先鋒引領(lǐng) | 蔣焱:以石墨烯“黑科技”引領(lǐng)化纖行業(yè)華麗升級 |
本刊記者-郭春花
近期,華為繼在Mate20X首次應用石墨烯薄膜之后,又發(fā)布了國內首款搭載了超厚 3D 石墨烯散熱技術(shù)的平板MatePadPro5G,如同在一片剛剛沉寂的湖面上,投下了一枚石子,激起了大家對石墨烯的重新關(guān)注。 蔣焱 石墨烯被稱(chēng)為21世紀最具顛覆性的新材料,自2004年由英國曼徹斯特大學(xué)安德烈·海姆教授和康斯坦丁·諾沃肖洛夫博士成功制備出以來(lái),通過(guò)各項研發(fā)顯示出其廣泛的應用前景。尤其是2017年前,眾多領(lǐng)域的企業(yè)把石墨烯這個(gè)“黑科技”概念用到了極致,但總體來(lái)看,炒作亂象多,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程慢,終端應用成果少。 大浪淘沙沉者為金,經(jīng)過(guò)幾年的積淀,石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加理性,也涌現出眾多科技成果,由常州恒利寶納米新材料科技有限公司自主研發(fā)的石墨烯原位聚合錦綸6技術(shù)就是其中的代表之一。該技術(shù)屬于世界獨創(chuàng ),擁有完全的自主知識產(chǎn)權。中國工程院院士干勇曾評價(jià)該技術(shù):在石墨烯產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展瓶頸的時(shí)期,石墨烯原位聚合錦綸6技術(shù)讓人眼前一亮,讓我們對石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了更大的信心。 石墨烯自2004年被成功制備出來(lái)后,得到了眾多領(lǐng)域的關(guān)注。恒利寶所在的常州市就專(zhuān)門(mén)建設了常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園重點(diǎn)發(fā)展石墨烯、碳纖維等新型材料,集聚了大量以石墨烯為代表的先進(jìn)碳材料產(chǎn)業(yè)項目。到2018年底,園區引進(jìn)了各類(lèi)石墨烯相關(guān)企業(yè)150多家,形成了覆蓋制造裝備、原材料制備和下游應用于一體的較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈。與此同時(shí),全國各地掀起了石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱潮,很快就覆蓋到全國30多個(gè)省市,形成了京津冀、長(cháng)三角、珠三角等多個(gè)石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展區域,石墨烯企業(yè)、人才資源分布在全國各地。 紡織領(lǐng)域也一樣,很多企業(yè)先后推出一系列與石墨烯相關(guān)的紡織品。一直專(zhuān)注研究高分子材料的蔣焱也在默默關(guān)注這一材料的進(jìn)展,大大小小有關(guān)石墨烯的會(huì )議、論壇,他都非常關(guān)注,一有機會(huì )就與國內外的石墨烯材料專(zhuān)業(yè)人士交流?!爱敃r(shí),大家對石墨烯的認知度都不太高,比如將石墨烯應用于紡織品,能夠賦予紡織品什么功能?另外石墨烯作為一種新型材料,它的生物安全性是怎么樣的?人體穿著(zhù)含有石墨烯的服裝后,石墨烯作為一個(gè)納米級材料,是否會(huì )滲透到人體皮膚中?如何做到石墨烯不流失?洗滌后是否會(huì )流入水體,是否會(huì )造成水資源污染?” 蔣焱介紹說(shuō):“當時(shí)石墨烯在紡織品領(lǐng)域的應用,一般都是采用物理共混的方式,但這樣生產(chǎn)出來(lái)的石墨烯纖維在后續紡絲、染整、洗滌等工序中容易流失脫落,且染色也會(huì )受到限制?!痹谠絹?lái)越強調健康生活的當下,石墨烯的一系列生物安全問(wèn)題,仿佛給行業(yè)敲了一記警鐘:不能盲目發(fā)展石墨烯。此后眾多企業(yè)在石墨烯相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)方面漸漸降溫,尋求更理性的發(fā)展。 而蔣焱憑借對高分子材料聚合的經(jīng)驗敏銳地想到,如果把石墨烯接枝到基體材料中,讓石墨烯和基體材料長(cháng)在一起,成為一個(gè)整體,是不是可以解決這樣的問(wèn)題?