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果汁飲料市場調(diào)查報告范文第1篇

關(guān)鍵詞：納米復(fù)合材料；納米粘土；碳納米管；納米石墨片；阻隔性；阻燃性

[中圖分類號]TQ323.6[文獻(xiàn)識別碼]A[文章編號]

納米復(fù)合材料的發(fā)展還處于成長期，據(jù)預(yù)測，在未來幾十年內(nèi)，它們將被證明是改變塑料工業(yè)面貌的最強(qiáng)有力的事物。只要通過熔融共混或原位聚合在聚合物中添加2％～5％的納米顆粒，復(fù)合材料的熱－機(jī)械性能、阻隔性能和阻燃性能將會得到戲劇性的提高。在提高耐熱性、尺寸穩(wěn)定性、導(dǎo)電性方面，它們也能超越普通填料和纖維填料。

納米尺度的增強(qiáng)塑料在汽車和包裝業(yè)已經(jīng)市場化，盡管利潤不是太高，發(fā)展速度也比預(yù)期的慢。但是就像熱心的研究人員和商業(yè)界人土在最近發(fā)表的多篇論文所指出的，納米復(fù)合材料的發(fā)展步伐將大大加快[1-3]。

美國商業(yè)通訊有限公司（BCC）的市場調(diào)查報告指出，在2003年，世界市場上的聚合物納米復(fù)合材料的總產(chǎn)量為二千四百五十萬鎊，價值九千余萬美元。BCC還指出，納米復(fù)合材料的市場年增長率將會達(dá)到18.4％，到2008年產(chǎn)值將會達(dá)到兩億多美元。

在研究開發(fā)和實(shí)際應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位的納米填料是納米粘土、納米滑石、碳納米管和石墨片。但是其它如合成粘土、多面體低聚硅倍半氧烷(POSS)、以及像亞麻和苧麻之類的天然纖維也在被積極地開發(fā)。

1．最常用的納米填料

目前最受人們關(guān)注并率先投入商業(yè)應(yīng)用的兩類納米填料是納米粘土和碳納米管。這兩種納米填料必須進(jìn)行化學(xué)處理來改變其表面性質(zhì)，以促進(jìn)填料在樹脂中的均勻分散，改善填料和樹脂的相容性，這樣才有可能達(dá)到最佳的改性效果。這兩種納米填料能顯著地改善塑料的結(jié)構(gòu)、熱性能、阻隔性和阻燃性。碳納米管還能提高塑料的導(dǎo)電性。

到目前為止，由于價格低，納米粘土顯示出了最強(qiáng)的商業(yè)競爭能力，它的價格為2.25-3.25美元/鎊，可以被廣泛地用于熱塑性聚烯烴、絳綸、聚苯乙烯和尼龍等。

研發(fā)和應(yīng)用最多的是蒙脫土（一種層狀硅鋁酸鹽），它的單個片層直徑約1微米，厚度約1納米。美國國內(nèi)兩家主要的生產(chǎn)商是Nanomer公司和南方粘土產(chǎn)品公司。這兩家公司和樹脂與改性劑供應(yīng)商、復(fù)合材料生產(chǎn)商、汽車零部件生產(chǎn)商和包裝公司聯(lián)合進(jìn)行研究開發(fā)，相關(guān)研究成果都申請了專利,不少研究成果在商業(yè)上取得了成功。

通用汽車公司已經(jīng)率先將納米復(fù)合材料用于汽車上。通用汽車公司宣布在2002款GMC旅行車和ChevroletAstro客貨兩用車車體外的腳踏板上使用了納米復(fù)合材料。在2003和2004款車型上也使用了納米復(fù)合材料部件。稍后，通用汽車公司在它的體積最大的車型，2004款的ChevroletImpala汽車的車體兩側(cè)使用了聚丙烯／粘土納米復(fù)合材料。這種復(fù)合物是由密執(zhí)根州Warren市的通用汽車公司研發(fā)中心與Basell北美公司、南方粘土產(chǎn)品公司聯(lián)合開發(fā)的。

