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)
日前，第三屆先進(jìn)纖維與聚合物材料國際學(xué)術(shù)會(huì)議在東華大學(xué)舉行，作為會(huì)議的主要議題之一，納米復(fù)合材料的研發(fā)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)和礦物 增強(qiáng)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(shí)尼龍6納米塑料還可以進(jìn)一步用于玻璃纖維增強(qiáng)和普通礦物增強(qiáng)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(jìn)步使納米材料在功能性聚酯(PET) 等纖維中得到進(jìn)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(yuǎn)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(dòng)阻力。用淀粉聚合物改進(jìn)的輪胎與含沉積氧化硅輪胎相比，滾動(dòng)阻力減少25%，進(jìn)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B iotredGT3 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(dòng)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(jì)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(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(jì)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(shí)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(jià)值和已經(jīng)實(shí)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。
誅鏈接納米是一個(gè)長度計(jì)量單位，一納米相當(dāng)于十億分之一米，大約是10個(gè)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(qiáng)材料。分散相是以獨(dú)立的相態(tài)分布在整個(gè)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(gè)組分雖然保持其相對獨(dú)立性，但復(fù)合材料的 性質(zhì)卻不是各個(gè)組分性能的簡單加和，而是在保持各個(gè)組分材料的某些特點(diǎn)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(bǔ)短”，充分彌補(bǔ)了單一材料的缺點(diǎn)，因而產(chǎn)生了單一材料所不具備的新性能。當(dāng)有機(jī)聚合物為連續(xù)相，納米材料為分散相時(shí)，組成的就是聚合物基納米復(fù)合材料。
