塑料改性的发展现状及趋势
娄增海
(北京石油化工学院高分子材料与工程系 高083 087001) 摘要:通用塑料的工程化与工程塑料高性能化，高性能化、低成本化及通用塑料工程化近几年一直是工程塑料的发展目标。我国的改性塑料在塑料工业高速发展的推动下，针对共混改性、填充改性、塑木复合、可再生、纳米复合、环保的大方向发展。结合“十一五”规划详情，详细分析当今改性塑料的发展状况及趋势。
关键词：改性塑料；改性塑料的发展；改性塑料的现状
1 改性塑料的定义
改性塑料是以初级形态树脂为主要成分，以能改善树脂在力学、流变、燃烧性、电、热、光、磁等某一方面或某几个方面性能的添加剂或其他树脂等为辅助成分，通过填充、增韧、增强、共混、合金化等技术手段，得到的具有均一外观的材料。
2 改性塑料的分类
改性塑料产品主要分为三大类, 一类是以粉体材料为主要原料的填充改性塑料产品, 包括活性粉体、填充母料和粉体材料占20 %~ 30 %的改性塑料专用料;另一类是以不同类别的高分子材料经过共混制成的“塑料合金”专用料, ABS/ 聚碳酸酯( PC) 合金、PA/ABS 合金、聚丙烯( PP) / PA 合金等; 第三类是为达到电、光、热、燃烧等方面的功能性, 综合使用功能性填料和不同类别的高分子材料, 以及适量的相容剂、增韧剂而制成的功能性专用料, 如阻燃ABS、无卤阻燃PP、汽车保险杠、仪表板专用料等。三大类改性塑料产品的年总产量已超过3000 kt ,三大类产品所占比例分别为50 %、35 % 和15 % 左右,即1600 kt、1 000 kt 和600 kt 左右。
3 塑料改性的现状概述
改革开放30多年以来，我国塑料工业受益于国民经济强劲发展对塑料的巨大需求，获得了突飞猛进的发展。年产量由上世纪80年代初100多万t至今已增加到7 000多万t。我国人均塑料消费量已超过国际人均水平，总产量已越居世界第二，正在由塑料大国向塑料强国迈进。我国的改性塑料在塑料工业高速发展的推动下，由无到有、由小到大、由低档次单一填充改性，至今已发展到所有类型的改性塑料，几乎涉及到所有塑料制品。改性塑料已成为我国塑料工业不可缺少的重要组成部分。我国的改性塑料生产呈现较强的区域性，主要集中在广东省、浙江省、江苏省、山东省、上海市等。目前有上千家企业从事改性塑料生产，规模以上改性塑料企业近百家，产能超过3000 t 的约有70 家左右。目前，在我国改性塑料产品中，有些高端产品尚不能完全满足客户需求。因此进口改性塑料在市场上仍占有相当大的比例。 4 我国改性塑料“十一五”期间发展概况
4.1 改性塑料行业十一五已基本实现了汗液的专业化、规模化和功能化
根据2010 年中国改性塑料行业十佳企业评选活动中各改性塑料企业上报的数据分析, 全国已有以改性塑料产品为主营业务的企业近1000 家, 就业人数达十几万人。此外还有与改性塑料行业密切相关的助剂、添加剂企业和配混加工设备制造企业200 多家。一个活跃在大型石油化工企业和塑料制品加工企业之间的由改性塑料及相关配套的1000 多家企业形成
的改性塑料大军已经形成, 基本实现了行业的专业化、规模化和功能化。
4.2 通过思维创新、技术创新和产品创新, 营造出行业的持续快速发展和繁荣的局面
在十一五期间, 改性塑料行业通过思维、技术和产品的创新, 使行业得到持续快速的发展。以下列举已实现产业化或取得阶段成果的几个实例。
4.2．1 ACS
ACS 是在氯化聚乙烯( CPE)橡胶弹性体上接枝上丙烯腈( A)和苯乙烯( S)单体而成的接枝共聚物, 它是用饱和的橡胶弹性体CPE 代替了含不饱和键( 双键)的聚丁二烯弹性体, 因此具有比ABS 更佳的耐候性,同时还具备一定的抗静电性和阻燃性。可见,ACS 的耐老化性优于丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物( ASA)、ABS。ABS经耐候试验仪短期照射, 即会泛黄, 而ACS照射1000 h后仍不变色,其他树脂都有不同程度的变色。
4.2.2 PA/ ABS合金
PA/ ABS 合金不需要添加亚光剂就可以带来特殊的表面柔和亚光效果, 它充分发挥了PA 优异的抗化学腐蚀性、热稳定性和ABS 良好的尺寸稳定性、低温抗冲击性, 同时结晶材料与无定形材料的结合使PA/ABS 合金还获得良好的减震和吸音性能, 非常适合汽车内饰件的制造。
4.2.3 高阻透型瓶、薄膜用纳米复合PET
北京崇高纳米科技有限公司将层状硅酸盐以纳米级(约30 nm厚、1000 nm长宽)的尺寸分散在PET中, 硅酸盐以层状取向形成马赛克式排布, 可大幅度提高PET的阻透性,降低氧气渗透率,同时还可显著提高PET 强度和耐热性。高阻透型纳米复合PET 树脂的表观特性黏度为0.72Pa/s,氧气透过率较纯PET降低30 % ,可用于增强、增强阻燃、增韧、低翘曲等工程塑料的加工, 也可用于高阻透要求的PET 包装瓶、薄膜的制品加工。
