纳米技术与功能高分子材料 - 中国塑料加工工业协会.doc

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1、中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧纳米技术与功能高分子材料王德禧（中国科学院化学研究所，北京，100080）摘要：摘要：进入 21 世纪，伴随着纳米科技的发展，塑料产业迎来了又一个春天，纳米材料独特的表面界面效应; 小尺寸效应及量子尺寸效应和聚合物密度小, 耐腐蚀、易加工等优良特性有机的结合，形成了一类新型功能高分子材料。据美国 BRG Townsend 咨询公司的调研报告介绍：2001 年全球塑料添加剂消费总量约 798.4 万吨，总产值达 146 亿美元，其中功能型

2、助剂约占 80，足以说明功能高分子材料在塑料产业中的重要地位。新材料、新技术的不断涌现既是推动塑料产业持续发展的动力，又象一块磁石在吸引着企业家的眼球，是他们寻求新的投资方向的风向标。下面例举的是 2005 年国内外报刊、杂志上陆续发表的纳米技术与功能高分子材料的应用实例，供读者参考。1.院士评出 2004 年中国十大科技进展新闻之六纳米“超级开关”材料研制成功1中科院化学研究所江雷研究员领导的研究小组成功地通过调节“光”和“温度”实现了纳米结构表面 材料超疏水与超亲水之间的可逆转变，制备出超疏水超亲水“开关”材料，在功能纳米界面材料研究 领域取得了重要进展。其论文分别在美国化学会志 、德国应

3、用化学发表后，得到英国自然 和美国科学杂志的高度评价。这两项研究成果将可能应用于基因传输、无损失液体输送、微流体、 生物芯片、药物缓释等领域，具有极为广阔的应用前景。疏水性和亲水性是固体材料表面所具有的两种重要的特性。通常人们穿着的服装是亲水的，很容 易被水湿透（不疏水） ；而塑料布等就是疏水的，不能被水透过（不亲水） 。如果现在用温度调控的超 疏水超亲水“开关”材料制作服装，那么，夏天温度高时衣服是亲水的，亲水吸汗就不会感到太热； 冬天温度低时衣服就变成疏水的，防寒又保暖。2.日本开发出新型纳米开关2日本物质材料研究机构的研究人员新开发出一种纳米开关，利用原子受电压控制后产生的排列形 状变化

4、达到开关电流的目的。这一成果发表在新一期的自然杂志上。 研究人员在实验中首先将硫化银电极和白金电极之间的间隔定为纳米左右。之后，在加上电压 的状态下，硫化银电极的 10 个银原子排列产生变化，构成一个“微小的突起”得以伸长并连接上白金电 极；撤掉电压后银原子的“突起”状排列消失，保持与白金电极断开的状态。 据悉，这种纳米开关消耗的电力只有半导体元件的百万分之一。此外，通过改变传统开关的结构 还有望开发出更加轻小的新型便携装置，把计算机、数码相机、电视机等各种功能集中在一起。专家 认为，结合现在的半导体技术，这一成果可用于制造新型存储器等许多域，产品有望在 10 年内面市。3.自组装型分子光开关

5、3Tobin Marks 和同事在 2005 年 1 月出版的自然一材料学上报告说，他们研制的一种有机分子 薄膜开关可提供一种简单、廉价的方法，让信息在光纤网络中传播，而所需时间只是以前时间的一小 部分。 研究人员说，这种利用电子和光学性能自组装的薄膜能够通过开关控制光信号在不同的通道中的中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧传播，消除了通常情况下首先要将光信号转换为电信号的瓶颈障碍，因此大大降低了信号传输的时间。 到目前为止，绝大多数“电-光材料”的研究都集中在像铌酸锂这

6、样的无机晶体上，主要原因是这类材 料的折射率会在外加电场的作用下发生变化，但这类材料价格昂贵而且很难与相关技术集成。相反， 由 Marks 等人开发的有机材料能够在低温下在任何底垫上生长，且成本低廉，从而让它们很容易与光 波导和其它设备结构集成。4.有机薄膜存储能力达光盘材料十万倍4近日，由中科院化学研究所宋延林、上海有机化学研究所丁奎岭和中科院物理研究所高鸿钧主持， 我国科研人员在有机超高密度信息存储研究领域取得新的进展。他们利用化学方法制备的有机超分子 薄膜，成功实现纳米尺寸信息点的写入，对应信息存储密度每平方厘米超过 1013比特，是现有光盘存 储能力的十万倍。5.DNA 多层纳米管研制

