據(jù)報道，2002年世界共消費約2500億個啤酒瓶，巨大的市場容量和銷售利潤吸引著各國科學界和工業(yè)界都投入力量研究以塑料瓶替代傳統(tǒng)玻璃啤酒瓶進入這一巨大的消費市場。筆者向大家介紹最有希望的三種高性能阻隔材料。
日本三菱化學公司，將少量直徑1nm～50nm，長度數(shù)微米碳納米管粒子分散到聚碳酸酯樹脂中，制成聚碳酸酯納米復合材料，其商品名稱HypersiteW 1000于2000年推向市場。
Hypersite W1000代表性牌號的物性如下：密度1.3g/cm3，拉伸強度60MPa，斷裂伸長率80％，彎曲強度100MPa，彎曲模量2.5GPa， 懸臂梁缺口沖擊強度150J/m，熱變形溫度158℃(0.45MPa下)和145℃(1.81MPa下)，體積電阻率103~1011Ω·cm，表面電阻率104~1012Ω。這種納米復合材料具有優(yōu)異的表面光潔度，物理機械性能，很少發(fā)生所謂的粒子脫落，是理想的高性能抗靜電材料，應用于高性能抗靜電材料等領域。
日本荒川化學工業(yè)公司采用溶膠-凝膠法制備的環(huán)氧樹脂，聚氨酯樹脂與納米二氧化硅制得了納米粘接劑、涂料。具有優(yōu)越的耐熱性、耐水性、粘接性能等，于2000年以コンポソセラン商品名稱推向市場。
Ford公司開發(fā)了兩種新的技術，生產(chǎn)價格具有競爭性的納米復合PP。之一是采用超臨界流體技術預加熱納米粘土；另一技術是使用超聲波能量，這兩種技術都能在加工過程中提高納米粘土片晶的分散、插入和層離，均可去掉或減少價昂的相容劑。
PA6納米粘土復合材料對氧和CO2有較好的阻隔性，目前在包裝行業(yè)的主要應用為高阻隔包裝，其中大部分是做PET瓶芯材料。納米粘土大幅度提高了PA6的阻隔性，但仍保持PA6優(yōu)良的韌性、透明性、熱灌裝耐熱性、耐油脂性等性能。含2％納米粘土的PA6比原始PA6的氧阻隔性提高2倍，而含4％時則能提高5倍，目前，Honeywll公司正致力于開發(fā)比玻璃成本低的尼龍納米復合材料－Aegis OX。這是一種活化一鈍化阻隔材料，其中納米粘土為鈍化阻隔層，與適宜的吸氧劑作為活化劑起協(xié)同作用。據(jù)稱該材料能使 PA6的氧透過率（OTR）降低100倍，氧的滲入量幾乎為零。Aegis OX作為三層結構啤酒瓶的芯層，采用Aegis OX的阻隔系統(tǒng)能與現(xiàn)有所有啤酒用阻隔系統(tǒng)競爭，能達到180天的貨架壽命。該材料制成的三層PET啤酒瓶，已被應用于美國洛杉磯Anchor啤酒公司。
美國Nanocor公司以日本三菱瓦斯化學公司的無定形PAMXD6與納米粘土的復合材料為阻隔樹脂開發(fā)另一種高阻隔體系－M9，名為Imperm，用于三層PET瓶芯層，據(jù)稱Imperm比 PET的氧透過率100倍，比標準MXD6對二氧化碳和氧的阻隔率分別提高50％和70％，透明性和抗剝離性與標準MXD6相同，三層結構(PET／ M9／PET) 啤酒瓶可達到美國(110天)和歐洲(180天)的啤酒保質期要求，用M9比MXD6的厚度更薄，加工廠因此可以節(jié)省成本，三菱瓦斯化學公司已向市場推出"買來即可用"的M9粒料。
PAMXD6的熔點、玻璃化轉轉溫度等熱性質和結晶化過程與PET甚為相似，因此很適合與PET配組聯(lián)用。而且 PET與 Imperm間不需粘接層，仍能保持琉璃色要求的足夠透明度。
PET/PAMXD6多層片材沖壓而成的豆醬容器現(xiàn)在已經(jīng)商品化生產(chǎn)。可以期待PAMXD6系多層片材的耐高溫高壓殺菌性和可回收利用性等特性將得到充分利用。將進一步被擴大應用在米飯容器和軟罐頭食品等多種領域內(nèi)。
