郭春花

石墨烯被稱為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，通過各項研發(fā)顯示出其廣泛的應用前景。尤其是2017年前，眾多領域的企業(yè)把石墨烯這個“黑科技”概念用到了極致，但總體來看，炒作亂象多，產(chǎn)業(yè)化進程慢，終端應用成果少。

大浪淘沙沉者為金，經(jīng)過幾年的積淀，石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展更加理性，也涌現(xiàn)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技術就是其中的代表之一。該技術屬于世界獨創(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該技術：在石墨烯產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展瓶頸的時期，石墨烯原位聚合錦綸6技術讓人眼前一亮，讓我們對石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了更大的信心。

常州恒利寶納米新材料科技有限公司董事長、石墨烯原位聚合錦綸6技術創(chuàng)始人蔣焱是個沉靜內(nèi)斂的人，但談到石墨烯相關材料產(chǎn)業(yè)卻是滔滔不絕。從他對石墨烯相關產(chǎn)業(yè)的介紹中，不難看出他對如何運用新型材料帶動傳統(tǒng)紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級有著獨到的見解，而這樣的見解對未來行業(yè)發(fā)展而言，就像一座海上燈塔。

原位聚合技術破解行業(yè)難題

石墨烯自2004年被成功制備出來后，得到了眾多領域的關注。恒利寶所在的常州市就專門建設了常州西太湖科技產(chǎn)業(yè)園重點發(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碳材料產(chǎn)業(yè)項目。到2018年底，園區(qū)引進了各類石墨烯相關企業(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，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多個省市，形成了京津冀、長三角、珠三角等多個石墨烯產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)域，石墨烯企業(yè)、人才資源分布在全國各地。

紡織領域也一樣，很多企業(yè)先后推出一系列與石墨烯相關的紡織品。一直專注研究高分子材料的蔣焱也在默默關注這一材料的進展，大大小小有關石墨烯的會議、論壇，他都非常關注，一有機會就與國內(nèi)外的石墨烯材料專業(yè)人士交流?！爱敃r，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？人體穿著含有石墨烯的服裝后，石墨烯作為一個納米級材料，是否會滲透到人體皮膚中？如何做到石墨烯不流失？洗滌后是否會流入水體，是否會造成水資源污染？”

蔣焱介紹說：“當時石墨烯在紡織品領域的應用，一般都是采用物理共混的方式，但這樣生產(chǎn)出來的石墨烯纖維在后續(xù)紡絲、染整、洗滌等工序中容易流失脫落，且染色也會受到限制。”在越來越強調(diào)健康生活的當下，石墨烯的一系列生物安全問題，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在一起，成為一個整體，是不是可以解決這樣的問題？有了這樣的想法后，他與團隊于2014年開始著手研究石墨烯及產(chǎn)品開發(fā)，2015年開發(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)品中石墨烯安全無滲出，對皮膚無刺激性，對人體安全無害。

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、石墨烯原位聚合錦綸6間歇聚合技術、石墨烯原位聚合錦綸6 連續(xù)聚合技術、石墨烯原位聚合錦綸6 纖維加工成型工藝等核心技術難點，并于2019年12月建成全球首條石墨烯原位聚合錦綸6連續(xù)聚合生產(chǎn)線，而且一次性開車成功，在行業(yè)內(nèi)引起不小的轟動，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)化制備關鍵技術，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(guī)?；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。

項目核心技術通過中國紡織工業(yè)聯(lián)合會組織的科學技術成果鑒定，獲國際先進技術評價，申請18項發(fā)明專利，其中11項已授權。2017年，石墨烯發(fā)現(xiàn)者、諾貝爾獎獲得者康斯坦丁·諾沃肖洛夫造訪恒利寶科技，對石墨烯原位聚合錦綸6纖維產(chǎn)品給予高度評價；2019年8月中國工程院院士干勇、蔣士成參觀恒利寶科技生產(chǎn)基地江蘇江山紅化纖有限責任公司，評價說該項目是一個顛覆性的突破。

接枝石墨烯賦予基體材料更高附加值

目前市場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)品是通過物理添加石墨烯對傳統(tǒng)材料進行改性或者努力替代已經(jīng)成熟的材料，但經(jīng)過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，個別甚至在添加之后出現(xiàn)不良后果，難以得到市場認可。