7、成功5首个完全由 DNA 分子组成的多层纳米管研制成功。这种多层纳米管是由许多 DNA 分子链交缠在 一起组成的,当加热时,这种纳米管会分解,释放出一个个 DNA 分子，这种纳米管是由佛罗里达大学的化 学家 Charles R. Martin 和他的同事合成并表证的。这些纳米管将来可以用于 DNA 传送工具，如治疗基 因紊乱等疾病，因为这些纳米管都是由 DNA 组成。这种纳米管是在含有 100nm 的孔洞的氧化铝膜上 组装成功的。 有机磷酸酯膜在这种纳米孔洞上沉积，Zr(IV)被用来将单个 DNA 分子链上的磷酸酯基 与有机磷酸酯联接起来，连接上去的 DNA 分子链同其旁边的 DNA 分子链相

8、互交缠，从而组成柱状结 构，除了连接剂层和底层有三层结构。然后去掉模板得到完全由 DNA 组成的纳米管。 这种新的 DNA 纳米管使在不分离载体的情况下传递 DNA 分子成为可能，但这些纳米管必须能够穿透细胞膜并 能够达到细胞核，这些还得有待于进一步去证明。6.金纳米粒子释放出 NO 6目前美国North Carolina大学的化学家制备出一种可以定量释放NO的金纳米粒子。这种纳米粒子被 证实在诸如促进伤口愈合和扩张皮下血管软膏等生物医学和制药学上有很好的用途。化学家制备的这 种催化产生NO的纳米粒子是由外面包裹一层烷基硫醇配体保护层的金原子纳米粒子簇组成。他们将一 些配体的链端用溴取代，然后

9、溴原子转化为氨基。这种二铵鎓二醇盐NO授体是通过将这些含有氨基的 粒子暴露于高压NO气体下制备得到的。处于生理环境下从这种含二元胺纳米粒子上释放出的NO量随 二元胺配体浓度和二元胺配体两个氮原子之间烷基链的长度增加而增加。7.清华纳米人工骨获准美国专利7经过近两年的审核和考察，由清华大学材料系崔福斋教授课题组研究的纳米人工骨，于 3 月份获 得美国专利局颁发的专利批准通知。专利授权证书将纳米人工骨的专利名称定为“纳米磷酸钙胶原基骨 修复材料”（Nano-Calcium Phosphates/Collagen Based Bone Substitute Materials） ，这为纳米人工骨开拓

10、 海外市场奠定了基础。纳米人工骨 2002 年 11 月获得我国国家药品监督管理局用于临床人体实验的许可，2004 年 3 月份获得我国国家食品药品监督管理局的三类植入产品试生产注册证，成为我国首个可以在市场上公开销售和应用的纳米医药产品。自在医药市场上销售以来，已经在 2000 多例患有颈椎病、腰椎病、拔牙创、骨缺损等病人身上进行了骨修复的使用，据反馈无一例有副作用和不良反应。目前北京、江西、江苏、广东、辽宁、河北等省市逾 30 家医院已经采用了纳米人工骨进行治疗。作为国家“863”、 “973”计划支持的攻关项目，纳米人工骨（NB 系列纳米晶胶原基骨材料）是崔福斋教授课题组采用纳米技术在对

11、人骨骨痂和胚胎骨的分级结构和生物矿化过程的多年研究基础上发明中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧的新型骨材料。它与原有传统人工骨材料的最大区别在于，修复后的骨头和人体骨完全一样，不会在体内留下植入物。它仿照人类的骨头生成的机理，采用自组装方法制备纳米晶羟基磷灰石胶原复合的生物硬组织修复材料，使复合材料具有纳米有序结构的天然骨分级和多孔结构。8.新加坡研制出智能纳米载体运送治癌药物 8近日新加坡生物工程与纳米科技研究院的科学家研制出一种智能纳米载体，能够把癌症治疗药物 准确

12、地运送到癌细胞里，从而更有效地抑制肿瘤生长，却不损害正常细胞。 据领导科研小组介绍，这种智能载体只靠酸碱度变化就可以把治癌药物运送到癌细胞中。当癌细 胞吸收了这些载体后，药物分子就可顺利释放到细胞质和细胞核中。 比起现有的癌症治疗方法，这种载体能够更有效地运送治癌药物来杀死癌细胞，却不对正常细胞 产生毒害，从而避免骨髓抑制、心脏损害、胃肠道紊乱以及疲劳、脱发、身体虚弱等副作用。9.新的传递抗癌药物复合物9 一种新的高分子药物将两种不同的药物分子结合在一个相同的聚合物骨架上。这种复合药物利用 激素疗法和化学疗法来对乳腺癌进行治疗。到目前为止，这种复合药仅仅做了细胞测试，科学家 Mara J. V

13、icent、Ruth Duncan 以及他们的同事在威尔士加的夫大学将一种阻止雌性激素生物合成的激 素氨基苯乙哌啶酮和广泛用于治疗乳腺癌的药物阿霉素一起链接到 N-(2-羟丙基)丙烯酰胺聚合物骨架 上，这种链接药物与高分子化学键能够以不同的速度从聚合物骨架上定向释放药物。这种从高分子上 释放药物的方位在它们处于相同骨架上和不同骨架上是不同的。这种复合药物治疗乳腺癌在细胞组织 中比在试验中更显示药物活性，而病人对化学疗法有抗药性的聚 N-(2-羟丙基)丙烯酰胺阿霉素有更 高的药物活性。10. 美、德科学家研制出 “见光变形”新型塑料10美国和德国科学家 4 月 13 日说，他们第一次研制出了能在