使用PAMXD6與PET兩種材料進行共注塑成型，其延伸吹塑流涎成型加工而成的多層瓶，已經(jīng)在美國和歐洲各國用于包裝碳酸飲料和果汁，在市場上甚受歡迎。在日本也利用這種多層瓶包裝色拉調味汁、各種調味料和天然飲用水。用PAMXD6與PET混用制加成的包裝瓶，在世界各先進國家市場上得到應用。由于這種包裝瓶可以利用PET單層瓶的成型機進行成型加工，成型條件也與PET單層瓶一樣，因此可以很容易就加工制成阻氣性優(yōu)異的包裝瓶。
德國Bpe公司正在用Nanocor公司的納米粘土制備的尼龍6/n-MMT復合材料（Durethan KU2－2601PA6）制做多層包裝的流延膜，用以包裝醫(yī)用品和作為易腐蝕物品的保護膜等，其OTR比原PA下降50％，剛性提高了一倍，光澤和透明性與價貴的高透明共聚尼龍相當，另外還改進了薄膜的抗粘連性。
UBE美國公司正在開發(fā)汽車燃油系統(tǒng)用納米復合材料阻隔層，該材料納米復合材料也能降低汽油、甲醇和有機溶劑透過率。在PA6和PA6/PA66共混體物中用量5％n-MMT時，比未填充PA6的汽油透過率下降4倍。該公司已開發(fā)工藝擠出阻隔燃油輸送管線，商品名為Ecobesta。
Nanomat公司開始了納米滑石粉（平均粒徑為100nm）和納米碳酸鈣（平均粒徑為50nm）的商業(yè)化生產(chǎn)。它們可用于聚烯烴、ABS、乙縮醛、PVC、TPEs和熱固性聚酯SMC。據(jù)說這種納米顆粒填充的復配料的強度和硬度以及耐熱和耐龜裂都比傳統(tǒng)填料制備的復配料的性能提高，并且用量要低得多。而且與傳統(tǒng)的添加劑相比，這種納米粉末也是很好的成核劑。
Honeywell公司開發(fā)出尼龍6/n-MMT新品級Capron XA-3071，其韌性是普通尼龍6的2倍，彎曲模量4137MPa，落錘沖擊強度1334J/M，具有良好的耐熱性和耐化學藥品性，易于加工。
日本東麗工業(yè)公司已研制出一種方法可以制得直徑不足10納米尼龍纖維。把140萬根纖維捆扎一起做成一種尼龍織品, 該織物的表面積比常規(guī)尼龍織物大出1000多倍。這種新尼龍織物擅長吸收臭味，其吸濕能力是常規(guī)尼龍的2~3倍，與棉纖維一樣或更好過棉纖維。
其用途包括服裝材料和各種類型濾器的材料。這項新制造技術也適用于聚酯與其它材料有望在2~3年內(nèi)有產(chǎn)品上市。
Sbamrock Technologies Inc推出了新型納米級PTFE，牌號為Nano Flon。新品樹脂的平均粒徑范圍在0.3~1.0μm之間，據(jù)稱新材料的潤滑性、耐磨性及抗UV光性能都得到了改善，Nano Flon的表面積比傳統(tǒng)的PTFE大100倍。產(chǎn)品可以粉末、水分散體或有機分散體的形式存在，它們不僅適用于油墨和涂料，而且可用于齒輪零件、計算機基片和纖維。
納米材料的阻燃性 眾所周知，添加阻燃劑粒子直徑越小分散越好，控制燃燒過程越有利，阻燃效果越好。不同塑料材料添加納米阻燃材料后性能均有改善;（1）PS塑料材料中，添加6％微晶高嶺土納米材料，測其發(fā)熱溫度達到415℃，如果添加量增加到10％時，其發(fā)熱溫度下降到350℃；PS塑料發(fā)煙量可下降4倍；（2）熱固性環(huán)氧樹脂中，添加6％的硅類納米材料后，燃燒時發(fā)熱量將下降29％～42％；（3）EVA樹脂中添加納米材料，其氧指數(shù)由17上升到19.5、發(fā)煙量下降50％；（4）尼龍6樹脂中添加6％納米材料其燃燒時發(fā)熱量下降3倍，（5）塑料材料中添加納米材料和阻燃劑并用效果更好。
碳納米管制造堅硬材料技術開發(fā)成功 美國俄克拉何馬州立大學的科學家用一層碳納米管、一層聚合物層層交疊出"夾心餅干式碳納米管"。該材料具有超強硬度，可與工程中使用的超硬陶瓷材料媲美。這種新的超硬材料是完全有機的，而且很輕，適用于制造植入人體并長期發(fā)揮作用的醫(yī)療器件，在航天工業(yè)方面也有很好的應用前景。