最新的應(yīng)用是在20__款的GMHummerH2汽車上。這種車車箱底的中心大梁、方向盤和車尾的保險杠上用了大約7鎊重模塑成型的彩色納米復(fù)合材料部件。這種材料是Basell公司研發(fā)的熱塑性聚烯烴/納米粘土復(fù)合材料。

納米粘土能提高塑料的力學(xué)強(qiáng)度，而碳納米管則能賦予塑料以導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。碳納米管的商業(yè)潛力受到它的高價格的制約，其價格高達(dá)100美元/克，它的聚合物母料在市場上可以50美元／鎊左右的價格購得。但從上世紀(jì)九十年代未以來，美國生產(chǎn)的幾乎每一輛汽車中都使用了碳納米管，典型的應(yīng)用是將碳納米管與尼龍混合以改進(jìn)燃料系統(tǒng)的抗靜電性能。含碳納米管的防靜電復(fù)合材料也能用于保護(hù)計算機(jī)的讀寫頭。

碳納米管包括單層和多層結(jié)構(gòu)兩種類型。前者的外徑通常是1-2納米，后者的外徑通常是8-12納米。他們的長度在10-100微米之間，至少有1000：1的長徑比。碳納米管的拉伸強(qiáng)度是不銹鋼的50倍，導(dǎo)熱性是銅的5倍。與炭黑、金屬粉之類的傳統(tǒng)填料相比，碳納米管在增加塑料的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性方面的能力強(qiáng)很多倍。

美國國內(nèi)的碳納米管供應(yīng)商主要有HyperionCatalysis公司和后來的Zyvex公司。這兩個供應(yīng)商提供的碳納米管聚合物母料通常含15-20的碳納米管。

一種不同但有關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品是PyrografProduct公司提供的氣相生長的碳納米纖維。據(jù)稱它的PyrografⅢ納米纖維在改善導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性方面能與碳納米管媲美，能大幅度地提高復(fù)合材料的機(jī)械性能和阻燃性（炭化）。更重要的是，碳納米纖維的價格低得多，大約100-150美元/鎊。碳納米纖維可用于尼龍、聚丙烯和聚氨酯。

2．主要的納米粘土復(fù)合物品種

Nanocor公司和另兩家專業(yè)復(fù)合材料生產(chǎn)商聯(lián)合開發(fā)的納米復(fù)合材料和母料在結(jié)構(gòu)材料和阻隔材料方面的應(yīng)用達(dá)到了商業(yè)規(guī)模。

NoblePolymers公司新的Forte牌聚丙烯納米復(fù)合材料已用于本田AcuraTL20__汽車。Forte取代了玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯，玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯成型困難、不透明、易于彎曲。Forte的密度只有0.928g/cc,機(jī)械性能優(yōu)異,外觀得到了改善,且可多次回收使用。

Noble公司報告說Forte納米復(fù)合材料將被用于生產(chǎn)2006款輕型卡車的中央控制臺。其它方面的應(yīng)用包括辦公家具（取代20％的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯）和設(shè)備零部件，F(xiàn)orte能降低重量和成本。

PolyOne公司最近推出了Ma__amLST系列的聚丙烯均聚物／納米粘土復(fù)合物，聲稱這種材料具有高硬度和高沖擊強(qiáng)度。PolyOne公司還報告說通過其專利工藝,這種材料已克服了納米粘土剝離和分散不完全的問題，它的性能達(dá)到甚至超越許多熱塑性工程塑料。并稱這種材料質(zhì)輕、美觀、易于成型、成本低。

