纳米复合材料产业化前景分析

     纳米技术的发展将对石油化工领域三大合成材料的发展产生重大影响，但由于纳米复合材料工业化生产开发投入巨大、周期较长，应用市场需要长期培养。
    热门话题受到各方关注据了解，目前纳米复合材料的年均增长率超过30％，年产值增长较快的纳米复合材料品种有PP、PA、PET和PVC纳米复合材料，纳米复合材料市场潜力巨大，成为业界热议的话题之一。
    在三大合成材料领域，纳米复合材料是由聚合物、纤维、橡胶与纳米材料组合而成的。与传统材料相比，纳米复合材料性能优异。如聚合物纳米复合材料，由于纳米粒子具有出色的表面界面效应、小尺寸效应及量子尺寸效应，它与聚合物密度小、耐腐蚀易加工等优良特性结合后，呈现出不同于常规聚合物复合材料的性能。由于加工简便，效果明显，业界对聚合物纳米复合材料的市场前景持乐观态度。
    目前世界各国都在积极进行纳米复合材料研发，纳米技术在塑料、化纤、橡胶原料领域的应用引人注目。
    在纳米塑料领域，聚合物纳米复合材料的崛起为提升传统塑料产业注入新活力。与传统塑料材料相比，聚合物/纳米复合材料表现出更优异的综合性能。比如尼龙6纳米塑料与传统的纯尼龙6相比，具有高强度、高模量、高耐热性、低吸湿性、高尺寸稳定性，阻隔性能好，性能全面超过尼龙6，并且具有良好的加工性能；与普通的玻璃纤维增强和矿物增强尼龙6相比，尼龙6纳米塑料具有耐磨性好、综合性能优异等优势，同时尼龙6纳米塑料还可以进一步用于玻璃纤维增强和普通矿物增强等改性纳米尼龙6，其性能更加优越。
    在纳米纤维领域，纳米技术的进步使纳米材料在功能性聚酯(PET)等纤维中得到进一步应用，一批通过共混、复合纺丝或整理加工等技术制造的含纳米材料的功能性PET纤维相继面世，其中如吸收远红外线、抗紫外线、抗菌、防臭、亲水亲油、防辐射、变色、芳香、耐热、阻燃、抗静电、导电等不同功能的PET纤维，已引起人们关注。
    在纳米橡胶领域，纳米聚合物在轮胎中应用收到良好的节能成效。意大利Novamont公司与固特异轮胎橡胶公司合作，开发由谷物生产的纳米颗粒尺寸淀粉聚合物，它可大大减少轮胎的滚动阻力。用淀粉聚合物改进的轮胎与含沉积氧化硅轮胎相比，滚动阻力减少25%，进一步开发可望减少阻力40%。利用该技术，已向欧洲推出固特异公司BiotredGT3轮胎，并由固特异子公司邓绿普公司推向日本市场。该技术将淀粉聚合物的圆形纳米颗粒与橡胶掺混，关键组分使用石化聚合物，使淀粉的低滚动阻力与石化聚合物的高弹性相结合。使用BiotredGT3轮胎与掺有氧化硅的轮胎相比，可减少燃料消耗5%。
    我国新材料应用市场需培养
    20世纪80年代末，日本首先研发两步法制备尼龙6/蒙脱土纳米复合材料，此后，美国nanocor公司也进行聚合物/粘土纳米复合材料的工业化研究。我国中科院化学所工程塑料国家重点实验室用天然粘土矿物蒙脱土作为分散相，利用插层聚合复合、熔融插层复合等方法制备了纳米塑料，成功开发出以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、硅橡胶、聚苯胺、聚氨酯等为基料的一系列纳米塑料。
我国纳米技术研究进展较快，特别是在纳米涂料、纳米抗菌材料、纳米粉体加工技术等方面取得不少成果。据美国科学引文索引系统《SCI》收录的关于纳米研究论文的统计分析表明，我国在这一领域发表的论文数量仅次于美国和日本，居世界第三。
    纳米科技是当今引导产业化革命的重要技术，纳米技术的发展将对石油化工领域催化材料的革新、三大合成材料的改性产生重大影响，但纳米复合材料的市场化应用还有很长的路要走。
    北京崇高纳米科技有限公司董事长、中科院化学所高分子物理博士李毕忠，长期从事纳米材料和高分子材料研究开发和产业化实践，他表示，迄今已有越来越多的粘土/聚合物纳米复合材料体系得到研究和开发，如粘土/尼龙、粘土/热塑性聚酯、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/热固性塑料(如环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯)、粘土/橡胶(聚氨酯、硅橡胶、丁腈橡胶)等，但是具有较大产业化价值和已经实现规模生产的不多。其主要原因，一是粘土/塑料纳米复合材料的工业化生产技术开发投入巨大，开发周期较长；二是所开发的纳米复合塑料新材料的应用市场需要培养，过程漫长。
    链接纳米是一个长度计量单位，一纳米相当于十亿分之一米，大约是10个原子并列的宽度。当物质颗粒小到纳米量级后，这种物质就可被称为纳米材料。由于纳米颗粒在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料所不具备的特性，因此在陶瓷增韧、磁性材料、电子材料和光学材料等领域有广阔应用前景。
    复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。分散相是以独立的相态分布在整个连续相中，两相之间存在着相界面。分散相可以是纤维状、颗粒状或是弥散的填料。复合材料中各个组分虽然保持其相对独立性，但复合材料的性质却不是各个组分性能的简单加和，而是在保持各个组分材料的某些特点基础上，具有组分间协同作用所产生的综合性能。由于复合材料各组分能“取长补短”，充分弥补了单一材料的缺点，因而产生了单一材料所不具备的新性能。当有机聚合物为连续相，纳米材料为分散相时，组成的就是聚合物基纳米复合材料。