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纳米塑料产品应用及开发新动向

关键词:

纳米塑料

时间:2013-04-12来源:坦白胶带 点击:10377次

摘要:目前产量最大的纳米塑料是纳米尼龙,占绝对主导地位;其次是纳米聚烯烃;另外,还有纳米聚酯、纳米紫外固化丙烯酸酯树脂、纳米聚酰亚胺、纳米聚甲醛等。


目前产量最大的纳米塑料是纳米尼龙,占绝对主导地位;其次是纳米聚烯烃;另外,还有纳米聚酯、纳米紫外固化丙烯酸酯树脂、纳米聚酰亚胺、纳米聚甲醛等。主要应用在包装、汽车和机电工业;纳米塑料的阻隔性可用于食品保鲜包装,延长食品保质期。值得一提的是赋予材料的阻燃性。因目前塑料添加用阻燃剂大多含卤化物,在燃烧时生成的烟雾中含有腐蚀性的卤化氢和致癌物,因此要求采用无卤阻燃材料的呼声日趋高涨,而用一般氢氧化铝、氢氧化镁无机阻燃剂时添加量太大,使材料力学性能下降过大,故采用阻燃自熄性的纳米塑料是较适宜的选择方案。
①纳米尼龙。
目前,尼龙6纳米复合物的主要应用集中于高阻隔包装。美国聚酯生产厂Eastman、化工公司和纳米黏土供应厂Nanocor公司共同开发了用于与聚酯(PET)共挤多层吹塑用尼龙纳米复合材料Imperm,用作PET/尼龙/PET三层瓶的阻隔芯层材料,尼龙是用日本三菱瓦斯化学公司的阻隔性无定型尼龙MXD6为基础树脂,加纳米黏土后大幅降低材料气体透过率,是PET氧透过率的1/100,已用于16盎司不消毒啤酒瓶,Imperm芯层厚度占瓶层总厚的10%,Imperm与PET间不需要粘接层,也不影响瓶子要求的透明度,能保质28周。
另一个引人注目的用于包装的纳米尼龙为美国Honeywell公司开发的Aegis0X,据称内含未公开的吸氧剂,Aegis0X中的纳米黏土作为钝化阻隔层,适量吸氧剂作为吸氧活性剂。这种由“钝化一活性”组合的材料的氧透过率是尼龙6的1/100,氧的渗入量几乎为零。Ae-gisOX作为三层聚酯(PET)瓶的阻隔层材料使聚酯瓶达到啤酒4个月和果汁6个月的保质期要求,可以与玻璃瓶相媲美。这种组合技术的钝化阻隔层能防止吸氧剂过早消耗,靠纳米粒子的均匀分散使吸氧剂指向“易出现氧”的地方,提高总的阻隔效率。Honeywell公司认为这种阻隔系统可与现有任何其他啤酒阻隔包装竞争,完全满足120天内氧的渗入量和二氧化碳泄漏量的要求,并相信通过进一步精心调整工艺,完全可达到180天的保质要求,这将推动和加快啤酒包装从玻璃瓶转向聚酯瓶的进程。
除了啤酒瓶这个巨大市场外,德国Bayer公司正在把尼龙6纳米复合材料用做多层流延包装膜的芯层材料,有两种产品已在德国杜塞尔多夫的世界塑料工业展览会上展出,引起许多用户关注。UBE美国公司用尼龙6/尼龙66共混物制备的纳米尼龙对汽油、甲醇和有机溶剂的透过率是填充尼龙6的1/3,已用于汽车燃油系统的共挤出多层燃油输送管道(纳米尼龙商品名为Ecobesta),也是作为多层管的芯层材料。
②纳米聚烯烃。
利用纳米聚丙烯的阻隔性做食品包装材料已由Clairant公司率先推出工业化产品。比利时KabelwerkEu-pen公司可以EVA(乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)为基础树脂,用熔融共混法加人3%~5%纳米硅酸盐,能显著降低材料放热量和防止燃烧时塑料滴落,并具有良好的力学性能、耐化学腐蚀性和热稳定性,在电线、电缆工业上有良好的应用前景。
日本JSR公司用纳米硅酸粒子与紫外固化丙烯酸树脂混合制成高强度、透明、耐磨涂料,纳米炭黑粒子与聚乙烯等树脂制备导电塑料则开发较早。另外,无机纳米抗菌剂粒子与塑料制成抗菌塑料,用于电冰箱门把手、门衬、空调器、电话、热水器、微波炉、电饭锅等制品,具有持久抗菌性。纳米硅酸盐加入聚乙烯农膜可改进其保温性。
③纳米PET。
PET具有较好的气体阻隔性和机械成型性,且无毒,常常以塑料薄膜和瓶的形式用于食品、饮料等的包装。但PET的阻隔性能不足以满足啤酒和某些食品包装的需要,需要进一步提高PET的阻隔性。纳米技术是提高PET阻隔性的一个行之有效的方法。据文献介绍,美国Eastman公司已与Nanocor公司合作开发基于PET的用于包装的纳米复合材料。Eastman公司为了改良PET包装材嵙,自1995年以来一直在开发热塑性塑料纳米复合材料技术。纳米复合材料含有被粉碎得极细微的黏土颗粒,当这些颗粒分散到树脂中后,其小部分可能会使树脂的强度、阻隔性和耐热性得到加强,同时保持其透明性。这两家公司希望尽快开发出用于硬式包装的第一种纳米复合材料。
3-纳米材料的安全性研究
纳米材料粒径极小,比表面积较大,故具有较强的吸附性和扩散性,极高的表面反应活性和催化活性。如晶粒尺寸为8mn的纳米铜的
扩散系数比普通铜增大1019倍;惰性元素铂制成纳米粒子后,转变成了活性极高的催化剂,可直接催化高分子聚合物的氧化、还原及合成反应;Lecoanet等研究发现纳米粒子可以很容易地扩散到地下蓄水层,给地下水带来严重的污染,并且极难予以净化。这些性质在给食品包装材料带来某些特定性能的同时,也很可能给生物安全带来较大的负面影响。
另外,纳米材料虽然物质组成未发生变化,但其对机体产生的生物效应和作用强度可能发生本质上的改变。有研究显示正常无害的大物质,一旦做成纳米级的超细微粒后,就具有毒性及潜在危害,且颗粒越小,反应性及毒性越大。

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