有了這樣的想法后,他與團隊于2014年開(kāi)始著(zhù)手研究石墨烯及產(chǎn)品開(kāi)發(fā),2015年開(kāi)發(fā)出了石墨烯原位聚合錦綸6產(chǎn)品,并在生物安全性方面通過(guò)了SGS檢測,檢測結果表明石墨烯原位聚合錦綸6產(chǎn)品中石墨烯安全無(wú)滲出,對皮膚無(wú)刺激性,對人體安全無(wú)害。 之后,恒利寶先后突破小尺寸紡絲級功能化石墨烯的制備技術(shù)、石墨烯原位聚合錦綸6間歇聚合技術(shù)、石墨烯原位聚合錦綸6 連續聚合技術(shù)、石墨烯原位聚合錦綸6 纖維加工成型工藝等核心技術(shù)難點(diǎn),并于2019年12月建成全球首條石墨烯原位聚合錦綸6連續聚合生產(chǎn)線(xiàn),而且一次性開(kāi)車(chē)成功,在行業(yè)內引起不小的轟動(dòng),年產(chǎn)能可達5000噸,成功突破了功能化石墨烯及石墨烯原位聚合錦綸6產(chǎn)業(yè)化制備關(guān)鍵技術(shù),目前已能夠產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)石墨烯原位聚合PA6切片,并能規?;咚偌徑z生產(chǎn)POY、DTY、FDY,并推出了“烯納斯”這一石墨烯改性錦綸6纖維的唯一認證品牌。 恒利寶納米新材料科技有限公司自主研發(fā)的石墨烯原位聚合錦綸6技術(shù)屬于世界獨創(chuàng ),擁有完全的自主知識產(chǎn)權 項目核心技術(shù)通過(guò)中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì )組織的科學(xué)技術(shù)成果鑒定,獲國際先進(jìn)技術(shù)評價(jià),申請18項發(fā)明專(zhuān)利,其中11項已授權。2017年,石墨烯發(fā)現者、諾貝爾獎獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫造訪(fǎng)恒利寶科技,對石墨烯原位聚合錦綸6纖維產(chǎn)品給予高度評價(jià);2019年8月中國工程院院士干勇、蔣士成參觀(guān)恒利寶科技生產(chǎn)基地江蘇江山紅化纖有限責任公司,評價(jià)說(shuō)該項目是一個(gè)顛覆性的突破。 目前市場(chǎng)上各種石墨烯應用產(chǎn)品層出不窮、百花齊放,其中很多產(chǎn)品是通過(guò)物理添加石墨烯對傳統材料進(jìn)行改性或者努力替代已經(jīng)成熟的材料,但經(jīng)過(guò)改性后的材料性能提升并不明顯,有的純粹是為了博取消費者眼球而添加石墨烯,混淆消費者視聽(tīng),個(gè)別甚至在添加之后出現不良后果,難以得到市場(chǎng)認可。 在蔣焱看來(lái),一種新型材料的應用,首要的功能就是提升原有基體材料的優(yōu)異性能,不能為了賺取噱頭而誤導消費者?!靶滦筒牧系奶砑硬⒉辉诙嗌?,而在于使用什么樣的技術(shù)能讓基體材料的性能達到最好?!笔Y焱介紹,石墨烯原位聚合錦綸6技術(shù)的關(guān)鍵在于將石墨烯上的官能團與錦綸6形成化學(xué)鍵結合,從而提升錦綸6的物理性能,同時(shí)賦予錦綸6其他功能性。為此,項目的技術(shù)路線(xiàn)也很獨特:天然鱗片石墨通過(guò)氧化、插層、剝離等工序制成氧化石墨,然后制成功能化改性石墨烯,利用石墨烯上的官能團與錦綸6接枝,不僅實(shí)現了功能化石墨烯與錦綸高分子鏈的化學(xué)鍵結合,極大降低了石墨烯的添加量,使得石墨烯在聚合過(guò)程中得以充分分散及原位接枝,也從根本上解決了石墨烯纖維產(chǎn)品的可紡性和在后續紡絲、染整、洗滌等工序中的流失問(wèn)題。 目前市場(chǎng)上商業(yè)化的石墨烯產(chǎn)品普遍存在尺寸和層數不均勻、實(shí)際數值遠低于理論值、成本高等問(wèn)題,一些石墨烯產(chǎn)品中表面不含有任何基團,與其他介質(zhì)的相互作用較弱,更難與其他有機或無(wú)機材料均勻地復合,無(wú)法真正體現石墨烯的各種優(yōu)異性能。 而恒利寶這項具有自主知識產(chǎn)權的石墨烯原位聚合錦綸6技術(shù)則解決了這個(gè)核心問(wèn)題,一是通過(guò)精確計算實(shí)現了石墨烯片徑、層數精細化控制,對石墨烯表面的多種功能基團實(shí)現可控修飾;二是功能性石墨烯宏量制備技術(shù)實(shí)現了穩定可控的工業(yè)化生產(chǎn);三是研究出了石墨烯在線(xiàn)分散技術(shù)、原位聚合工藝、連續聚合生產(chǎn)設備。 在恒利寶石墨烯原位聚合錦綸6項目的團隊中,有院士、教授、博士、碩士,其中不乏數學(xué)工程領(lǐng)域的專(zhuān)家,“因為我們需要反復計算得出最合適的石墨烯官能團,從而決定石墨烯的添加量?!笔Y焱自信地說(shuō),每一條生產(chǎn)線(xiàn)上石墨烯有多少官能團他心里都非常清楚,因為實(shí)際生產(chǎn)數據與他們計算出的理論數據幾乎完全吻合。 