纳米复合材料发展概况2008年（连载一）

    目前在美国有三个会议，大约200多篇论文主题是纳米颗粒对塑料性能的影响，添加2%-5%的纳米颗粒，通过熔融混合或原位聚合的方式加入到聚合物中，就可以极大地改善该聚合物的热力学性能、阻隔性能，以及阻燃性能，并且它在提高材料的热阻、尺寸稳定性以及电导率方面要比标准填料和光纤性能更好。
    纳米技术已经成为世界主要经济体最优先发展的领域之一，皆因纳米技术被认为具有广泛应用潜力。该领域的研究不仅进一步揭示物质新的原理与现象，而且将导致一场新的工业革命。
    BBC的市场调查报告表明，在2003年，纳米粒子复合聚合物在世界范围内的销售量为2450万磅，总值9080万美元。他们预测市场销售额将以每年18.4%的速度增长，到2008年将会达到21110万美元。
    市场商业化上，纳米填料发展的主流仍旧是层状页硅酸盐纳米土、纳米云母石、碳纳米管，以及纳米石墨板(graphite platelets)。除此以外，合成粘土，含笼型硅氧烷(POSS)，以及像亚麻与大麻之类的天然纤维等也正在被着重研究。
    纳米粘土和碳纳米管都已经取得了商业化应用。使用时二者都必须先进行化学修饰的表面处理，以使其达到超细分散以及与树脂间非常好的粘结。事实证明，这两种纳米填料在改善塑料的结构性能、热性能、阻隔性能以及阻燃性能方面都取得了非常好的效果。并且碳纳米管还可以提高材料的电导率。

    1 廉价而有效的纳米粘土

    纳米粘土的价格低廉，大约在2.25-3.25美元/磅之间，并且可以应用在一些最常见的热塑性塑料，比如PP、TPO、PET、PE、PS和尼龙等上，所以它的商业化前景是最被看好的。
    最具有代表性的纳米粘土是高岭土，一种层状的铝硅酸盐，它每层的直径大约是1微米左右，长径比达到了1000：1。目前美国国内最大的两家高岭土生产商分别是Nanocor(主要商标为Nanomer)和南方粘土制品公司-Southern Clay Products(主要商标为Cloisite)。它们都有各自的树脂供应商、表面活性剂供应商、配混料商以及汽车OEM厂商和包装企业。
    通用汽车是纳米复合物通向应用之路最具代表性的一家汽车公司。它于2002年、2003年和2004年在车身外部使用了纳米复合物材料。其最新汽车产品是2005 GM Hummer H2 SUT，该型号车的车身使用了大约7磅模内着色的纳米复合材料部件，分别用在了中梁、篷板，以及货舱周围的保护栏杆处。
    Noble Polymers的新产品Forte PP纳米复合物目前已经使用在2004年本田Acura TL型汽车的座椅靠背上。取代的是玻璃填充PP材料，密度小到0.928g/cc，力学性能和表面睦能比以往的材料更好，且可以回收使用。
    这种材料还被用来生产2006年新推出的轻型货车的中心控制台及部分办公家具和电器零件方面，替代部分(大约20%)的玻璃填充PP材料，以降低这些家具的密度与成本。
    普立万公司(PolyOne)最近引进了PP均聚合物/纳米粘土复合物Maxxam LST生产线，这种新的材料可以改善以往的粘土不完全剥离和分散的问题，它的性能不亚于甚至超过大多数的热塑性工程塑料，同时它具有更轻、更美观、处理工艺更简单以及花费更低等优点。

    普立万可提供纳米粘土含量超过40%的新型均聚PP、改良PP、LLDPE、LDPE、HDPE以及一种新的乙烯共聚物，其中一些还根据阻隔能力的提高水平进行了分级。

    这种材料应用于货盘以及衬板上，它能增强材料的耐化学性、硬度，使其有利于循环再利用。

    用于薄膜制备可提高膜的阻隔能力、强度、HDT，还可以做生物杀灭剂或染料的释放与转移控制剂，在吹膜包装中，可以提高包装层薄壁的阻隔能力、耐压、缩短材料的循环周期，降低壁厚等。并且在注塑容器方面有很好的应用前景，还可以提高材料的阻燃性能。

    德国母粒供应商Nordmann Rassmann GmbH公司向欧洲市场推出美国Nanocor公司生产的纳米粘土聚烯烃基母粒。这些名为nanoMax的新材料有聚丙烯基的牌号nanoMax-PP和聚乙烯基的牌号nanoMax-PE以及热塑性烯烃材料基的牌号nanoMax-TPO，还有以EVA共聚物为基础的牌号nanoMax-EVA。所使用的纳米粘土是由Nanocor专利技术生产的Nanomer。nanoMax材料，加工容易，可以在使用挤出和注射成型工艺的标准设备上进行加工。

    在通用汽车和南方粘土制品公司共同发表的论文中，提到了许多通过添加纳米粘土采改善车用TPO性能的方法，使其可以用于汽车外部、内部以及发动机罩内等众多部件中。纳米复合物适合用在汽车仪表盘、摇杆盖、侧壁装饰、格栅、发动机罩通气槽、仪表板、座位/IP泡沫、车内门板、柱罩、发动机挡板、风扇罩、进气管，燃油箱及燃油管等部件上。

    三菱燃气化学公司(MGC)和霍尼韦尔特种聚合物两家公司都采用Nanocar的纳米粘土做添加剂的尼龙加工多层PET瓶的防护层以及食品包装膜的防护层。MGC的MXD6尼龙纳米复合物，又叫Imperm N，在欧洲被商业化应用在啤酒以及其它酒精饮料的包装瓶-多层PET瓶上。另外它也被用在碳酸饮料的包装瓶上。在未来的半年内，Imperm系列其它的产品也将会推出用于包装熟肉和奶酪的热成型容器，以及包装薯片与调味酱的多层柔性薄膜上。

    霍尼韦尔的Aegis尼龙6纳米复合物最初是针对PET啤酒瓶的。在2003年下半年，韩国的Hite酒业公司的1.6升Hite Pitcher啤酒瓶使用了这种含除氧剂的产品。Aegis是它三层结构中的防护层，据说可以使货架期达26个星期。

    霍尼韦尔还开发了一些不含有除氧剂的薄膜和袋子，替代原来使用的EVOH。据报道，这个级别的纳米复合物比EVOH更廉价、防护效果更佳，更轻质更透明，耐穿刺性更好。

    美国军方及航空航天局(NASA)还致力于研究将纳米粘土作为提高EVOH的防护能力的填料，用来实现食品的长期保鲜。将混入3%的南方粘土公司的EVOH像做三明治一样夹在两层PP中间做成热成型餐盘。据报道称不放冰箱，也能达到3～5年的货架期，且更透明，工艺更简单，可以回收利用。

    美国铝公司在申请可以用在啤酒瓶、果汁瓶或是碳酸饮料的塑料瓶盖上的共挤防护衬套的专利。它包括一层尼龙6/纳米粘土复合物以及一或两层含有除氧剂的EVA层。据说，与别的防护材料相比，在非常高的湿度条件下(相对湿度95%-96%)性能更佳。

    韩国LG化学股份公司新近开发出了一种用含有3%-5%纳米粘土的高密度聚乙烯材料制得的高阻隔性的单层吹塑型容器，用来做甲苯以及一些轻质烃等流体的处理容器。