PolyOne公司也提供納米粘土含量達(dá)40％的納米粘土母料（商品名為Nanoblend），Nanoblend的基體可以是均聚聚丙烯、改性聚丙烯、線型低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和乙烯共聚物。一些品種專門被用于提高阻隔性能。PolyOne公司報告說最近的商業(yè)應(yīng)用包括了貨盤和日常用品，并詳細(xì)說明了Ma__amLST可以做為工程塑料的替代品，因?yàn)樗鼈兙哂辛己玫某叽绶€(wěn)定性（這對于機(jī)器零部件是至關(guān)重要的）。而且，他們還稱這種材料具有好的沖擊強(qiáng)度和更輕的重量。Ma__amLST也可以考慮用于消費(fèi)者可隨意使用的用具，這是因?yàn)樗哂泻芎玫哪突瘜W(xué)腐蝕性和硬度，其可循環(huán)使用的次數(shù)也得到了大幅度的提高。

Nanoblend也正在被考慮用于汽車內(nèi)外的

熱塑性聚烯烴部件。其主要優(yōu)點(diǎn)是尺寸穩(wěn)定、質(zhì)輕、硬度高而沖擊強(qiáng)度不降低。Nanoblend用于膜片，可提高其阻隔性、硬度和熱變形溫度，控制抗菌劑、染料等其它添加劑的遷移和揮發(fā)。用于吹塑料成型包裝材料，可提高其阻隔性能，降低厚度，縮短成型周期。薄壁化和更快的成型速度對注塑成型也是有吸引力的[4,5]。3．增強(qiáng)效果更好的TPOs

由通用汽車公司和南方粘土產(chǎn)品公司發(fā)表的論文提及了汽車上的熱塑性聚烯烴（TPOs）部件，其性能通過納米粘土得到了大幅度的改進(jìn)。這些改進(jìn)來之不易：早先由于粘土凝聚導(dǎo)致的成型問題最終通過優(yōu)化粘土在擠出機(jī)上的進(jìn)料位置、螺桿設(shè)計、螺桿轉(zhuǎn)速、成型溫度和成型壓力得到了解決。成型問題解決以后，TPOs納米復(fù)合材料與傳統(tǒng)的滑石粉填充TPOs相比，性能得到了全面的改善，性能更穩(wěn)定、低溫韌性更好、消除了水紋、減小了涂層的剝離和熔合痕、改進(jìn)了著色能力、抗抓撓能力、抗磨損能力和再生能力。而且，更低的填料含量意味著更低的密度（密度降低3％－21％），更輕的重量粘合時需要的粘合劑更少，這有利于降低成本[6]。

在汽車上，納米復(fù)合材料適用的部件包括儀器儀表板、搖桿套、裝飾件、格柵、車蓋氣窗、儀器控制臺、座位上的泡沫材料、車門的芯層結(jié)構(gòu)材料、軸套、垂直和水平支柱、檔板、引擎蓋、風(fēng)扇罩、進(jìn)氣口、燃料箱和輸油管線。

除了TPO／粘土納米復(fù)合材料外，通用汽車公司還嘗試了用碳納米管復(fù)合材料取代現(xiàn)在的熱固性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。通用汽車公司對用碳納米管或短納米纖維取代連續(xù)的碳纖維后填料含量可以降低感興趣。碳納米管有潛力增加塑料的導(dǎo)熱性。

4．更好的阻隔材料

聚合物阻隔技術(shù)也通過納米粘土得到了很大發(fā)展。三菱氣體化學(xué)品公司(MGC)和Honeywell專業(yè)聚合物公司正在將Nanocor公司的納米粘土用于尼龍以作為多層聚酯瓶和食品包裝膜中的阻隔層。MGC的一種叫ImpermN的尼龍納米復(fù)合材料在歐州已用于生產(chǎn)裝啤酒和其它酒精類飲料的多層聚酯瓶。也正在被考慮用于生產(chǎn)裝碳酸類軟飲料的瓶子。接下來將被考慮用于生產(chǎn)多層熱成型的裝熟肉制品和干酪的包裝容器，以及用于生產(chǎn)包裝土豆片和番茄醬的軟質(zhì)薄膜。

