1 改性塑料的定義
改性塑料是以初級形態樹脂為主要成分,以能改善樹脂在力學、流變、燃燒性、電、熱、光、磁等某一方面或某幾個方面性能的添加劑或其他樹脂等為輔助成分,通過填充、增韌、增強、共混、合金化等技術手段,得到的具有均一外觀的材料。
2 改性塑料的分類
改性塑料產品主要分為三大類, 一類是以粉體材料為主要原料的填充改性塑料產品, 包括活性粉體、填充母料和粉體材料占20 %~ 30 %的改性塑料專用料;另一類是以不同類別的高分子材料經過共混制成的“塑料合金”專用料,ABS/ 聚碳酸酯(PC) 合金、PA/ABS 合金、聚丙烯( PP) / PA 合金等; 第三類是為達到電、光、熱、燃燒等方面的功能性, 綜合使用功能性填料和不同類別的高分子材料, 以及適量的相容劑、增韌劑而制成的功能性專用料, 如阻燃ABS、無鹵阻燃PP、汽車保險杠、儀表板專用料等。三大類改性塑料產品的年總產量已超過3000 kt,三大類產品所占比例分別為50 %、35 % 和15 % 左右,即600 kt、1000 kt 和600 kt 左右。
3 塑料改性的現狀概述
改革開放30多年以來,我國塑料工業受益于國民經濟強勁發展對塑料的巨大需求,獲得了突飛猛進的發展。年產量由上世紀80年代初100多萬t至今已增加到7 000多萬t。我國人均塑料消費量已超過國際人均水平,總產量已越居世界第二,正在由塑料大國向塑料強國邁進。我國的改性塑料在塑料工業高速發展的推動下,由無到有、由小到大、由低檔次單一填充改性,至今已發展到所有類型的改性塑料,幾乎涉及到所有塑料制品。改性塑料已成為我國塑料工業不可缺少的重要組成部分。我國的改性塑料生產呈現較強的區域性,主要集中在廣東省、浙江省、江蘇省、山東省、上海市等。目前有上千家企業從事改性塑料生產,規模以上改性塑料企業近百家,產能超過3000 t 的約有70 家左右。目前,在我國改性塑料產品中,有些高端產品尚不能完全滿足客戶需求。因此進口改性塑料在市場上仍占有相當大的比例。
4 我國改性塑料“十一五”期間發展概況
4.1 改性塑料行業十一五已基本實現了行業的專業化、規?;凸δ芑?/strong>
根據2010 年中國改性塑料行業十佳企業評選活動中各改性塑料企業上報的數據分析, 全國已有以改性塑料產品為主營業務的企業近1000 家,就業人數達十幾萬人。此外還有與改性塑料行業密切相關的助劑、添加劑企業和配混加工設備制造企業200 多家。一個活躍在大型石油化工企業和塑料制品加工企業之間的由改性塑料及相關配套的1000 多家企業形成的改性塑料大軍已經形成, 基本實現了行業的專業化、規?;凸δ芑?br />
4.2 通過思維創新、技術創新和產品創新, 營造出行業的持續快速發展和繁榮的局面
在十一五期間, 改性塑料行業通過思維、技術和產品的創新, 使行業得到持續快速的發展。以下列舉已實現產業化或取得階段成果的幾個實例。
4.2.1 ACS
ACS 是在氯化聚乙烯( CPE)橡膠彈性體上接枝上丙烯腈( A)和苯乙烯( S)單體而成的接枝共聚物, 它是用飽和的橡膠彈性體CPE 代替了含不飽和鍵( 雙鍵)的聚丁二烯彈性體, 因此具有比ABS 更佳的耐候性,同時還具備一定的抗靜電性和阻燃性??梢?ACS 的耐老化性優于丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物( ASA)、ABS。ABS經耐候試驗儀短期照射, 即會泛黃, 而ACS照射1000 h后仍不變色,其他樹脂都有不同程度的變色。
4.2.2 PA/ABS合金
PA/ ABS 合金不需要添加亞光劑就可以帶來特殊的表面柔和亞光效果, 它充分發揮了PA 優異的抗化學腐蝕性、熱穩定性和ABS 良好的尺寸穩定性、低溫抗沖擊性, 同時結晶材料與無定形材料的結合使PA/ABS 合金還獲得良好的減震和吸音性能, 非常適合汽車內飾件的制造。
4.2.3 高阻透型瓶、薄膜用納米復合PET
