據(jù)說可以使貨架期達26個星期。

    霍尼韋爾還開發(fā)了一些不含有除氧劑的薄膜和袋子，替代原來使用的EVOH。據(jù)報道，這個級別的納米復合物比EVOH更廉價、防護效果更佳，更輕質(zhì)更透明，耐穿刺性更好。

    美國軍方及航空航天局(NASA)還致力于研究將納米粘土作為提高EVOH的防護能力的填料，用來實現(xiàn)食品的長期保鮮。將混入3%的南方粘土公司的EVOH像做三明治一樣夾在兩層PP中間做成熱成型餐盤。據(jù)報道稱不放冰箱，也能達到3～5年的貨架期，且更透明，工藝更簡單，可以回收利用。

    美國鋁公司在申請可以用在啤酒瓶、果汁瓶或是碳酸飲料的塑料瓶蓋上的共擠防護襯套的專利。它包括一層尼龍6/納米粘土復合物以及一或兩層含有除氧劑的EVA層。據(jù)說，與別的防護材料相比，在非常高的濕度條件下(相對濕度95%-96%)性能更佳。

    韓國LG化學股份公司新近開發(fā)出了一種用含有3%-5%納米粘土的高密度聚乙烯材料制得的高阻隔性的單層吹塑型容器，用來做甲苯以及一些輕質(zhì)烴等流體的處理容器。