單壁碳納米管有望應(yīng)用于輪胎業(yè)
與炭黑和白炭黑等常用輪胎補(bǔ)強(qiáng)劑相比，單壁碳納米管具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此，用它來(lái)研究更安全、更環(huán)保輪胎的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目越來(lái)越多。胎面磨損，各種納米顆粒可能釋放到大氣中，引起了輪胎行業(yè)對(duì)環(huán)境方面的關(guān)切。奧克賽爾公司（OCSiAl）是世界上最大的單壁碳納米管生產(chǎn)商，其率先模擬試驗(yàn)了納米管補(bǔ)強(qiáng)輪胎的磨損情況。
單壁碳納米管，是呈卷狀結(jié)構(gòu)的單層石墨烯,所以也稱為石墨烯納米管，其獨(dú)特的物理特性使其成為通用添加劑，在全球材料市場(chǎng)中有高達(dá)50%的潛在應(yīng)用。盡管單壁碳納米管和多壁碳納米管的名稱相似，但它們的性質(zhì)和對(duì)材料的影響卻不一樣，類似單層石墨烯（單層碳原子）和石墨（多層碳原子）的區(qū)別。
2013年，OCSiAl研發(fā)了首個(gè)工業(yè)合成單壁碳納米管的技術(shù)。TUBALL™是全球市場(chǎng)上首個(gè)大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)的單壁碳納米管品牌。單壁碳納米管的工業(yè)化生產(chǎn)大大降低了其價(jià)格，使其在許多行業(yè)的應(yīng)用具有經(jīng)濟(jì)可行性。
TUBALL™單壁碳納米管，對(duì)其他材料性能的改善能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了現(xiàn)有的其他炭材料。單壁碳納米管分布在材料基體中，形成三維增強(qiáng)和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這就是大幅提升性能的機(jī)理。單壁碳納米管的特有的形態(tài)和特性使以其極小添加量構(gòu)成三維導(dǎo)電增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)。不同于其他導(dǎo)電和增強(qiáng)添加劑，TUBALL™單壁碳納米管對(duì)材料的原始顏色和其他關(guān)鍵性能影響較小。
該試驗(yàn)是在阿克隆橡膠開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室（ARDL）設(shè)在美國(guó)俄亥俄州克利夫蘭的卡爾思潘（Calspan）檢測(cè)中心進(jìn)行的。奧克賽爾公司主管健康與安全事務(wù)的首席經(jīng)理岡瑟·范·科爾霍夫（Gunther Van Kerckhove）表示：“我們已把奧克賽爾公司生產(chǎn)的商品名為“TUBALL”的單壁納米管混配到胎面膠中，以檢測(cè)這種納米粒子釋放到大氣環(huán)境中的可能性，因?yàn)檩喬サ奶ッ媸窃谄囆旭傔^(guò)程中受到磨損的主要部位。這家獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室可捕捉到任何可能釋放出的氣溶膠，并特別采用拉曼光譜儀來(lái)定量檢測(cè)大氣中的顆粒物，只發(fā)現(xiàn)橡膠基質(zhì)中嵌入納米管的膠料顆粒，沒(méi)有觀測(cè)到游離狀態(tài)的TUBALL納米管。
所進(jìn)行的這種測(cè)試結(jié)果，再次驗(yàn)證了歐洲領(lǐng)先的獨(dú)立技術(shù)研究機(jī)構(gòu)——法蘭德斯技術(shù)研究院（VITO，它是歐洲清潔技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域領(lǐng)先的獨(dú)立研究和技術(shù)機(jī)構(gòu),主要從事可持續(xù)材料、化學(xué)、能源、健康和土地資源利用等五方面的技術(shù)研發(fā)工作,為應(yīng)對(duì)今日重大社會(huì)挑戰(zhàn)提供綜合解決方案）在2017年對(duì)單壁碳納米管補(bǔ)強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯和彈性體樣品進(jìn)行磨耗試驗(yàn)得出的結(jié)論。泰伯磨耗試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試結(jié)果顯示，在試驗(yàn)過(guò)程中釋放出的氣溶膠顆粒物中沒(méi)有游離存在的或露出狀的納米管。其原因在于，這些單壁碳納米管，是一種長(zhǎng)徑比為3000:1的超柔性材料，它與橡膠具有較高的結(jié)合強(qiáng)度以及獨(dú)特的形態(tài)。
奧克賽爾公司主管彈性體開(kāi)發(fā)與業(yè)務(wù)支持部門負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)·尼古拉斯·赫爾特（Jean Nicolas Helt）表示“用各種材料樣品進(jìn)行顆粒物釋放監(jiān)測(cè)研究，對(duì)輪胎行業(yè)來(lái)說(shuō)是不夠的。我們想驗(yàn)證一下，一條胎面膠中混配有納米管的真實(shí)輪胎在類似路面磨耗的條件下的氣溶膠顆粒物的釋放情況，以檢測(cè)對(duì)人類健康和環(huán)境的潛在影響。在確認(rèn)輪胎在使用過(guò)程中沒(méi)有釋放出單壁碳納米管之后，下一步將要驗(yàn)證在輪胎回收利用過(guò)程中也不存在這種釋放問(wèn)題。
單壁碳納米管是目前唯一的市場(chǎng)解決方案，使輪胎行業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)期待已久的技術(shù)突破：提高道路耐久性和安全性，降低能源消耗，從而節(jié)省成本并降低二氧化碳排放對(duì)環(huán)境的影響。
結(jié)論
阿克隆橡膠開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)含單壁碳納米管補(bǔ)強(qiáng)胎面膠的輪胎進(jìn)行加速磨耗和操縱性模擬試驗(yàn)。從大氣中捕獲的顆粒物分析結(jié)果顯示，沒(méi)有游離存在的納米管。在模擬輪胎生命周期的過(guò)程中，大氣中沒(méi)有氣溶膠狀的納米管，這為單壁碳納米管的大規(guī)模使用敞開(kāi)了大門，單壁碳納米管用于輪胎膠料，具有公認(rèn)的優(yōu)勢(shì)：提高了輪胎的安全性和耐用性，降低了車輛的能源消耗和二氧化碳排放。
孫靜文 編譯自《Eropean Rubber Journal》,17 Oct 2023