14、不同波长光线下改变形状的塑料，它在 工业、医学等领域将可能具有广泛用途。 美国麻省理工学院和德国 GKSS 研究中心的这一成果，发表在 14 日出版的新一期自然杂志 上。研究人员介绍说，这一成果的基础是塑料的形状记忆效应，也就是塑料在一定温度下发生有限的 变形后，可由加热的方式使其恢复到变形前形状的特性。不过，他们首次使光的波长成为形状记忆效 应的发生条件。 研究人员说，他们在聚合物的网状分子结构上镶嵌了一些光敏分子团，形成所谓的“分子开关”。 然后，他们以外力拉伸这样形成的光敏塑料薄膜，同时使用特定波长的紫外线照射，这使得镶嵌了光 敏分子团的聚合物分子网互相交叉粘连起来。 当紫外线消失后，由

15、于分子网的粘连，塑料会维持在拉伸状态，但如果用另一种波长的光照射塑 料，在原先紫外线下形成的粘连就会破裂，使塑料变回原来的状态。研究人员说，除了拉长的状态， 用上述方法还可以制造其他各种形状的塑料。 比如，用两层光敏薄膜合成的塑料，当一面在特定波长的光照射和外力下发生变形，而另一面仍 然保持弹性，那么塑料就可以变成弧形甚至螺旋形，而这种弧形塑料在光信号照射下还能恢复成直的。参与研究的麻省理工学院教授罗伯特兰格强调，光敏塑料在工程、制造业、医学等领域有广泛的应用 前景。比如在不开胸的心血管手术中，可以将它制成塑料线探入血管，再用光纤传送一个特定波长的 触发信号，塑料线会“摇身一变”成为螺旋形，就

16、可以撑大血管内径。目前，科学家已开始研究新制成 的上述塑料的应用前景。11. 碳纤维和碳纳米管填充导电塑料11中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧美国威斯康星州 Premix 热塑性塑料公司是专门生产导电塑料配混料和抗静电塑料厂商。最近向市 场推碳纤维填充的导电塑料新系列产，PreElec，其中以 PA 和 PPS 为基体树脂的导电配混料中短碳纤 含量可高达 60。而以 PP、ABS、PC、POM 和聚砜等大部分其它塑料为基体树脂的导电配混料中碳 纤维最高含量为 40%，

17、Premix 公司新产品还有碳纳米管填充改性配混料。碳纳米管加入量仅为 3%， 便赋予材料一定的导热性和导电性。12. 低聚物分子导线12欧洲的一个研究小组将卟啉络锌通过对苯亚乙烯基低聚物(oPPV)链连接到一种球形物上制得一系 列小分子电子传导系统。由德国Madrids Complutense大学Martn N.等领导的研究小组设计了这种三聚 体分子并证明具有 共轭结构的低聚物能够表现出跟分子导线一样的性质。这种卟啉络锌片段位于分 子末端当有光或电子激发时担当电子的给体，分子的另一端担当电子受体。当分子处于基态时，分子 两端的片断之间没有电子的传导。当卟啉单元收到激发时电子才会从分子的一段传

18、导到另一端。 Martin说由于该分子具有光电转换功能，这是一个很好的光合成模拟实验。13. 美国开发出高效率燃料电池13美国研究人员在新一期网络版科学杂志上发表论文说，他们开发出了一种新的固体氧化物燃 料电池，在用碳氢化合物异辛烷作燃料时能源转换效率有望达到 50。 通常内燃机的能源转换效率不超过 15，现有氢燃料电池的效率是 29，最新混合动力汽车的效率也 不过 32，因而在能源供应紧张、油价高涨的今天，这一进展颇为引人关注。14. 常压燃料电池膜技术获新突破14近日，中国科学院大连化学物理研究所由张华民研究员领导的燃料电池核心部件膜电极三合一制 造技术研究取得新突破。 为解决高压运行的燃

19、料电池发动机因空压机功耗大、控制系统复杂等难点，大连化物所决定开发 常压质子交换膜燃料电池发动机。经过 3 个多月的攻关，该项目技术性能与美国戈尔公司相同，单电 池的最大功率密度达 0.52W/cm2，在 700mA/cm2时的工作电压为 0.64V，达到了国际先进水平。膜电 极三合一制造技术的突破将进一步提升我国燃料电池的整体水平。15. 新型塑料太阳电池在加问世15加拿大多伦多大学的研究人员日前发明了一种柔性塑料太阳电池。有关方面介绍说，这种电池比 目前以转换方式生产的类似电池的效率高 5 倍多。 该项目研究小组组长特德萨根特说，这种电池利用太阳发出的红外线产能，并能在布料、纸张 和其他材