北京崇高納米科技有限公司將層狀硅酸鹽以納米級(約30 nm厚、1000 nm長寬)的尺寸分散在PET中, 硅酸鹽以層狀取向形成馬賽克式排布, 可大幅度提高PET的阻透性,降低氧氣滲透率,同時還可顯著提高PET 強度和耐熱性。高阻透型納米復合PET 樹脂的表觀特性黏度為0.72Pa/s,氧氣透過率較純PET降低30 % ,可用于增強、增強阻燃、增韌、低翹曲等工程塑料的加工, 也可用于高阻透要求的PET 包裝瓶、薄膜的制品加工。
4.2.4 新型淺色抗靜電填料
將不導電的非金屬礦物粉體表面上沉積一層具有一定導電性的物質制成淺色導電填料應當成為解決塑料材料抗靜電的新思路。根據SnO2 晶體中如摻雜一定量的其他金屬離子使其晶格產生缺陷即能具備半導體特性這一原理, 在廉價的石英粉末表面包覆一層摻雜Sb2O3的SnO2 ,制成以石英為核,表面可導靜電的淺色抗靜電填料。實驗室制成的這種抗靜電填料本身的電阻率為6x10 6Ω·cm用于配制抗靜電涂料, 其電阻率達1.57x107Ω·cm, 抗靜電性能達到國家“液體石油產品抗靜電安全規程”標準的要求。
4.2.5 滑石粉在塑料編織制品中的應用
用滑石粉代替重鈣粉做填充母料的應用效果表現在以下幾個方面: (1) 扁絲外觀晶瑩剔透, 呈高檔感;(2) 無粉塵污染; (3) 靜電現象大大減輕; (4) 不紕絲;(5) 拉絲機出口處糊料少, 物料膜片光滑、帶水少; (6)易達到食品衛生要求; (7) 同高檔碳酸鈣母料相比, 滑石粉母料對PP 力學性能的影響更優。
4.2.6 可環境消納塑料
“可環境消納”指的是塑料在廢棄后能適應“垃圾的掩埋、堆肥和焚燒等綜合治理方式, 可在自然或人為的環境條件下, 在盡量短的時間內充分地與環境同化”。福建師范大學化學與材料學院的發明專利“可降解可焚燒PE塑料”( ZL99111 037. ) 已于2004 年5 月獲得專利授權, 這種添加有經生物活性處理的無機粉體和光敏劑的塑料, 既可降解又可在焚燒時減少廢氣對環境的影響。使用聚合而成的粉狀樹脂加入適量的無機粉體材料和必要的助劑可以生產“可環境消納塑料專用樹脂”,這種專用料與普通塑料的樹脂價格相當,加工而成的制品使用性能可以達到相應的國家標準要求,制品成型加工設備、模具無須改動, 生產原料單一、操作方便、工藝穩定, 塑料制品在使用后進入自然環境或人工處置環境后有利于環境消納, 最終回歸自然, 減輕“白色污染”的危害。
4.2.7 碳纖維增強工程塑料
碳纖維增強PA是具有高性能的高科技復合材料,在筆記本電腦、風力發電設備、軸承齒輪、紡織機械等方面已被大量使用,年需求量近萬噸, 在我國軍事工業、航天、航空等方面的應用更是其他材料所不可能替代的, 即將于2012年誕生的我國自己制造的大型飛機也將使用這種具有高強度同時又具有高剛性的高分子復合材料, 其市場需求量將迅速增加。碳纖維增強PC、聚醚醚酮(PEEK) 等工程塑料同樣也意義重大。國家高度重視碳纖維復合材料(CFRP)的研制和生產, 國家發改委將“碳纖維復合材料國家工程實驗室”列入貫徹落實“國家自主創新基礎能力建設“十一五”規劃”, 建設若干國家工程研究中心和國家工程實驗室項目, 達到“促進轉變經濟發展方式, 推動產業結構優化升級, 加快高技術產業發展”的效果; 科技部也把“高性能碳纖維關鍵技術開發”列入國家高技術研究發展計劃( 863 計劃) 。
5 改性塑料發展趨勢
5.1 共混改性
除填充改性外,塑料改性另外一大分支為共混改性。與填充改性相比,我國的共混改性在產品質量及產量上相對落后,滿足不了市場的需求。共混改性是增加塑料原料資源的重要手段,僅靠石油化工合成的有限種類的樹脂,滿足不了各種塑料制品的生產需要。共混改性均是以其中一種樹脂為基體,用另一種或多種小組分的樹脂去改性基體樹脂。不同性能的樹脂按一定比例混合后,通過雙螺桿擠出機或其他混煉設備,將其混煉成與原樹脂具有不同性能的新材料,又稱塑料合金。塑料合金有許多類型,如塑料與橡膠(彈性體)合金、HDPE與LLDPE或LDPE與LLDPE??梢允嵌模部墒侨蚨嘣?。
