納米複合材料產業化前景分析

     納米技術的發展將對石油化工領域三大合成材料的發展產生重大影響，但由於納米複合材料工業化生產開發投入巨大、周期較長，應用市場需要長期培養。
    熱門話題受到各方關注據了解，目前納米複合材料的年均增長率超過30％，年產值增長較快的納米複合材料品種有PP、PA、PET和PVC納米複合材料，納米複合材料市場潛力巨大，成為業界熱議的話題之一。
    在三大合成材料領域，納米複合材料是由聚合物、纖維、橡膠與納米材料組合而成的。與傳統材料相比，納米複合材料性能優異。如聚合物納米複合材料，由於納米粒子具有出色的表面界面效應、小尺寸效應及量子尺寸效應，它與聚合物密度小、耐腐蝕易加工等優良特性結合後，呈現出不同於常規聚合物複合材料的性能。由於加工簡便，效果明顯，業界對聚合物納米複合材料的市場前景持樂觀態度。
    目前世界各國都在積極進行納米複合材料研發，納米技術在塑料、化纖、橡膠原料領域的應用引人注目。
    在納米塑料領域，聚合物納米複合材料的崛起為提升傳統塑料產業注入新活力。與傳統塑料材料相比，聚合物/納米複合材料表現出更優異的綜合性能。比如尼龍6納米塑料與傳統的純尼龍6相比，具有高強度、高模量、高耐熱性、低吸濕性、高尺寸穩定性，阻隔性能好，性能全面超過尼龍6，並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、綜合性能優異等優勢，同時尼龍6納米塑料還可以進一步用於玻璃纖維增強和普通礦物增強等改性納米尼龍6，其性能更加優越。
    在納米纖維領域，納米技術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用，一批通過共混、複合紡絲或整理加工等技術製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、導電等不同功能的PET纖維，已引起人們關注。
    在納米橡膠領域，納米聚合物在輪胎中應用收到良好的節能成效。義大利Novamont公司與固特異輪胎橡膠公司合作，開發由穀物生產的納米顆粒尺寸澱粉聚合物，它可大大減少輪胎的滾動阻力。用澱粉聚合物改進的輪胎與含沉積氧化矽輪胎相比，滾動阻力減少25%，進一步開發可望減少阻力40%。利用該技術，已向歐洲推出固特異公司BiotredGT3輪胎，並由固特異子公司鄧綠普公司推向日本市場。該技術將澱粉聚合物的圓形納米顆粒與橡膠摻混，關鍵組分使用石化聚合物，使澱粉的低滾動阻力與石化聚合物的高彈性相結合。使用BiotredGT3輪胎與摻有氧化矽的輪胎相比，可減少燃料消耗5%。
    我國新材料應用市場需培養
    20世紀80年代末，日本首先研發兩步法製備尼龍6/蒙脫土納米複合材料，此後，美國nanocor公司也進行聚合物/粘土納米複合材料的工業化研究。我國中科院化學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，利用插層聚合複合、熔融插層複合等方法製備了納米塑料，成功開發出以聚醯胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、環氧樹脂、矽橡膠、聚苯胺、聚氨酯等為基料的一系列納米塑料。
  我國納米技術研究進展較快，特別是在納米塗料、納米抗菌材料、納米粉體加工技術等方面取得不少成果。據美國科學引文索引系統《SCI》收錄的關於納米研究論文的統計分析表明，我國在這一領域發表的論文數量僅次於美國和日本，居世界第三。
    納米科技是當今引導產業化革命的重要技術，納米技術的發展將對石油化工領域催化材料的革新、三大合成材料的改性產生重大影響，但納米複合材料的市場化應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和產業化實踐，他表示，迄今已有越來越多的粘土/聚合物納米複合材料體系得到研究和開發，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(如環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯)、粘土/橡膠(聚氨酯、矽橡膠、丁腈橡膠)等，但是具有較大產業化價值和已經實現規模生產的不多。其主要原因，一是粘土/塑料納米複合材料的工業化生產技術開發投入巨大，開發周期較長；二是所開發的納米複合塑料新材料的應用市場需要培養，過程漫長。
    連結納米是一個長度計量單位，一納米相當於十億分之一米，大約是10個原子並列的寬度。當物質顆粒小到納米量級後，這種物質就可被稱為納米材料。由於納米顆粒在磁、光、電、敏感等方面呈現常規材料所不具備的特性，因此在陶瓷增韌、磁性材料、電子材料和光學材料等領域有廣闊應用前景。
    複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。在複合材料中，通常有一相為連續相，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分布在整個連續相中，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。複合材料中各個組分雖然保持其相對獨立性，但複合材料的性質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上，具有組分間協同作用所產生的綜合性能。由於複合材料各組分能「取長補短」，充分彌補了單一材料的缺點，因而產生了單一材料所不具備的新性能。當有機聚合物為連續相，納米材料為分散相時，組成的就是聚合物基納米複合材料。