Honeywell公司起初將它的Aegis牌尼龍6納米復(fù)合材料定位于生產(chǎn)聚酯（PET）啤酒瓶。在2003年底，韓國的HiteBrewery公司生產(chǎn)了一種叫HitePitcher牌的啤酒瓶，在這種啤酒瓶中使用了含抗氧劑的Aegis，但在商業(yè)上并不成功。Aegis是三層結(jié)構(gòu)中的阻隔層，據(jù)說可以提供26周的保質(zhì)期。

Honeywell公司現(xiàn)在正將其它的不含抗氧劑的Aegis納米復(fù)合材料代替乙烯－乙烯醇共聚物（EVOH）用于制作薄膜和包裝袋。據(jù)報導(dǎo)，這些材料成本比EVOH低，質(zhì)輕，阻隔性能更好，而且有更好的抗穿刺能力和更好的透明度（因?yàn)榧{米顆粒的體積小，不會妨礙光線透過）。

美國軍方和美國航空和宇宙航行局（NASA）聯(lián)合馬薩諸塞州Chelmsford市的TritonSystems公司正在尋求用納米粘土提高EVOH的阻隔性能，以制備長效包裝材料。它們在EVOH中加入3％的南方粘土產(chǎn)品公司的Cloisite納米粘土并制成薄片，夾在兩層PP片之間，通過熱成型試驗(yàn)性地制成了食品包裝盒。據(jù)報導(dǎo)，它不用冷藏就有3－5年的保質(zhì)期，而且具有良好的透明度、成型加工性和可循環(huán)使用性能。

AlcoaCSICrawfordsville公司正在尋求一項(xiàng)有關(guān)共擠出阻隔材料的專利，這種材料用于生產(chǎn)啤酒、果汁和碳酸軟飲料的塑料瓶蓋。這種材料包括一層尼龍6／納米粘土復(fù)合材料，再加上一到二層含抗氧劑的EVA。這種材料據(jù)說在高濕度（相對溫度95％－96％）環(huán)境中勝過其它阻隔材料[7]。

韓國的LG化學(xué)品有限公司已經(jīng)開發(fā)了一種高阻隔性的單層吹塑模塑容器，這種容器是用含3％－5％的納米粘土的HDPE制成的，用于裝甲苯和輕質(zhì)的液態(tài)烴。LG報導(dǎo)說，與純HDPE相比，烴溶劑在這種材料中的滲透性降低了40－200倍。

5．多用途的納米碳

從上世紀(jì)九十年代初以來，象快速連接器、過濾器之類的汽車供油管路中的零部件中就使用了由尼龍12和納米碳組成的內(nèi)部阻隔層。HyperionCatalysis公司現(xiàn)在致力于將碳納米管引入到用在汽車燃料系統(tǒng)中的改性尼龍和氟塑料之類的其它樹脂中。一種新的氟塑料／碳納米管復(fù)合材料正被用于制造汽車燃料管路連接器的O型圈。

在電子領(lǐng)域，計算機(jī)硬驅(qū)中的聚碳酸酯和聚醚酰亞胺（通用電氣公司的Ultem）部件用碳納米管進(jìn)行了增強(qiáng)，加碳納米管后其傳導(dǎo)性更好，也更平滑。

在過去的三年以來，歐州一家主要的汽車零部件供應(yīng)商一直在將碳納米管用于通用電氣公司的NorylGTX牌尼龍／聚苯醚合金中以制造外部的檔泥板。這種導(dǎo)電性的納米復(fù)合材料可以進(jìn)行靜電涂覆。