20、料的表面形成一层柔性膜。这层柔性膜能够将 30的太阳能转换为可利用的电能。而目前使 用最好的塑料太阳电池仅能将 6的太阳能转换为电能。16. PolyChem 开发出一系列新型抗菌添加剂和塑料母粒16美国 Carolina 州北部的 PolyChem Alloy 有限公司（PCA）最近开发出一系列各种用途的抗菌添加 剂和塑料母粒。PolySept 塑料母粒即将投入市场，该系列材料含有 1050的抗菌添加剂。PCA 说 PolySept 产品能够抑制细菌和真菌滋生，其抗菌机理是利用其去除微生物细胞膜的离子成分实现的。 PAC 研究发现，细菌有这些成分储存能量，真菌用它们提供的能量传递能量。这些抗

21、菌剂和塑料母粒 可以用来添加到聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、PBT 等树脂中。该系列抗菌塑料母粒在 190400范围内性能稳定，从而可以在聚酰胺、聚碳酸酯以及聚酯等高温树脂体系中使用。该系列 抗菌母粒可以注模成型和挤出造粒。目前已经开发出三种产品。PolySept I 是一种有机抗菌剂（磷酸酯中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧复合材料），该产品由于活性成分的迁移使之表面始终保持杀菌活性，在活性成分含量在 1.53.0 范围内能够在温度高达 190加工处理。它可以作为

22、纯的活性液体或加工成塑料母粒出售，该产品达 到美国环保署的 43670-4 和 10445-40 条例要求；PolySept Z 是一种有机盐抗菌剂，在活性成分含量在0.20.5%范围内温度高达 200加工处理。它可以作为纯的活性粉体或做成聚烯烃、聚乙烯醇和聚苯 乙烯类母粒材料出售；PolySept Ag 是一种非迁移型无机抗菌剂，能够在活性成分含量 0.53.0%范围 内温度高达 500，它可以纯活性的粉体或加工成聚烯烃、聚苯乙烯和工程树脂母粒出售。所有这些 抗菌剂均低毒对环境友好。PolySept 系列产品可以用于医疗器械、消费品、厨房和浴室器具、涂料、 家具、被褥、纺织品、地毯等方面。1

23、7. 可鉴别转基因原料的包装薄膜17法国向市场推出两种使用普通聚氯乙烯(PVC)材料加工而成的新包装薄膜，用它可鉴定被包装食 品是否使用转基因原料。使用这种经特殊处理的包装用 PVC 薄膜，可鉴定其包装内容物如大豆油是否 由转基因大豆原料加工而成,即使对于只含 510%转基因成分的大豆食品,也能鉴定清楚。它主要用于 包装欧洲南部地区栽植的非转基因大豆，作为跟踪检查并保证其在流通过程中不能掺进转基因大豆原 料。18. 德国研制智能保鲜膜18食品保鲜是一门科学，保鲜膜的科技含量正在逐渐提高。目前，德国科研人员在开发不仅能够防 污，而且防光线照射和抗氧化功能越来越好的保鲜膜。将来这种保鲜膜有望在发生

24、破损或存储环境温 度过高时发出信号。 据德国商报日前报道，位于德国弗赖辛的包装研究所的专家，最近设计出了一种新式保鲜膜。 这种保鲜膜含有一种“清道夫指示器系统”，它不仅能捕获对食物保鲜不利的氧，而且能通过变色发 出“包装内氧含量过高”的信号。当存储环境温度上升时，保鲜膜内的信号物质会被激活，并显现出色 斑让人们知道食品在运输途中曾经历过温度过高的环境。 这种保鲜膜的另一个优点是，可以减少抗氧化剂等食品添加剂的使用。这个研究项目的负责人托 马斯万纳说，目前正开发的保鲜膜已能够防止玻璃或塑料器皿中的橙汁氧化，研究人员希望将来这种 新成果能用于更多种食品的保鲜。 德国莱沃库森的朗盛公司也开发了一种可

25、以防止食品氧化的保鲜膜。这是一种在生产时混入了只 有纳米厚的硅酸盐层的聚酰胺薄膜，其所含的硅酸盐层能使氧分子穿过保鲜膜的进程大大延长。当 空气湿度达 50左右时，这种保鲜膜的厚度还会自动增加到原有厚度的两倍。此外，为了抵挡光线照 射，还可以通过给新式保鲜膜染色来实现这一目的。19. 第一种 PLA 吹塑膜19Cargill Dow 公司是一家生产 PS 标签和外包装用吹塑膜的公司，通过改进工艺生产出了世界上第1 种聚乳酸(PLA)吹塑膜，具有优异的透明度、耐刮伤和耐死褶性能。公司的 Nature Works PLA 是玉米淀粉通过细菌发酵得到的。以前不敢相信低粘度的 PLA 适合挤出吹膜。公司