日本三菱化學公司，將少量直徑1nm～50nm，長度數(shù)微米碳納米管粒子分散到聚碳酸酯樹脂中，制成聚碳酸酯納米復合材料，其商品名稱HypersiteW 1000于2000年推向市場。
Hypersite W1000代表性牌號的物性如下：密度1.3g/cm3，拉伸強度60MPa，斷裂伸長率80％，彎曲強度100MPa，彎曲模量2.5GPa， 懸臂梁缺口沖擊強度150J/m，熱變形溫度158℃(0.45MPa下)和145℃(1.81MPa下)，體積電阻率103~1011Ω·cm，表面電阻率104~1012Ω。這種納米復合材料具有優(yōu)異的表面光潔度，物理機械性能，很少發(fā)生所謂的粒子脫落，是理想的高性能抗靜電材料，應用于高性能抗靜電材料等領域。
日本荒川化學工業(yè)公司采用溶膠-凝膠法制備的環(huán)氧樹脂，聚氨酯樹脂與納米二氧化硅制得了納米粘接劑、涂料。具有優(yōu)越的耐熱性、耐水性、粘接性能等，于2000年以コンポソセラン商品名稱推向市場。
Ford公司開發(fā)了兩種新的技術，生產(chǎn)價格具有競爭性的納米復合PP。之一是采用超臨界流體技術預加熱納米粘土；另一技術是使用超聲波能量，這兩種技術都能在加工過程中提高納米粘土片晶的分散、插入和層離，均可去掉或減少價昂的相容劑。
PA6納米粘土復合材料對氧和CO2有較好的阻隔性，目前在包裝行業(yè)的主要應用為高阻隔包裝，其中大部分是做PET瓶芯材料。納米粘土大幅度提高了PA6的阻隔性，但仍保持PA6優(yōu)良的韌性、透明性、熱灌裝耐熱性、耐油脂性等性能。含2％納米粘土的PA6比原始PA6的氧阻隔性提高2倍，而含4％時則能提高5倍，目前，Honeywll公司正致力于開發(fā)比玻璃成本低的尼龍納米復合材料－Aegis OX。這是一種活化一鈍化阻隔材料，其中納米粘土為鈍化阻隔層，與適宜的吸氧劑作為活化劑起協(xié)同作用。據(jù)稱該材料能使 PA6的氧透過率（OTR）降低100倍，氧的滲入量幾乎為零。Aegis OX作為三層結構啤酒瓶的芯層，采用Aegis OX的阻隔系統(tǒng)能與現(xiàn)有所有啤酒用阻隔系統(tǒng)競爭，能達到180天的貨架壽命。該材料制成的三層PET啤酒瓶，已被應用于美國洛杉磯Anchor啤酒公司。
美國Nanocor公司以日本三菱瓦斯化學公司的無定形PAMXD6與納米粘土的復合材料為阻隔樹脂開發(fā)另一種高阻隔體系－M9，名為Imperm，用于三層PET瓶芯層，據(jù)稱Imperm比 PET的氧透過率100倍，比標準MXD6對二氧化碳和氧的阻隔率分別提高50％和70％，透明性和抗剝離性與標準MXD6相同，三層結構(PET／ M9／PET) 啤酒瓶可達到美國(110天)和歐洲(180天)的啤酒保質期要求，用M9比MXD6的厚度更薄，加工廠因此可以節(jié)省成本，三菱瓦斯化學公司已向市場推出"買來即可用"的M9粒料。
PAMXD6的熔點、玻璃化轉轉溫度等熱性質和結晶化過程與PET甚為相似，因此很適合與PET配組聯(lián)用。而且 PET與 Imperm間不需粘接層，仍能保持琉璃色要求的足夠透明度。
PET/PAMXD6多層片材沖壓而成的豆醬容器現(xiàn)在已經(jīng)商品化生產(chǎn)。可以期待PAMXD6系多層片材的耐高溫高壓殺菌性和可回收利用性等特性將得到充分利用。將進一步被擴大應用在米飯容器和軟罐頭食品等多種領域內(nèi)。