5.2 填充改性
填充改性目前大都采用母粒填充法,因為該法工藝簡單、便于生產,同一種母粒可適用多種制品等優點,不足之處是經常出現因分散不好而影響制品質量。許多廠家生產某些制品時,為了保證產品質量,希望采用專用料。實踐證明,對于同一種產品在保證完全相同質量要求的條件下,采用專用料可增加5%無機粉用量,可節省5%的樹脂。對于生產填充母粒的企業,生產改性專用料比生產填充母??色@得更好的經濟效益。
5.3 塑木復合材料(WPC)
塑木復合材料是開發比較成功并具有廣闊的應用價值和發展前景的改性產品。塑木復合材料從復合形式來看具有多種,其中應用最廣的是熱塑性樹脂與植物粉或纖維的復合。塑木復合材料具有硬度高、強度好、耐水、穩定、不易變形、可著色、可二次加工等特點,是一種資源節約型、環境友好型的理想材料。WPC一般是由3種組分構成:木粉(植物粉)、加工助劑和樹脂。木粉是由木素、纖維素和半纖維素構成,屬于天然高分子,流動性差,由于含有一定水分并呈弱酸性,受熱后易分解,放出大量氣體,同時酸性增大對螺桿會造成化學腐蝕,如溫度過高還將炭化變焦。另外W P C 本身傳熱系數低,成型后難以冷卻,時間過長易變形。上述各種因素均會造成生產效率低、成品率低、產品質量不穩定。
5.4 再生塑料改性
隨著塑料工業的發展,廢舊塑料如何合理處置,減小對環境污染,實現資源最大利用,始終是人們所關心的問題。實踐證明,回收再利用是解決廢舊塑料的最佳出路。我國擁有豐富的廢舊塑料資源,據有關資料報導,目前我國每年將產生1 000多萬t廢舊塑料,加上進口,總計達1 600~1 800萬t,占總塑料用量的約1/3。理論上講再生塑料的改性原理和改性方法與新料基本相同,不同之處在于再生料的改性針對性較強,要通過測試分析,確定再生料綜合性能喪失程度后,來選擇改性方法。具體作法是:首先測定再生料的基本性能,如灰分含量、熔體流動速率,拉伸強度、伸長率、彎曲和沖擊強度。一般樹脂熔體流動速率越大,降解程度越高,綜合力學性能損失越大。而PE不同,其熔體流動速率越小降解程度越高,因為PE降解過程中,會發生部分交聯。根據分析結果,確定改性方案。
于再生塑料,一般采用共混改性方法,改善材料的韌性和強度,可以用同一種不同性能的再生料之間或填加部分新料的方法,用的最多方法是通過與彈性體如乙/丙橡膠、SBS、SEBS或EVA共混來提高材料的韌性,通過填加玻纖或其他纖維材料來提高再生料的強度。為了降低成本,所用改性材料一般采用再生料。在保證使用性能的前提下,共混改性還可以填加某些無機粉,如填加滑石粉可增加材料的剛性,填加硅灰石或其他針狀粉可增加拉伸強度。
6 我國改性塑料行業存在的問題
(1) 科技投入不足,自主創新能力薄弱
(2) 大中型改性塑料企業( 集團) 少,未形成集約化規模經營
(3) 國產原料供不應求,改性塑料所需材料大量依賴進口
(4) 改性塑料標準化工作相對滯后
7 結語
改性塑料行業發展迅速, 當前和未來國內市場對改性塑料的需求增長很強勁。在目前的金融危機中, 絕大部分改性塑料企業的生產和銷售仍保持產銷兩旺的良好勢頭, 充分證明這一新材料行業的發展活力。但原料價格持續上漲、環保法規日趨嚴格和用戶對產品性能要求不斷提高等因素對該行業發展不斷提出新挑戰, 緊緊把握行業發展趨勢并積極推進技術創新成為各改性塑料企業應對挑戰與持續發展的法寶。在激烈地市場競爭中, 一批國內優秀改性塑料企業, 如金發科技、銀禧科技、科銓塑膠等公司, 注重研發, 創新進取, 成為改性塑料細分行業的龍頭。各企業也應該緊緊抓住當前改性塑料行業發展的良好機遇, 把握應用研究熱點加快研發, 為企業的持續發展儲備技術, 提升改性塑料的國際競爭力。
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