26、开发的单层 PLA 薄膜厚度在 25.476.2m，光润且消光，正在开发更厚的薄膜。20. 美国生物降解塑料需求将年平均增长13%20据美国 Freedonia 市场研究集团最新研究报告数据显示，2008 年前美国生物降解塑料将以年均 13的速率递增，2008 年总产值可达 4.3 亿美元。在土壤中可降解材料的市场将从现在的 88kt 增长为 2008 年的 130kt 以上。报告预计具有“最佳发展机会”的品种是聚乳酸(PLA)，其次为淀粉改性塑料 树脂。Freedoma 集团认为，由于聚酯类生物降解塑料价格下降，应用范围宽，加上其在薄膜和纤维领中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005

27、 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧域中的新应用，将是一种需求“增长性”的生物降解塑料品种。21. 玉米要在奥运会上显身手21据北京青年报报道，玉米经过加工处理后得到的高分子材料聚乳酸（PLA） ，可以充任纤维、塑料 等多种“角色”制造衣服、床单、窗帘、瓶子、盘子、包装袋、餐具、高尔夫球钉、光碟，甚至办 公室墙板等产品。 6 月 15 日由第 29 届奥运会科技委员会和北京市 2008 工程建设指挥部主办，北京新材料发展中心 和清华大学承办，在北京举行的“绿色材料与绿色奥运”国际研讨及展览会上，来自美国、欧洲、日本 和

28、国内的 30 多家知名企业，向人们展示了神奇的“绿色塑料”和“绿色建材”，让人大开眼界。记者不仅 亲眼见识了这些由玉米变身而来的“绿色制品”，而且还获悉，这些“绿色材料”有望为 2008 年北京奥运 会提供“绿色服务”。 如淀粉经过处理，可像塑料一样制成梳子、帽子、餐具、信用卡甚至注射器。玉米经过加工处理 后得到的高分子材料聚乳酸（PLA） ，可以充任纤维、塑料等多种“角色”。 “淀粉梳子”和普通塑料梳子 摸起来手感差不多，更有韧性，还不带静电。 “玉米被子”摸上去和棉被、鸭绒被一样蓬松柔软，而 “玉米衣服”则比普通衣服更有光泽，手感更柔和，据称也更透气更吸汗。 聚乳酸，已被国内外众多专家推荐

29、为“21 世纪的环境循环材料”，是一种极具发展潜质的生态性材 料。相比于传统塑料， “玉米纤维”能少用 50%石油原料和减少 40%温室气体排放，且仅需一个多月就 能在土壤中降解成肥料， “玉米塑料”和“玉米纤维”从根本上解决了让人头疼的“白色污染”问题。这种 从玉米中提取的聚合物将在价格和性能上直接与基于石油的塑料和聚酯纤维竞争。 在我国，生产聚乳酸的原料丰富，玉米等农作物可以说是取之不尽的可再生资源。据统计，我国 每年有 7 亿多吨作物秸秆，相当于农田生物量的 70%或 3.5 亿吨标煤没有很好利用，其中 2 亿吨被就 地焚烧，污染大气；每年有 1000 多万公顷农田因覆盖石油基塑料地膜而

30、导致土壤肥力衰退。 英荷皇家壳牌石油公司估计，21 世纪前 50 年，生物质材料将提供世界化学品和燃料的 30%，世 界市场份额达到 1500 亿美元。 今日美国更预言：“玉米等农田作物有可能逐渐取代石油成为获得从 燃料到塑料的所有物质的来源， 黑金也许会被绿金所取代。 ” 如今，由玉米等植物制得的高分子材料聚乳酸正日益受到人们青睐。国外一些商业嗅觉敏锐的公 司，已发展出一系列生产工艺，开始利用聚乳酸大规模生产从 T 恤、袜子，到玩具、奶瓶、餐具，乃 至汽车零部件等各种产品。今天，由玉米等植物制成的聚乳酸，可制成塑料和纤维制品，在服装、土 木、建筑物、农林业、水产业、造纸业、卫生医疗和家庭用品

31、等行业得到广泛应用。 在 2002 年盐湖城冬季运动会，可口可乐公司使用聚乳酸制造了冷饮包装品。刚刚在日本爱知举办 的世博会更是大量采用了聚乳酸制品，共计 2000 多万个一次性餐具、100 多万个多次使用型餐具，还 使用了大约 80 万个由生物材料制成的可分解回收塑料垃圾袋，厨房垃圾用这种垃圾袋可无需打开袋子 直接填埋，这些植物性原料制成的一次性餐具和垃圾袋等使用后都可分解作为农田肥料。此外，大量 的旗帜、指示牌、遮阳棚、墙壁等等，也都是由可分解的聚乳酸制成。而意大利足球队最近已开始穿 着“玉米球衣”进行比赛了。 为体现“绿色奥运”理念，2008 年北京奥运会主体工程、临时设施、临时场地均要