使用PAMXD6與PET兩種材料進行共注塑成型，其延伸吹塑流涎成型加工而成的多層瓶，已經(jīng)在美國和歐洲各國用于包裝碳酸飲料和果汁，在市場上甚受歡迎。在日本也利用這種多層瓶包裝色拉調味汁、各種調味料和天然飲用水。用PAMXD6與PET混用制加成的包裝瓶，在世界各先進國家市場上得到應用。由于這種包裝瓶可以利用PET單層瓶的成型機進行成型加工，成型條件也與PET單層瓶一樣，因此可以很容易就加工制成阻氣性優(yōu)異的包裝瓶。
德國Bpe公司正在用Nanocor公司的納米粘土制備的尼龍6/n-MMT復合材料（Durethan KU2－2601PA6）制做多層包裝的流延膜，用以包裝醫(yī)用品和作為易腐蝕物品的保護膜等，其OTR比原PA下降50％，剛性提高了一倍，光澤和透明性與價貴的高透明共聚尼龍相當，另外還改進了薄膜的抗粘連性。
UBE美國公司正在開發(fā)汽車燃油系統(tǒng)用納米復合材料阻隔層，該材料納米復合材料也能降低汽油、甲醇和有機溶劑透過率。在PA6和PA6/PA66共混體物中用量5％n-MMT時，比未填充PA6的汽油透過率下降4倍。該公司已開發(fā)工藝擠出阻隔燃油輸送管線，商品名為Ecobesta。
Nanomat公司開始了納米滑石粉（平均粒徑為100nm）和納米碳酸鈣（平均粒徑為50nm）的商業(yè)化生產(chǎn)。它們可用于聚烯烴、ABS、乙縮醛、PVC、TPEs和熱固性聚酯SMC。據(jù)說這種納米顆粒填充的復配料的強度和硬度以及耐熱和耐龜裂都比傳統(tǒng)填料制備的復配料的性能提高，并且用量要低得多。而且與傳統(tǒng)的添加劑相比，這種納米粉末也是很好的成核劑。
Honeywell公司開發(fā)出尼龍6/n-MMT新品級Capron XA-3071，其韌性是普通尼龍6的2倍，彎曲模量4137MPa，落錘沖擊強度1334J/M，具有良好的耐熱性和耐化學藥品性，易于加工。
日本東麗工業(yè)公司已研制出一種方法可以制得直徑不足10納米尼龍纖維。把140萬根纖維捆扎一起做成一種尼龍織品, 該織物的表面積比常規(guī)尼龍織物大出1000多倍。這種新尼龍織物擅長吸收臭味，其吸濕能力是常規(guī)尼龍的2~3倍，與棉纖維一樣或更好過棉纖維。
其用途包括服裝材料和各種類型濾器的材料。這項新制造技術也適用于聚酯與其它材料有望在2~3年內(nèi)有產(chǎn)品上市。
Sbamrock Technologies Inc推出了新型納米級PTFE，牌號為Nano Flon。新品樹脂的平均粒徑范圍在0.3~1.0μm之間，據(jù)稱新材料的潤滑性、耐磨性及抗UV光性能都得到了改善，Nano Flon的表面積比傳統(tǒng)的PTFE大100倍。產(chǎn)品可以粉末、水分散體或有機分散體的形式存在，它們不僅適用于油墨和涂料，而且可用于齒輪零件、計算機基片和纖維。
納米材料的阻燃性 眾所周知，添加阻燃劑粒子直徑越小分散越好，控制燃燒過程越有利，阻燃效果越好。不同塑料材料添加納米阻燃材料后性能均有改善;（1）PS塑料材料中，添加6％微晶高嶺土納米材料，測其發(fā)熱溫度達到415℃，如果添加量增加到10％時，其發(fā)熱溫度下降到350℃；PS塑料發(fā)煙量可下降4倍；（2）熱固性環(huán)氧樹脂中，添加6％的硅類納米材料后，燃燒時發(fā)熱量將下降29％～42％；（3）EVA樹脂中添加納米材料，其氧指數(shù)由17上升到19.5、發(fā)煙量下降50％；（4）尼龍6樹脂中添加6％納米材料其燃燒時發(fā)熱量下降3倍，（5）塑料材料中添加納米材料和阻燃劑并用效果更好。
碳納米管制造堅硬材料技術開發(fā)成功 美國俄克拉何馬州立大學的科學家用一層碳納米管、一層聚合物層層交疊出"夾心餅干式碳納米管"。該材料具有超強硬度，可與工程中使用的超硬陶瓷材料媲美。這種新的超硬材料是完全有機的，而且很輕，適用于制造植入人體并長期發(fā)揮作用的醫(yī)療器件，在航天工業(yè)方面也有很好的應用前景。
