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曾经被热炒的“纳米塑料”,到底工业化进行得如何?

作者:admin    添加时间:2018-12-4 8:28:54    浏览量:240
今天,我们来谈谈纳米材料。
提到纳米材料,大部分人的感觉就是高科技、科学前沿、神秘莫测。不少商家也以纳米技术作为产品卖点。
甚至连街上卖狗皮膏药的都喊:纯正纳米技术……
其实在自然界里,纳米材料并不神秘。造物主已然制造了很多纳米材料。
例如贝壳、一些动物的牙齿、骨骼、陨石、荷叶的表面等,其结构尺寸都达到了纳米级别。
人类应用纳米材料的历史也可以追溯到很久以前。
例如,科学家研究发现:早在1000年前.中国古人利用燃烧的蜡烛形成烟雾制作炭黑,并以它作为墨的原料.这种炭黑就是一种纳米材料。
中国古铜镜表面的防锈层,经分析被证实为纳米二氧化锡薄膜。
1990年,在美国召开的国际第一届纳米科学技术学术会议上,正式把纳米材料科学作为材料科学的一个分支。从此,纳米材料和科技登上科学技术的舞台。
根据2011年欧盟委员会的定义,纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状、团块状的天然或人工材料,这一基本粒的一个或多个维度尺寸在1纳米至100纳米之间。而纳米材料可填充于其他材料之中,成为纳米复合材料。与之相关的技术称为纳米技术。
时至今日,一个材料人如果对纳米技术一无所知,那就……
作为改性塑料的从业人员,我们想知道,纳米技术对塑料会有什么样的影响呢?
纳米塑料
这里所说的纳米塑料,是指金属、非金属和有机填充物以纳米尺寸分散在基体树脂中形成的树脂基纳米复合材料。
由于分散相的纳米尺寸效应、大的比表面积和强界面结合,使纳米塑料具有一般工程塑料所不具备的优异性能,成为复合材料发展的最前端产品之一。
相比于传统塑料,纳米塑料在某些物理性能上得到大幅提升,比如:强度、耐热性、长期耐紫外线性、导电性、阻隔性、降低密度等,从而大大拓展塑料的应用空间。
汽车是纳米塑料应用的一个重要领域
1991年,日本尼龙树脂厂宇部兴产(UBE)公司为丰田汽车开发了纳米黏土改性尼龙6用于定时器罩,从此拉开了纳米塑料应用的序幕。 
同年,日本丰田汽车与三菱化学共同开发成功PP/EPR(乙丙橡胶)/滑石粉纳米复合材料,它兼具高流动性、高刚性和耐冲击性,用于制造汽车的前、后保险杠,该材料被称为“丰田超级烯烃聚合物”。在丰田公司推出的全新2019款卡罗拉掀背车,它的舱口也是由该材料制成,可降低重量,提高燃油效率。
在美国,使用纳米塑料的典型代表是通用汽车。其在2002年的两款车上将3%纳米填料改性的聚丙烯材料用于汽车脚踏板(step-assist),这项技术获得了国际塑料工程师协会的大奖。同样的材料也用于2004年和2005年的Chevrolet Impala车身,使汽车重量降低了3%~21%。
在汽车内外饰领域,纳米塑料都可以应用。
在外饰件中,可用于底盘、保险杆、车身外板、车轮护罩、活动车顶及挡风胶条等。
在内饰件中,可用于仪表板和内饰板、安全气囊等。
专家预测,未来20年,纳米塑料将大量取代现有的车用塑料,市场潜力相当大。 
家电是纳米材料另一个大显身手的地方 
随着人们生活水平的提高,消费者对于家电的功能性需求越来越多。一些具有特殊功能的塑料,如抗菌塑料、抗静电塑料、磁性塑料、高尺寸稳定性塑料等,成为开发热点。 
2014年,海尔正式发布历经六年研发的“免清洗”洗衣机。
其内桶和外桶之间的智慧球就是采用纳米抗菌高分子材料制成的清洗物质,可对洗衣机内外桶进行全方位清洁,保证污垢不附着,从根本上杜绝了桶脏的问题。
冰箱杀菌的能力也是消费者的关注点。
纳米抗菌塑料具有安全性高、抗菌时效长、抗菌效率极高、抗菌谱宽等优异性能,克服了一般抗菌材料的单一性、稳定性差等特点。可用于电冰箱的门把手、门衬、抽屉等。
从纳米填料本身来说,碳纳米管和纳米粘土(如纳米高岭土)是被讨论最多的两种纳米填料,可使塑料某些性能明显改善。
碳纳米管可以使塑料具有良好的电导率和热导率,使其抗静电等性能提升。从上个世纪90年代开始,美国生产的每辆汽车上基本上都使用了碳纳米管,最典型的例子就是用碳纳米管改性的尼龙来制造燃料系统,提升抗静电性能。
纳米粘土则可使聚合物的阻隔性能得到提升。日本的MGC和 美国的Honeywell 两家公司都采用纳米粘土改性的尼龙做多层PET瓶(PET/PA/PET三层瓶)的阻隔芯层材料以及食品包装膜的防护层。它可使啤酒等食品的保质期大大延长。
虽然纳米塑料好处多多,但我们发现,纳米塑料的应用仍然没有想象中那么普及,这是为什么呢?
我们认为,限制了纳米塑料的大规模应用的原因,有:
纳米粒子制造困难。粒子越小,缺陷越多,难以制作成分准确、粒度均匀的超微粒子,难以收集和储存。
纳米粒子易于团聚。纳米粒子大的表面能,使其易于团聚,难以在树脂中分散均匀,造成产品质量的不稳定。
有机-无机界面问题。纳米粒子表面具有高活性和不稳定性,其与有机相的结合,能否形成相容性的界面结构、分布和可控性方面的研究仍不够深入。
效费比仍不够高。纳米复合塑料性能虽然有提升,但仍不足以抵消人们对其成本提升的疑虑。
纳米技术新动态-纳米相态塑料
我们注意到,引领世界高分子材料研究的日本,在纳米塑料的研究上将关注点转移到了纳米相态构造方面。
其实,除了纳米尺寸的填料可以改变高分子材料的性能,当两种高分子树脂共混时通过精细加工,使其相态达到纳米尺寸并且可控,其性能也会发生巨大的变化。
比如锦湖日丽将一种PC合金经过精细加工,通过控制其相态尺寸及分布,使其达到共连续相结构。
这种纳米相态的共连续结构,可以发挥小尺寸效应及表面和界面效应,从而使其韧性特别是低温韧性得到极大提升。这种刚韧平衡的塑料可在碰撞的时候起到很好的吸能效果,起到安全防护作用,锦湖日丽将其命名为塑金刚®。
 
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