32、应用绿色材料和 技术，奥林匹克中心区、奥运村国际区更要成为重点示范。 鉴于奥运会将大量使用餐具、水杯、包装袋、门票、临时座椅、比赛服等多种一次性用品，清华 大学生物科学与技术系陈国强教授在研讨会上建议，北京奥运会可借鉴国外经验，大量采用玉米等制 成的“绿色塑料”来生产上述一次性用品，将环境污染降低到最小。22. 一种新型可降解、记忆型眼科用高分子材料22由于发明出了一种新型记忆型高分子材料，眼科手术能够变得简单得多。这种高分子材料能够保中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧

33、持原有形状不变，在加热的情况下又能快速恢复到原来的结构。 德国的Teltow化学研究所的Andreas Lendlein和他的同事首次报道他们制备出一种无定型生物可降解性记忆型高分子网状材料。Lendlein 想将这种记忆型聚酯氨基甲酸乙酯网状物输入眼中，这种材料能够被临时压缩，然后很容易地滑进 小切口里面，一旦进入人体，它会恢复医学上相关的形状，并永远保持形状不变，这样没有必要进行 第二次手术摘除这种可生物降解植入材料，由于Teltow小组研究出的这种高分子材料是完全无定型的， 它比以前报道的半晶型可生物降解记忆型材料更容易水解，而且这种材料是透明的，因而吸引更多的 研究者研究它。23. 具

34、有抗菌性纳米填充剂23银的抗菌性能自古就为人们所熟知，当时古希腊和古罗马人利用银器皿盛放液体来防止其腐败变 质。现在其抗菌性的应用受到限制主要是由于它价格昂贵，但现在有一家公司销售一种价格具有竞争 性的用于一些聚合物和加工行业的纳米填料，其用量不多于 1%，极大地改变了价格结构。 NanoHorizons 公司目前正在开发跟聚合物相容性好的纳米金粉和纳米银粉，其面市价格估计在 100$/L400$/L,据说这个价格是其最新竞争产品价格的 90%。NanoHorizons 公司的业务总监 Hayes D. 声称，他们公司的产品是专门针对聚合物材料应用设计的。目前该公司已经成功开发出纳米金粉和纳

35、米银粉，其直径在 10nm90nm，可以用于聚乙烯、聚氨酯和聚酯，这些产品在期望的用量范围内不会 改变聚合物的粘性，对于现有聚合物的各种加工成型过程其相容性都很好。目前该公司的产品没有商 业化，预测 2006 年才会面市。将来这些产品的应用范围还会包括医疗器械、鞋类、衣物以及食品包装。24. 美国纳米技术研究人员发明高科技 “智能纺织品24据 Physorg 网 2005 年 5 月 25 日消息，美国北卡罗来纳州立大学和波多黎各大学的研究人员运用 新兴的纳米技术，将纳米层附着在天然纤维上，开发出一种“智能纺织品”，适用于军事安全和其他很 多广泛的领域。 这些纳米层的厚度仅为 20 纳米，由不

36、同种类的聚合体构成，能够对通过的物质进行控制，这一过 程被称为“选择性传输”。 北卡罗来纳州立大学的纺织工程、化学与科学系助理教授 Juan Hinestroza 指出：“这些纳米层都是 针对不同的化学物质量身定做的。在阻止芥子气、神经毒气、或工业化学制品通过的时候，可以允许 空气、水分的通过来保持面料的透气性。 ”由于该智能纺织品的原材料对化学毒剂具有吸引力，因此可 以有效的阻止化学毒剂的通过。 用这种面料制成的衣服可以起到高度可靠的保护作用。研究人员将数百个纳米层附着在纤维上， 而且不会影响衣服的舒适度和可用性。这一技术早已在半导体工业应用，但从未使用于纺织品领域。 纳米层通过静电力粘附在

37、天然纤维上，就跟磁体依靠电磁电荷来吸引和排斥其他物质的方式一样。Hinestroza 说：“这一智能纺织品技术有大量潜在的应用领域。比如，涂有关节炎药物的手套；具 有抗菌层、可防止伤口感染的军事制服；潜水艇舱位中的抗菌被褥，用于防止疾病传播；针对多种化 学和生物毒剂的防护衣。 ”其他用途还包括：涂有抗痒聚合高分子电解质的尿布、和涂有抗敏药物的卫 生纸。 该研究项目得到了美国纺织技术研究院的资助，最近还获得了来自北卡罗来纳州纳米技术筹划指 导委员会的拨款。最初的研究成果已发表在近期的纳米技术杂志上。25. 新型纳米材料填充剂25硫酸钡通常用作医用塑料的抗放射性填充剂，目前德国的Solvay Ba