在蔣焱看來，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。“新型材料的添加并不在多少，而在于使用什么樣的技術能讓基體材料的性能達到最好。”蔣焱介紹，石墨烯原位聚合錦綸6技術的關鍵在于將石墨烯上的官能團與錦綸6形成化學鍵結合，從而提升錦綸6的物理性能，同時賦予錦綸6其他功能性。為此，項目的技術路線也很獨特：天然鱗片石墨通過氧化、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，不僅實現(xiàn)了功能化石墨烯與錦綸高分子鏈的化學鍵結合，極大降低了石墨烯的添加量，使得石墨烯在聚合過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(xù)紡絲、染整、洗滌等工序中的流失問題。

目前市場上商業(yè)化的石墨烯產(chǎn)品普遍存在尺寸和層數(shù)不均勻、實際數(shù)值遠低于理論值、成本高等問題，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機材料均勻地復合，無法真正體現(xiàn)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技術則解決了這個核心問題，一是通過精確計算實現(xiàn)了石墨烯片徑、層數(shù)精細化控制，對石墨烯表面的多種功能基團實現(xiàn)可控修飾；二是功能性石墨烯宏量制備技術實現(xiàn)了穩(wěn)定可控的工業(yè)化生產(chǎn)；三是研究出了石墨烯在線分散技術、原位聚合工藝、連續(xù)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(shù)學工程領域的專家，“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，每一條生產(chǎn)線上石墨烯有多少官能團他心里都非常清楚，因為實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)與他們計算出的理論數(shù)據(jù)幾乎完全吻合。

這份自信來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(xiàn)在行業(yè)中幾乎很少有人關注機理的研究，恒利寶希望通過這樣的研究疏通渠道，擴大石墨烯材料的應用范圍，讓石墨烯的價值更好地發(fā)揮出來。”蔣焱表示。

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會纖維材料改性與復合技術分會常務理事單位、江蘇省新材料協(xié)會常務理事單位、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“石墨烯改性聚酰胺6纖維”技術創(chuàng)新中心，先后獲得第21屆中國“專利獎”優(yōu)秀獎、中國紡織行業(yè)“專利獎”優(yōu)秀獎、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會“科學技術獎”三等獎、中國國際先進碳材料創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽年度十強、第二屆國際碳材料大會“新銳成長企業(yè)”獎。

改變思路，以“黑科技”創(chuàng)造美好生活

石墨烯有很多優(yōu)異性能，對很多人來說，運用石墨烯是標榜自家產(chǎn)品高附加值的一個標簽，但蔣焱始終認為，更應該強調(diào)將石墨烯應用在紡織品中，能給紡織品帶來什么樣的價值。“市場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，也誤導了消費者。我們現(xiàn)在就是想改變這種思維，用實際行動、用產(chǎn)品數(shù)據(jù)來證實石墨烯賦予我們產(chǎn)品的真實性?！?/p>

“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%，且無溶出性。同時，它也具有較強的防螨效果，對螨蟲的抑制率能達到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/立方厘米。同時，該纖維的耐磨性能是同等規(guī)格常規(guī)錦綸的3倍以上，這是其他材料改性無法獲得的性能，得到了專家的高度贊賞。

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(shù)據(jù)表現(xiàn)，“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，被中國化學纖維工業(yè)協(xié)會授予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所紡的長纖、短纖及紗線已用于抗靜電、抗菌抑菌、遠紅外、負離子等功能性面料，廣泛用于戶外運動、健身、孕嬰服裝、家紡以及其他工業(yè)領域。

談及未來的發(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，此外隨著人們生活水平的提高，對運動類、戶外類服裝的功能性要求也逐漸提高，而石墨烯這個“黑科技”材料擁有無限的優(yōu)異性能，應該發(fā)揮它的價值為人們創(chuàng)造新生活。為此，恒利寶將把原位聚合技術繼續(xù)拓寬到其他領域，比如目前應用到了滌綸行業(yè)中，近期將會進行投產(chǎn)。

“恒利寶希望通過這樣的技術給傳統(tǒng)化纖行業(yè)帶來新的突破，引領行業(yè)完美升級?！笔Y焱表示，后續(xù)會在石墨烯新材料領域加大研發(fā)力度，加強和國內(nèi)外科研院所合作，通過建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和院士工作站來推動紡織行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。