位于東蘭辛市的密執(zhí)根州立大學(xué)的復(fù)合物材料與結(jié)構(gòu)中心研發(fā)了一種新的表面處理的石墨納米片。石墨有粘土幾倍的模量，有優(yōu)異的導(dǎo)電與導(dǎo)熱性。當(dāng)加入環(huán)氧樹脂后，與普通的的碳纖維和納米尺度的炭黑相比，它導(dǎo)致了更好的機(jī)械性能和優(yōu)異的導(dǎo)電性。密執(zhí)根州立大學(xué)看到了它在回聲探測保護(hù)和電磁干擾領(lǐng)域的潛在用途。塑料納米石墨復(fù)合物預(yù)計售價為5美元／鎊，比碳納米管和氣相生成的碳纖維要便宜得多。

碳納米管除了具有傳導(dǎo)性外，還具有其它性能。位于馬里蘭州Gaithersburg市的國立標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的研究人員報告說在聚丙烯中加入碳納米管不僅提高了材料的強(qiáng)度和性能，而且顯著地改變了聚合物熔體的流動方式，事實(shí)上消除了出口膨脹。

6．納米阻燃劑

NIST的研究人員大量的研究表明納米粘土能有效地提高材料的阻燃性能。NIST發(fā)現(xiàn)在尼龍6中加2％和5％的納米粘土后，其放熱速度分別減小了32％和63％。

專業(yè)復(fù)合材料公司Foster公司最近闡述了更高含量（13.9）的納米粘土能被加入到尼龍12彈性體中。由于能促進(jìn)炭化，納米粘土使得通常含量為50％的含鹵化合物／三氧化二銻阻燃體系含量降低了一半，這顯著地減小了阻燃劑對聚合物機(jī)械性能的影響。這家公司首先在2001年將尼龍12／納米粘土復(fù)合物用于管材和薄膜。

德國的Sud-Chemie公司供應(yīng)一種叫Nanofil的改性納米粘土，Nanofil是一種阻燃劑。它最近研發(fā)了不含鹵素的EVA／PE電線電纜復(fù)合材料，這種復(fù)合材料含3％－5％的新型NanofilSE3000、含52％－55％的氫氧化鋁或65％的氫氧化鎂。據(jù)說結(jié)果導(dǎo)致產(chǎn)品機(jī)械性能得到了改進(jìn)、外觀更光滑、擠出速度更快。

根據(jù)HyperionCatalysis公司的報告，兩次最近的研究表明多層碳納米管在不用鹵素的情況下就可以用作阻燃劑。在EVA和順丁烯二酸酐改性聚丙烯中，加2.4-4.8的碳納米管后，其放熱速度的降低就可以和含納米粘土的相應(yīng)復(fù)合材料媲美甚至更好。

7．納米成核劑

納米粘土的許多優(yōu)點(diǎn)之一就是可以做為成核劑控制泡沫材料的泡孔結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)泡沫塑料包裝材料的隔熱性能。多倫多大學(xué)機(jī)械與工業(yè)工程系研究了化學(xué)發(fā)泡的LDPE／木材纖維復(fù)合材料的擠出成型。在復(fù)合材料中加入5％的納米粘土減小了泡孔尺寸、增加了泡孔密度、促進(jìn)了泡沫的擴(kuò)散。在燃燒時，泡沫材料更易于炭化。在二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡的LDPE／納米粘土上也得到了類似結(jié)果。

俄亥俄州立大學(xué)化工系的研究者發(fā)現(xiàn)少量的表面接枝了PMMA的納米粘土能減小二氧化碳?xì)怏w發(fā)泡的小孔聚苯乙烯泡沫塑料的泡孔尺寸，增加泡孔密度。俄亥俄州立大學(xué)的另一項(xiàng)研究成果表明在戊烷或水發(fā)泡的聚氨酯泡沫塑料中加入5％的納米粘土可以得到更小的泡孔和更高的泡孔密度。

路易斯安娜州立大學(xué)機(jī)械工程系報導(dǎo)加入4％－5％納米粘土能提高環(huán)氧樹脂復(fù)合泡沫塑料的柔韌度和伸長率，這種材料是三層結(jié)構(gòu)材料中的芯層材料。

參考文獻(xiàn)：

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