38、rium Strontium GmbH公司利用中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧沉淀法制得1050nm的纳米颗粒。Solvay能够用于材料表面处理提高材料的分散性和树脂粘接。这种 球型纳米材料相对于传统的填充剂不仅能够提高材料的透明度，而且还能够提高材料的力学性能。例 如，添加2.5Solvay于环氧树脂中能够使其伸长率提高82，抗冲击强度提高73，以及拉伸强度提 高19，其拉伸和弯曲模量不变，弯曲强度下降7。Solvay研究者建议该产品于环氧树脂中的最大用 量为5，该

39、产品也在聚氨酯和丙烯酸类注塑产品中进行了尝试。这种填充剂的密度大约4 g/cc。26. Nanophase 开发出新的纳米材料26Nanophase技术公司准备将他们新近开发的NanoArc氧化锌产业化。NanoArc是一种利用等离子体 技术制备表面化学性能可严格控制的纳米材料新技术，目前该技术已经申请专利。NanoArc氧化锌是 一种无孔，分散性好，颗粒大小均一的单晶纳米材料。该公司声称，他们开发的这种纳米材料粒径小 于35nm，粒径分布范围窄、纯度高、分散性好。它也能够与许多材料掺杂制备电化学性能改进的材料。 这种材料粒径小，而且抗菌性能良好，透明度高。其用途包括：透明的紫外线防护材料、化

40、学催化剂、 化学吸附剂、具有优异的绝缘性能和机械性能的高分子复合材料、电子元件、抗菌材料以及特殊用途 的个人防护材料。Nanophase现在已经具备全年生产ISO 9001:2000质量标准的 NanoArc氧化锌的能力， 该公司去年已开发出NanoArc氧化锌产品。27. 纳米分散剂27Dyneon 最近正在开发出一系列“具有可控结构”烃类共聚物作为聚烯烃和熔融混合蒙脱土聚苯乙 烯纳米复合材料相容剂和偶联剂。Nelson 说，这些开发出的 CAM 添加剂能够提高纳米粘土分散性和 它同树脂基体的界面相互作用力。亲水性粘土和憎水性聚烯烃基体之间的不相容性导致了粘土的分散 性差，另外粘土层之间有强

41、烈的化学键相互作用，从而导致了粘土层在聚烯烃基体中分散困难。目前 用于粘土有机改性的诸如 MA 接枝聚烯烃共聚物能够降低粘土之间的相互作用力提高粘土的分散性。 它们的主要缺陷是添加剂的用量大才能达到效果。Dyneon 目前正在开发一系列更新更有效的含有氨基、 环氧基、羧酸酐以及羧基用于各种类型粘土改性的共聚物。比如，将含有 5%CAM 偶联剂、5%有机粘 土和 90%PP 材料的混合物利用双螺杆挤出成型，然后将该复合材料同利用相似方法制备的粘土复合 PP 材料和 5%马来酸酐/PP 共聚物进行比较。据报道，XRD 研究表明 CAM 纳米复合材料中粘土层之 间分散较好，用量较低（仅为 1%）。另

42、外添加 CAM 的复合材料模量比 MA-PP 复合材料模量增加 40%50%。28. 材料学家快速制备“纳米电缆28中国科技大学、合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）俞书宏教授领导的课题组，使用廉价材料、 简便操作成功制备出“纳米电缆”，为解决“血管机器人”等超微电子器件的连接难题提供了解决途径。 该成果发表在最近一期国际著名化学期刊美国化学会志上。 相关资料显示，自人类第一个晶体管问世以来，其尺寸每 18 个月减小一半。如今“奔四”芯片中的 晶体管尺寸仅 100 多纳米，预计到 2010 年将降至几十纳米。那么，这种超高密度集成线路的元件之间 用什么连接？还有人们津津乐道的“血管机器人”，可在

43、肉眼看不见的毛细血管中畅游驰骋，这种体型 小但本领大的微小仪器，又该用什么来连接？世界科学界一直在不遗余力攻克这道难题。 俞书宏介绍，包括国内很多科研机构以及全世界都在研发纳米电缆技术。其中同轴纳米电缆作为 一种新型纳米材料，其合成方法的探索一直备受关注。由于以往的合成路线往往需要高温、激光、碳 热还原等极其苛刻的条件，寻求经济、温和、操作简便的溶液合成方法，是该领域的研究热点。 经过一年多的研究，俞书宏研究小组发现聚乙烯醇（PVA）链在某一特定条件下出现“铰链”现象， 进而大量发展成一种柔软的银/PVA 纳米电缆；并提出了一种软硬模板协同生长的新机制，认为 PVA 对银纳米线的稳定效应和交联

