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曾經被熱炒的“納米塑料”,到底工業化進行得如何?

作者:admin    添加時間:2018-12-04 08:26:16    瀏覽量:1309
今天,我們來談談納米材料。
提到納米材料,大部分人的感覺就是高科技、科學前沿、神秘莫測。不少商家也以納米技術作為產品賣點。
甚至連街上賣狗皮膏藥的都喊:純正納米技術……
其實在自然界里,納米材料并不神秘。造物主已然制造了很多納米材料。
例如貝殼、一些動物的牙齒、骨骼、隕石、荷葉的表面等,其結構尺寸都達到了納米級別。
人類應用納米材料的歷史也可以追溯到很久以前。
例如,科學家研究發現:早在1000年前.中國古人利用燃燒的蠟燭形成煙霧制作炭黑,并以它作為墨的原料.這種炭黑就是一種納米材料。
中國古銅鏡表面的防銹層,經分析被證實為納米二氧化錫薄膜。
1990年,在美國召開的國際第一屆納米科學技術學術會議上,正式把納米材料科學作為材料科學的一個分支。從此,納米材料和科技登上科學技術的舞臺。
根據2011年歐盟委員會的定義,納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀、團塊狀的天然或人工材料,這一基本粒的一個或多個維度尺寸在1納米至100納米之間。而納米材料可填充于其他材料之中,成為納米復合材料。與之相關的技術稱為納米技術。
時至今日,一個材料人如果對納米技術一無所知,那就……
作為改性塑料的從業人員,我們想知道,納米技術對塑料會有什么樣的影響呢?
納米塑料
這里所說的納米塑料,是指金屬、非金屬和有機填充物以納米尺寸分散在基體樹脂中形成的樹脂基納米復合材料。
由于分散相的納米尺寸效應、大的比表面積和強界面結合,使納米塑料具有一般工程塑料所不具備的優異性能,成為復合材料發展的最前端產品之一。
相比于傳統塑料,納米塑料在某些物理性能上得到大幅提升,比如:強度、耐熱性、長期耐紫外線性、導電性、阻隔性、降低密度等,從而大大拓展塑料的應用空間。
汽車是納米塑料應用的一個重要領域
1991年,日本尼龍樹脂廠宇部興產(UBE)公司為豐田汽車開發了納米黏土改性尼龍6用于定時器罩,從此拉開了納米塑料應用的序幕。?
同年,日本豐田汽車與三菱化學共同開發成功PP/EPR(乙丙橡膠)/滑石粉納米復合材料,它兼具高流動性、高剛性和耐沖擊性,用于制造汽車的前、后保險杠,該材料被稱為“豐田超級烯烴聚合物”。在豐田公司推出的全新2019款卡羅拉掀背車,它的艙口也是由該材料制成,可降低重量,提高燃油效率。
在美國,使用納米塑料的典型代表是通用汽車。其在2002年的兩款車上將3%納米填料改性的聚丙烯材料用于汽車腳踏板(step-assist),這項技術獲得了國際塑料工程師協會的大獎。同樣的材料也用于2004年和2005年的Chevrolet Impala車身,使汽車重量降低了3%~21%。
在汽車內外飾領域,納米塑料都可以應用。
在外飾件中,可用于底盤、保險桿、車身外板、車輪護罩、活動車頂及擋風膠條等。
在內飾件中,可用于儀表板和內飾板、安全氣囊等。
專家預測,未來20年,納米塑料將大量取代現有的車用塑料,市場潛力相當大。?
家電是納米材料另一個大顯身手的地方?
隨著人們生活水平的提高,消費者對于家電的功能性需求越來越多。一些具有特殊功能的塑料,如抗菌塑料、抗靜電塑料、磁性塑料、高尺寸穩定性塑料等,成為開發熱點。?
2014年,海爾正式發布歷經六年研發的“免清洗”洗衣機。
其內桶和外桶之間的智慧球就是采用納米抗菌高分子材料制成的清洗物質,可對洗衣機內外桶進行全方位清潔,保證污垢不附著,從根本上杜絕了桶臟的問題。
冰箱殺菌的能力也是消費者的關注點。
納米抗菌塑料具有安全性高、抗菌時效長、抗菌效率極高、抗菌譜寬等優異性能,克服了一般抗菌材料的單一性、穩定性差等特點??捎糜陔姳涞拈T把手、門襯、抽屜等。
從納米填料本身來說,碳納米管和納米粘土(如納米高嶺土)是被討論最多的兩種納米填料,可使塑料某些性能明顯改善。
碳納米管可以使塑料具有良好的電導率和熱導率,使其抗靜電等性能提升。從上個世紀90年代開始,美國生產的每輛汽車上基本上都使用了碳納米管,最典型的例子就是用碳納米管改性的尼龍來制造燃料系統,提升抗靜電性能。
納米粘土則可使聚合物的阻隔性能得到提升。日本的MGC和 美國的Honeywell 兩家公司都采用納米粘土改性的尼龍做多層PET瓶(PET/PA/PET三層瓶)的阻隔芯層材料以及食品包裝膜的防護層。它可使啤酒等食品的保質期大大延長。
雖然納米塑料好處多多,但我們發現,納米塑料的應用仍然沒有想象中那么普及,這是為什么呢?
我們認為,限制了納米塑料的大規模應用的原因,有:
納米粒子制造困難。粒子越小,缺陷越多,難以制作成分準確、粒度均勻的超微粒子,難以收集和儲存。
納米粒子易于團聚。納米粒子大的表面能,使其易于團聚,難以在樹脂中分散均勻,造成產品質量的不穩定。
有機-無機界面問題。納米粒子表面具有高活性和不穩定性,其與有機相的結合,能否形成相容性的界面結構、分布和可控性方面的研究仍不夠深入。
效費比仍不夠高。納米復合塑料性能雖然有提升,但仍不足以抵消人們對其成本提升的疑慮。
納米技術新動態-納米相態塑料
我們注意到,引領世界高分子材料研究的日本,在納米塑料的研究上將關注點轉移到了納米相態構造方面。
其實,除了納米尺寸的填料可以改變高分子材料的性能,當兩種高分子樹脂共混時通過精細加工,使其相態達到納米尺寸并且可控,其性能也會發生巨大的變化。
比如錦湖日麗將一種PC合金經過精細加工,通過控制其相態尺寸及分布,使其達到共連續相結構。
這種納米相態的共連續結構,可以發揮小尺寸效應及表面和界面效應,從而使其韌性特別是低溫韌性得到極大提升。這種剛韌平衡的塑料可在碰撞的時候起到很好的吸能效果,起到安全防護作用,錦湖日麗將其命名為塑金剛?。
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