单壁碳纳米管有望应用于轮胎业

与炭黑和白炭黑等常用轮胎补强剂相比，单壁碳纳米管具有独特的优势。因此，用它来研究更安全、更环保轮胎的开发项目越来越多。胎面磨损，各种纳米颗粒可能释放到大气中，引起了轮胎行业对环境方面的关切。奥克赛尔公司（OCSiAl）是世界上最大的单壁碳纳米管生产商，其率先模拟试验了纳米管补强轮胎的磨损情况。

单壁碳纳米管，是呈卷状结构的单层石墨烯,所以也称为石墨烯纳米管，其独特的物理特性使其成为通用添加剂，在全球材料市场中有高达50%的潜在应用。尽管单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的名称相似，但它们的性质和对材料的影响却不一样，类似单层石墨烯（单层碳原子）和石墨（多层碳原子）的区别。

2013年，OCSiAl研发了首个工业合成单壁碳纳米管的技术。TUBALL™是全球市场上首个大规模应用于工业的单壁碳纳米管品牌。单壁碳纳米管的工业化生产大大降低了其价格，使其在许多行业的应用具有经济可行性。

TUBALL™单壁碳纳米管，对其他材料性能的改善能力也远远超越了现有的其他炭材料。单壁碳纳米管分布在材料基体中，形成三维增强和导电网络，这就是大幅提升性能的机理。单壁碳纳米管的特有的形态和特性使以其极小添加量构成三维导电增强网络。不同于其他导电和增强添加剂，TUBALL™单壁碳纳米管对材料的原始颜色和其他关键性能影响较小。

该试验是在阿克隆橡胶开发实验室（ARDL）设在美国俄亥俄州克利夫兰的卡尔思潘（Calspan）检测中心进行的。奥克赛尔公司主管健康与安全事务的首席经理冈瑟·范·科尔霍夫（Gunther Van Kerckhove）表示：“我们已把奥克赛尔公司生产的商品名为“TUBALL”的单壁纳米管混配到胎面胶中，以检测这种纳米粒子释放到大气环境中的可能性，因为轮胎的胎面是在汽车行驶过程中受到磨损的主要部位。这家独立的实验室可捕捉到任何可能释放出的气溶胶，并特别采用拉曼光谱仪来定量检测大气中的颗粒物，只发现橡胶基质中嵌入纳米管的胶料颗粒，没有观测到游离状态的TUBALL纳米管。

所进行的这种测试结果，再次验证了欧洲领先的独立技术研究机构——法兰德斯技术研究院（VITO，它是欧洲清洁技术和可持续发展领域领先的独立研究和技术机构,主要从事可持续材料、化学、能源、健康和土地资源利用等五方面的技术研发工作,为应对今日重大社会挑战提供综合解决方案）在2017年对单壁碳纳米管补强的环氧树脂、聚乙烯和弹性体样品进行磨耗试验得出的结论。泰伯磨耗试验机的测试结果显示，在试验过程中释放出的气溶胶颗粒物中没有游离存在的或露出状的纳米管。其原因在于，这些单壁碳纳米管，是一种长径比为3000:1的超柔性材料，它与橡胶具有较高的结合强度以及独特的形态。

奥克赛尔公司主管弹性体开发与业务支持部门负责人简·尼古拉斯·赫尔特（Jean Nicolas Helt）表示“用各种材料样品进行颗粒物释放监测研究，对轮胎行业来说是不够的。我们想验证一下，一条胎面胶中混配有纳米管的真实轮胎在类似路面磨耗的条件下的气溶胶颗粒物的释放情况，以检测对人类健康和环境的潜在影响。在确认轮胎在使用过程中没有释放出单壁碳纳米管之后，下一步将要验证在轮胎回收利用过程中也不存在这种释放问题。

单壁碳纳米管是目前唯一的市场解决方案，使轮胎行业能够实现期待已久的技术突破：提高道路耐久性和安全性，降低能源消耗，从而节省成本并降低二氧化碳排放对环境的影响。

结论

阿克隆橡胶开发实验室，对含单壁碳纳米管补强胎面胶的轮胎进行加速磨耗和操纵性模拟试验。从大气中捕获的颗粒物分析结果显示，没有游离存在的纳米管。在模拟轮胎生命周期的过程中，大气中没有气溶胶状的纳米管，这为单壁碳纳米管的大规模使用敞开了大门，单壁碳纳米管用于轮胎胶料，具有公认的优势：提高了轮胎的安全性和耐用性，降低了车辆的能源消耗和二氧化碳排放。

孙静文 编译自《Eropean Rubber Journal》,17 Oct 2023