3.4 Стратегия пластиковых нанокомпозитных материалов

Вопрос стоит уже не о начале нанореволюции, а скорее о том, насколько масштабной и всеобъемлющей она будет. Многие воспринимают эти события только в качестве революционного появления новых материалов, аналогичного появлению пластмасс. Еще шире распространено мнение, что развитие нанотехнологий будет столь же всеобъемлющим и значительным, как и переход человечества от каменных орудий к металлическим. Насущные вопросы, задаваемые всюду – от лабораторий в Азии и в любых других местах буквально по всему миру и до фондовых бирж Европы и Уолл-стрит – какие новые отрасли промышленности будут созданы с помощью нанотехнологий, и какие открытия они нам принесут?

Во всем мире возникло более 1200 новых использующих нанотехнологии предприятий; половина из них – это американские компании, которые долго существовали в качестве малозаметных изготовителей материалов и обнаружили шанс стимулировать ажиотажный спрос, после объявления о своем умении применять различные порошки, от сажи до керамических включений. Брокерские фирмы разыскивают на рынках нанотехнологические компании и учреждают биржевые индексы наноиндустрии. Тем временем, заинтересованные новым притягательным рынком инвесторы все еще опасаются, что все это оживление – «мыльному пузырю», силятся получить представление о последствиях нанореволюции и ее воздействии на сообщество инвесторов. Замешательство и неуверенность стали результатом того, что этот феномен представляет собой не промышленную отрасль, а технический подход к использованию вещества в наноразмерных масштабах. Концепция предлагает поразительные возможности для тысяч существующих материалов.

По какой причине размер частицы имеет столь фундаментальное влияние на свойства материалов, что позволяет создавать важные новые полимерные нанокомпозитные продукты? Хорошим примером можно считать новый материал Voltron компании DuPont, представляющий новое поколение суперпрочных термореактивных эмалевых покрытий для обмоточных проводов, используемых в работающих электрических двигателях работающих при высоких нагрузках. При микроскопическом исследовании ранее применявшихся покрытий такого типа можно наблюдать неплотно упакованные химические компоненты с неравномерными зазорами между молекулами, то есть структуру, которая, в конечном счете, приводит к разрушению материала.

Наноразмерные частицы в материале Voltron заполняют большую часть пустот, образуя улучшенный изолятор, имеющий больший срок службы. Выполненные компанией DuPont лабораторные испытания материала в электрических двигателях с моделированием реальных условий работы подтвердили, что покрытие Voltron десятикратно увеличивает сроки службы между отказами двигателя, что повышает его рентабельность. Поскольку такие двигатели потребляют приблизительно 65 % от общего производства электроэнергии в США, такое повышение эффективности обещает огромную экономию электроэнергии. "Без использования наноматериалов невозможно достичь такого рода усовершенствования покрытия", заявил Криш Дорэйсвани, старший руководитель планового отдела исследований нанотехнологий компании DuPont.

Индустрия пластмасс неизбежно будет испытывать значительное влияние нанокомпозитных технологий, пребывающих сейчас в начальной стадии развития. Полимеры, армированные наночастицами, составляющими всего лишь 2 - 5 % массы, демонстрируют впечатляющее улучшение термомеханических и барьерных свойств, а также имеют большую огнестойкость. Наночастицы могут выгодно отличаться от стандартных наполнителей и волокон благодаря повышению термостойкости, формоустойчивости и электрической проводимости. Хотя технологии диспергирования наноразмерных армирующих компонентов в полимерах проникают на рынок весьма сдержанно и медленнее, чем ожидалось, согласно прогнозам, этот темп значительно вырастет, поскольку многие компании по соображениям конкуренции не афишируют свои исследования нанокомпозитов, и большое количество исследований выполняется без публикации результатов. Первыми коммерческое применение нашли композиты с наноглинами и углеродными нанотрубками. Наноглины улучшают механические свойства пластмасс, а углеродные нанотрубки придают электро- и теплопроводность. В настоящее время в США диапазон применения наноматериалов простирается от улучшения характеристик деталей грузовой платформы автомобиля Hummer H2 SUT до покрытий линз, перевязочных материалов и пленок для упаковки пищевых продуктов. Основными областями применения нанокомпозитных пластмасс в настоящее время являются производство упаковочных материалов и автомобилестроение, но результаты исследований и разработок расширяют масштабы их применения.

