蔣焱：以石墨烯“黑科技”引領化纖行業華麗升級

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

大浪淘沙沉者為金，經過幾年的積淀，石墨烯產業發展更加理性，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，擁有完全的自主知識產權。中國工程院院士干勇曾評價該技術：在石墨烯產業處于發展瓶頸的時期，石墨烯原位聚合錦綸6技術讓人眼前一亮，讓我們對石墨烯產業的發展有了更大的信心。

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技術創始人蔣焱是個沉靜內斂的人，但談到石墨烯相關材料產業卻是滔滔不絕。從他對石墨烯相關產業的介紹中，不難看出他對如何運用新型材料帶動傳統紡織行業轉型升級有著獨到的見解，而這樣的見解對未來行業發展而言，就像一座海上燈塔。

原位聚合技術破解行業難題

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業園重點發展石墨烯、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業項目。到2018年底，園區引進了各類石墨烯相關企業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業鏈。與此同時，全國各地掀起了石墨烯產業的發展熱潮，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業發展區域，石墨烯企業、人才資源分布在全國各地。

紡織領域也一樣，很多企業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，一有機會就與國內外的石墨烯材料專業人士交流。“當時，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，但這樣生產出來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，且染色也會受到限制?！痹谠絹碓綇娬{健康生活的當下，石墨烯的一系列生物安全問題，仿佛給行業敲了一記警鐘：不能盲目發展石墨烯。此后眾多企業在石墨烯相關產品研發方面漸漸降溫，尋求更理性的發展。

而蔣焱憑借對高分子材料聚合的經驗敏銳地想到，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品開發，2015年開發出了石墨烯原位聚合錦綸6產品，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連續聚合生產線，而且一次性開車成功，在行業內引起不小的轟動，年產能可達5000噸，成功突破了功能化石墨烯及石墨烯原位聚合錦綸6產業化制備關鍵技術，目前已能夠產業化生產石墨烯原位聚合PA6切片，并能規模化高速紡絲生產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聯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項發明專利，其中11項已授權。2017年，石墨烯發現者、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品層出不窮、百花齊放，其中很多產品是通過物理添加石墨烯對傳統材料進行改性或者努力替代已經成熟的材料，但經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辉诙嗌伲谟谑褂檬裁礃拥募夹g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品的可紡性和在后續紡絲、染整、洗滌等工序中的流失問題。

目前市場上商業化的石墨烯產品普遍存在尺寸和層數不均勻、實際數值遠低于理論值、成本高等問題，一些石墨烯產品中表面不含有任何基團，與其他介質的相互作用較弱，更難與其他有機或無機材料均勻地復合，無法真正體現石墨烯的各種優異性能。

而恒利寶這項具有自主知識產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現可控修飾；二是功能性石墨烯宏量制備技術實現了穩定可控的工業化生產；三是研究出了石墨烯在線分散技術、原位聚合工藝、連續聚合生產設備。

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。”蔣焱自信地說，每一條生產線上石墨烯有多少官能團他心里都非常清楚，因為實際生產數據與他們計算出的理論數據幾乎完全吻合。

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。“但是現在行業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揮出來?！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、江蘇省新材料協會常務理事單位、江蘇省石墨烯創新聯盟理事單位、中國紡織工業聯合會“石墨烯改性聚酰胺6纖維”技術創新中心，先后獲得第21屆中國“專利獎”優秀獎、中國紡織行業“專利獎”優秀獎、中國紡織工業聯合會“科學技術獎”三等獎、中國國際先進碳材料創新創業大賽年度十強、第二屆國際碳材料大會“新銳成長企業”獎。

改變思路，以“黑科技”創造美好生活

石墨烯有很多優異性能，對很多人來說，運用石墨烯是標榜自家產品高附加值的一個標簽，但蔣焱始終認為，更應該強調將石墨烯應用在紡織品中，能給紡織品帶來什么樣的價值。“市場上太多以石墨烯為噱頭宣傳的產品，在一定程度上擾亂了市場，也誤導了消費者。我們現在就是想改變這種思維，用實際行動、用產品數據來證實石墨烯賦予我們產品的真實性。”

“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%）。”蔣焱介紹，該纖維的負離子功能也很突出，其負離子發生量能達到616個/立方厘米。同時，該纖維的耐磨性能是同等規格常規錦綸的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，被中國化學纖維工業協會授予2019年度新產品研發及推廣創新企業獎。目前，恒利寶已與錦江科技等多家下游行業龍頭企業達成了合作，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、家紡以及其他工業領域。

談及未來的發展，蔣焱介紹，今年新冠疫情爆發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”材料擁有無限的優異性能，應該發揮它的價值為人們創造新生活。為此，恒利寶將把原位聚合技術繼續拓寬到其他領域，比如目前應用到了滌綸行業中，近期將會進行投產。

“恒利寶希望通過這樣的技術給傳統化纖行業帶來新的突破，引領行業完美升級?！笔Y焱表示，后續會在石墨烯新材料領域加大研發力度，加強和國內外科研院所合作，通過建立產業聯盟和院士工作站來推動紡織行業轉型升級。