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纳米时代(下)

2026/1/23 22:15:00发布21次查看
聚合物/粘土纳米复合材料国内初见成效
中科院化学所工程塑料国家重点实验室漆宗能研究员聚合物/粘土纳米复合材料是指用聚合物作为基体,粘土作为分散相,利用插层聚合、熔融插层等特殊工艺方法制备的纳米复合材料,所用的粘土主要为天然蒙脱土,它属于层状硅酸盐,故又称聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料。蒙脱土的基本单元结构片层厚约1nm,长宽约100nm,用插层聚合等工艺所制备的纳米复合材料形成特殊的“纳米马赛克”结构,类似在有机聚合物基体上贴上了一层无机纳米马赛克,具有一般塑料所不具备的优异性能,特别是气体阻隔性和熔体黏度反常下降。
20世纪80年代末日本首先发明了两步法制备尼龙-6/蒙脱土纳米复合材料。随后,美国康奈尔大学和宾西法尼亚大学等进行了系统的理论研究。美国于1995年成立nanocor公司,开始聚合物/粘土纳米复合材料的工业化试制。中科院化学所于1993年在国家基金委、“863”新材料专家委员会和科技部等项目资助下,开始了聚合物/粘土纳米复合材料的系统研究,到2000年已成功地开发出了以聚酰胺、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、硅橡胶、聚苯胺、聚氨酯等为基材的一系列聚合物/粘土纳米复合材料,申请专利13项,其中公开专利8项,授权5项。
与一般复合材料相比,含有少量蒙脱土的聚合物/粘土纳米复合材料表现出优异的综合性能,因此它们比常规填充复合材料要轻。良好的性能组合、简单的加工工艺和合理的价格使得聚合物/粘土纳米复合材料在各种高性能管材、汽车及机械零部件、电子和电气部件、啤酒罐装、肉类和奶酪制品的包装材料市场等领域中有广泛的应用前景。在n-pa6作为工程塑料的基础上我们还具备了高性能n-pa6膜用切片,该切片适用于吹塑和挤出制备热收缩肠衣膜、双向拉伸膜、双向拉伸膜、单向拉伸膜及复合膜。与普通pa膜相比,n-pa6膜具有更佳的阻隔性、力学性能和透明性,因而是更好的食品包装材料。
聚对笨二甲酸乙二酯(pet)用于纤维、瓶及薄膜,工程塑料用只占其总量的1.6%。目前国内pet树脂的年生产能力为64.9万吨,因此开发工程塑料级pet成为关注的焦点。
利用稻壳资源制造纳米产品
吉林大学化学院郭玉鹏博士我国年产稻谷约3亿吨,折算成稻壳约6000万吨,占世界总产量的30%以上,居世界第一位。要按理论计算,每年我国单从稻壳内就可以提取约1000万吨高纯度sio2,可制备超高比表面积活性炭1000万吨,每吨按1万元计,价值约2000亿元。也可生产3000万吨纳米sio2/c复合硅炭黑材料(其中sio2粒径为2~3nm)牞提取木本酢液2500万吨,价值350亿元。可惜的是,目前稻壳资源都没有被利用,作为农业垃圾浪费了。
我们对综合利用稻壳进行了大量的系统研究工作,以稻壳为原料,制备纳米级sio2/c复合硅炭黑的方法,燃烧法直接制备纳米级二氧化硅,制备纳米微孔超高比表面积活性炭的方法,从制备超高比表面活性炭的洗涤液中制备纳米级二氧化硅的方法,从洗涤液中回收碳酸钾的方法,从洗涤液制备纳米碳酸钙使活化剂循环使用的方法,以及稻壳燃烧热的综合利用的方法。因此,通过方法可用稻壳制备超细c/sio2复合硅炭黑材料、纳米级sio2、纳米微孔超高比表面积活性炭、纳米级caco3及具有较强的生物活性功能和生理机能的木酢液。
稻壳是农业垃圾,是大米生产的副产品,我国是农业大国,稻谷产量逐年增加,发展农业,综合利用农副产品一直是国家重点支持的研究开发生产方向,符合国家产业化发展政策。稻壳综合利用不仅利用了污染环境的农业垃圾,而且通过综合利用充分利用了稻壳资源。
使用稻壳为原料制备出高比表面活性炭,得到比表面超过3500m2/g的产品,是一种新型超强吸附材料,是普通活性炭吸附能力的3~4倍。首次采用物理与化学处理相结合制备纳米级sio2,与普通白炭黑相比,原料易得,价格便宜,工艺简单易于工业化。首次采用连续炭化粉碎法制备亚微米级c/sio2复合硅炭黑材料(其中纳米sio2的粒径是2~3nm),这是一种工艺简单、价格便宜、性能优越的新型橡胶填加剂,具有重要应用开发前景。
总之,整套工艺过程的综合设计,是以稻壳为原料,将制备纳米级二氧化硅、超高比表面积活性炭、亚微米级c/sio2复合材料有机贯穿,实现物质材料能源的充分利用。并利用燃烧尾气对活化液进行碳化反应,不仅使有害尾气不排放在大气中,而且对碱性活化液进行了中和处理,使废水再生利用,使生产线变成洁净工艺生产线,使企业变成无污染的绿色环保型企业。
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