Некоторые производители и области применения нанокомпозитов.

Компания	Название	Матрица	Нанонапол-нитель	Улучшенные характеристики	Область применения
Basell USA	Hifax	Термопластический полиолефин (ТПО)	Наноглина	Повышенные модуль упругости, прочность, сопротивляемость царапанию	Автомобилестроение
Lanxess	Durethan	Полиамид	Наноглина	Высокие барьерные свойства	Упаковочная пленка
GE Plastics	Noryl GTX	Полифениленоксид / Нейлон	Нанотрубки	Электропроводящий	Автомобилестроение, окрашиваемые детали
Honeywell Polymer	Aegis OX,Aegis NC	Нейлон 6, нейлон для мембран	Наноглина	Высокие барьерные свойства	Емкости для пива и пленка
Hybrid Plastics	Nanoreinforced, Nanostructured	Каучуки ПОСС	ПОСС	Термостойкость; огнестойкость	Потребительские товары, аэрокосмическая, биологическая, фармацевтическая промышленности, сельское хозяйство, транспорт и строительство
Hyperion Catalysis	Fibril	полиэтилентерефталатгликоль, полибутилентерефталат (ПБТ),полифениленсульфид (ПФС), ПК, ПП, Фторсодержащие эластомеры	Нанотрубки	Электропроводность; Электропроводность	Автомобилестроение, электроника; промышленность (уплотнительные кольца, прокладки)
Kabelwerk Eupen AG		ЭВА	Наноглина; Нанотрубки	Огнестойкость	Провода и кабели
Mitsubishi Gas Chemical Company	Imperm	Нейлон метаксилен-диамин 6 (МД6)	Наноглина	Высокие барьерные свойства	Многослойные емкости для соков и пива, пленки, контейнеры
Nanocor	Imperm	Нейлон 6, ПП, Нейлон МД6	Наноглина	Высокие барьерные свойства	Многоцелевое использование, литые емкости для пива ПЭТ
Noble Polymer	Forte	ПП	Наноглина	Теплостойкость, жесткость, ударопрочность	Автомобилестроение, мебель, приборостроение
Polymeric Supply		Ненасыщенные полиэфирные эпоксидные смолы	Наноглина	Управление твердостью, улучшенная размерная/тепловая стабильность, огнестойкость	Судостроение, транспорт, строительство, производственное оборудование
PolyOne	Nanoblend (Compounds & Concentrates)	Полиолефины, ТПО	Наноглина	Высокие барьерные свойства, термостойкость, жесткость, ударопрочность	Производство упаковочных материалов, автомобилестроение, производственное оборудование
Putsch Kunststoffe GmbH	Elan XP	ПП/ ПС	Наноглина	Сопротивляемость царапанию	Автомобилестроение
RTP Company	Nanotube Compounds (NTC)	Нейлон 6, ПК, ударопрочный ПС, полиформальдегид, ПБТ, ПФС, полиэфиримид, полиэфирэфиркетон, ПК/акрилонитрил-бутадиен-стирол, ПК/ПБТ	Нанотрубки	Электропроводность	Электронная техника, автомобилестроение
Ube	Ecobesta	Нейлон 12	Наноглина	Механическая прочность, термостойкость, теплостойкость	Многоцелевое использование, автомобильные топливные системы
Unitika	Nano-Composite Nylon 6	Нейлон 6	Наноглина	Жесткость, термостойкость	Многоцелевое использование
Yantai Haili Ind. & Commerce of China		сверхвысокомолекулярный полиэтилен	Наноглина		Стойкие к тектоническим воздействиям трубопроводы