這份自信來(lái)源于蔣焱和他的團隊對石墨烯結構和機理深入透徹的研究?!暗乾F在行業(yè)中幾乎很少有人關(guān)注機理的研究,恒利寶希望通過(guò)這樣的研究疏通渠道,擴大石墨烯材料的應用范圍,讓石墨烯的價(jià)值更好地發(fā)揮出來(lái)?!笔Y焱表示。 功夫不負有心人,多年的付出也讓恒利寶收獲了很多。憑借對石墨烯深入的研究,恒利寶先后被列為中國材料研究學(xué)會(huì )纖維材料改性與復合技術(shù)分會(huì )常務(wù)理事單位、江蘇省新材料協(xié)會(huì )常務(wù)理事單位、江蘇省石墨烯創(chuàng )新聯(lián)盟理事單位、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì )“石墨烯改性聚酰胺6纖維”技術(shù)創(chuàng )新中心,先后獲得第21屆中國“專(zhuān)利獎”優(yōu)秀獎、中國紡織行業(yè)“專(zhuān)利獎”優(yōu)秀獎、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì )“科學(xué)技術(shù)獎”三等獎、中國國際先進(jìn)碳材料創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽年度十強、第二屆國際碳材料大會(huì )“新銳成長(cháng)企業(yè)”獎。 石墨烯有很多優(yōu)異性能,對很多人來(lái)說(shuō),運用石墨烯是標榜自家產(chǎn)品高附加值的一個(gè)標簽,但蔣焱始終認為,更應該強調將石墨烯應用在紡織品中,能給紡織品帶來(lái)什么樣的價(jià)值?!笆袌?chǎng)上太多以石墨烯為噱頭宣傳的產(chǎn)品,在一定程度上擾亂了市場(chǎng),也誤導了消費者。我們現在就是想改變這種思維,用實(shí)際行動(dòng)、用產(chǎn)品數據來(lái)證實(shí)石墨烯賦予我們產(chǎn)品的真實(shí)性?!?/font> “比如石墨烯原位聚合錦綸6對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌3類(lèi)病菌的抑菌率基本可以做到99%,對肺炎克雷伯氏菌抑制率可以達到91%,且無(wú)溶出性。同時(shí),它也具有較強的防螨效果,對螨蟲(chóng)的抑制率能達到90%(標準為≥60%)?!笔Y焱介紹,該纖維的負離子功能也很突出,其負離子發(fā)生量能達到616個(gè)/立方厘米。同時(shí),該纖維的耐磨性能是同等規格常規錦綸的3倍以上,這是其他材料改性無(wú)法獲得的性能,得到了專(zhuān)家的高度贊賞。 由于本身具有的物理特性,石墨烯染色成為了行業(yè)一大難題,而石墨烯原位聚合錦綸6纖維則打破了消費者對石墨烯纖維一直以來(lái)的“黑色”和“灰色”的色彩認知局限,形成了獨特的染色體系。 憑借優(yōu)良的數據表現,“烯納斯”品牌先后入選2017/18、2018/19、2020/21年度中國纖維流行趨勢,被中國化學(xué)纖維工業(yè)協(xié)會(huì )授予2019年度新產(chǎn)品研發(fā)及推廣創(chuàng )新企業(yè)獎。目前,恒利寶已與錦江科技等多家下游行業(yè)龍頭企業(yè)達成了合作,由石墨烯錦綸6所紡的長(cháng)纖、短纖及紗線(xiàn)已用于抗靜電、抗菌抑菌、遠紅外、負離子等功能性面料,廣泛用于戶(hù)外運動(dòng)、健身、孕嬰服裝、家紡以及其他工業(yè)領(lǐng)域。 談及未來(lái)的發(fā)展,蔣焱介紹,今年新冠疫情爆發(fā)催生了對抗菌抑菌功能性紡織品的需求,此外隨著(zhù)人們生活水平的提高,對運動(dòng)類(lèi)、戶(hù)外類(lèi)服裝的功能性要求也逐漸提高,而石墨烯這個(gè)“黑科技”材料擁有無(wú)限的優(yōu)異性能,應該發(fā)揮它的價(jià)值為人們創(chuàng )造新生活。為此,恒利寶將把原位聚合技術(shù)繼續拓寬到其他領(lǐng)域,比如目前應用到了滌綸行業(yè)中,近期將會(huì )進(jìn)行投產(chǎn)。 “恒利寶希望通過(guò)這樣的技術(shù)給傳統化纖行業(yè)帶來(lái)新的突破,引領(lǐng)行業(yè)完美升級?!笔Y焱表示,后續會(huì )在石墨烯新材料領(lǐng)域加大研發(fā)力度,加強和國內外科研院所合作,通過(guò)建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和院士工作站來(lái)推動(dòng)紡織行業(yè)轉型升級。 |
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