44、 PVA 与其键联的二者协同作用，导致了纳米电缆的形成。 美国化中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧学会志审稿人认为：“这是一项极其重要和出色的研究工作，对材料化学和线型聚合物的交联具有重 要参考价值，为纳米电缆结构材料合成提供了一种有前途的途径。 ” 俞书宏介绍，此次制备的同轴纳米电缆，内芯是由银离子被还原后经自组装而形成的银纳米线， 外层“绝缘体”由交联聚乙烯醇(PVA)构成，一般情况下肉眼是看不见的，放大 250 倍后看起来像纠缠 在一起的头发丝，放大近万倍后，才和

45、普通电缆一般粗细。从截面看，纳米电缆的内外层是一个同心 圆，可以根据用途任意切断。另外随着合成技术的发展成熟，纳米电缆的芯可以用金、铜等其他金属 代替，从而可获得其它品种的纳米电缆。他说：“只要短短几个小时就可合成的这种纳米电缆，比传 统电缆线的运用领域更广。由于具有体积小、科技含量高的特点，必将在相关高科技领域获得重要应 用。 ”29. 纳米级片状玻璃粉末问世29英国Glassflake公司已经开发出纳米级玻璃薄片粉末(尺寸低于100nm),该材料的样品现在可以买到， 但是2005年11月才能进行批量生产。该项工作表明，较厚薄片粉末材料在一些应用领域中已经发挥了 良好作用，而超薄粉末在许多应

46、用领域就有其它更好的优点。Glassflake公司生产亚微米级薄片粉末已 经有一段时间，其投入市场的有750nm、500nm以及350nm级的产品。该公司现在说，他们目前可以生 产出低于100nm级的薄片粉末，主要是想将该产品用于热固性和热塑性聚合物和薄膜。Glassflake公司 生产的纳米级玻璃薄片粉末可以单独使用，也可以同粘土、硅土纳米薄片粉体甚至纤维一起使用。 Glassflake公司声称，该产品的优点是可提高材料的机械性能、耐化学腐蚀性以及提高材料的阻燃性。30. 用于热塑性塑料的纳米晶粒状碳化钛添加剂30英国Columbia州的Pacific Particulate Materia

47、ls公司扩大其用于树脂改性的碳化钛和稳定剂系列产品 业务量，根据该公司介绍，他们生产的这种稳定剂是一种含氟和热传导元素的耐高温树脂，能够更加 牢固地将诸如碳化钛之类无机添加剂跟任何聚合物连接在一起。碳化钛是一种坚硬的纳米晶粒状添加 剂，具有很好的高温抗冲击性能和抗磨损性能。Pacific Particulate声称，它已经成功用于金属或陶瓷工 具、耐磨损器具等，使这些材料具有优良的性能和较好的耐摩损性。这种70碳化钛的稳定剂和碳化 钛一起添加到非增强或增强树脂中，能够极大地提高复合材料在苛刻工业环境下的使用寿命，该复合 材料在较高温度下的尺寸稳定性和抗蠕变性能提高了。碳化钛也能够极大降低材料的

48、磨擦系数和提高 材料的耐磨损性。碳化钛增强树脂主要用于油田、炼油厂、交通工具、耐用设备、材料处理、涡轮机、 装配线、传送工具以及化工设备上。31. 新型超强抗震无机纳米填充材料WS2和 MoS231 无机填充剂WS2和MoS2是封闭式笼状多层结构的纳米颗粒。这两种材料是利用它们相应的三氧化 物薄膜硫化首次制备成功，这种层状的无机填充材料由两层硫原子中间夹一金属层结构组成，比石墨 的结构还要复杂。在这种笼状结构颗粒的动态抗压实验过程中，用单向振动波对该材料施加到 30GPa，得到结果首次证实，该材料是一种超强抗震材料，因为它们的笼状结构具有优异抗震性能。 这些纳米结构的无机填料能够抗大约25GP

49、a的压力表明，这些无机填料可能是当前所知的最坚韧的笼 状分子结构材料。其性能比所有的碳元素构成的笼状材料性能都优越。因而它们有可能用于承受巨大 的荷载的润滑剂。32. 提高膜表面光滑性的涂膜技术32Techni-Met 公司最近开发出一种新型涂膜技术，该技术可以根据需要使涂覆的膜表面更加光滑， 以提高产品的性能。其工作原理是利用真空溅射技术将丙烯酸单体喷射到薄膜表面，从而形成一层丙 烯酸聚合物膜，丙烯酸通过交联键合到薄膜上。该技术可以用于处理聚酯膜、聚乙烯萘酸酯、聚氯乙中国塑加工工业协会专家委员会成立大会暨 2005 年塑料新材料、新技术国际研讨会论文集2005 年塑料新材料、新技术发展概况之一纳米技术与功能高分子材料 王德禧稀以及聚酰亚胺膜等，应用的领域有医学、制药、电子产业、汽车行业以及太阳能电池方面。该技术 能够赋予材料更好的亲水性、吸附氧能力以及较好的光学性能。据说被处理的材料可以是薄而价廉的 膜材料。某些