4.2.4 新型浅色抗静电填料
将不导电的非金属矿物粉体表面上沉积一层具有一定导电性的物质制成浅色导电填料应当成为解决塑料材料抗静电的新思路。根据SnO2 晶体中如掺杂一定量的其他金属离子使其晶格产生缺陷即能具备半导体特性这一原理, 在廉价的石英粉末表面包覆一层掺杂Sb2 O3的SnO2 ,制成以石英为核,表面可导静电的浅色抗静电填料。实验室制成的这种抗静电填
67料本身的电阻率为6x10Ω·cm用于配制抗静电涂料, 其电阻率达1.57x10Ω·cm, 抗静电
性能达到国家“液体石油产品抗静电安全规程”标准的要求。
4.2.5 滑石粉在塑料编织制品中的应用
用滑石粉代替重钙粉做填充母料的应用效果表现在以下几个方面: (1) 扁丝外观晶莹剔透, 呈高档感;(2) 无粉尘污染; (3) 静电现象大大减轻; (4) 不纰丝;(5) 拉丝机出口处糊料少, 物料膜片光滑、带水少; (6)易达到食品卫生要求; (7) 同高档碳酸钙母料相比, 滑石粉母料对PP 力学性能的影响更优。
4.2.6 可环境消纳塑料
“可环境消纳”指的是塑料在废弃后能适应“垃圾的掩埋、堆肥和焚烧等综合治理方式, 可在自然或人为的环境条件下, 在尽量短的时间内充分地与环境同化”。福建师范大学化学与材料学院的发明专利“可降解可焚烧PE塑料”( ZL99111 037.) 已于2004 年5 月获得专利授权, 这种添加有经生物活性处理的无机粉体和光敏剂的塑料, 既可降解又可在焚烧时减少废气对环境的影响。使用聚合而成的粉状树脂加入适量的无机粉体材料和必要的助剂可以生产“可环境消纳塑料专用树脂”，这种专用料与普通塑料的树脂价格相当,加工而成的制品使用性能可以达到相应的国家标准要求,制品成型加工设备、模具无须改动, 生产原料单
一、操作方便、工艺稳定, 塑料制品在使用后进入自然环境或人工处置环境后有利于环境消纳, 最终回归自然, 减轻“白色污染”的危害。
4.2.7碳纤维增强工程塑料
碳纤维增强PA是具有高性能的高科技复合材料,在笔记本电脑、风力发电设备、轴承齿轮、纺织机械等方面已被大量使用,年需求量近万吨, 在我国军事工业、航天、航空等方面的应用更是其他材料所不可能替代的, 即将于2012年诞生的我国自己制造的大型飞机也将使用这种具有高强度同时又具有高刚性的高分子复合材料, 其市场需求量将迅速增加。碳纤维增强PC、聚醚醚酮(PEEK) 等工程塑料同样也意义重大。国家高度重视碳纤维复合材料(CFRP)的研制和生产, 国家发改委将“碳纤维复合材料国家工程实验室”列入贯彻落实“国家自主创新基础能力建设“十一五”规划”, 建设若干国家工程研究中心和国家工程实验室项目, 达到“促进转变经济发展方式, 推动产业结构优化升级, 加快高技术产业发展”的效果; 科技部也把“高性能碳纤维关键技术开发”列入国家高技术研究发展计划( 863 计划) 。 5 改性塑料发展趋势
5.1 共混改性
除填充改性外，塑料改性另外一大分支为共混改性。与填充改性相比，我国的共混改性在产品质量及产量上相对落后，满足不了市场的需求。共混改性是增加塑料原料资源的重要手段，仅靠石油化工合成的有限种类的树脂，满足不了各种塑料制品的生产需要。共混改性均是以其中一种树脂为基体，用另一种或多种小组分的树脂去改性基体树脂。不同性能的树脂按一定比例混合后，通过双螺杆挤出机或其他混炼设备，将其混炼成与原树脂具有不同性能的新材料，又称塑料合金。塑料合金有许多类型，如塑料与橡胶(弹性体)合金、HDPE与LLDPE或LDPE与LLDPE。可以是二元的，也可是三元或多元的。
5.2 填充改性
填充改性目前大都采用母粒填充法，因为该法工艺简单、便于生产，同一种母粒可适用多种制品等优点，不足之处是经常出现因分散不好而影响制品质量。许多厂家生产某些制品时，为了保证产品质量，希望采用专用料。实践证明，对于同一种产品在保证完全相同质量要求的条件下，采用专用料可增加5%无机粉用量，可节省5%的树脂。对于生产填充母粒的企业，生产改性专用料比生产填充母粒可获得更好的经济效益。
5.3 塑木复合材料(WPC)
塑木复合材料是开发比较成功并具有广阔的应用价值和发展前景的改性产品。塑木复合材料从复合形式来看具有多种，其中应用最广的是热塑性树脂与植物粉或纤维的复合。塑木复合材料具有硬度高、强度好、耐水、稳定、不易变形、可着色、可二次加工等特点，是一种资源节约型、环境友好型的理想材料。WPC一般是由3种组分构成：木粉(植物粉)、加工助剂和树脂。木粉是由木素、纤维素和半纤维素构成，属于天然高分子，流动性差，由于含有一定水分并呈弱酸性，受热后易分解，放出大量气体，同时酸性增大对螺杆会造成化学腐蚀，如温度过高还将炭化变焦。另外W P C 本身传热系数低，成型后难以冷却，时间过长易变形。上述各种因素均会造成生产效率低、成品率低、产品质量不稳定。
5.4 再生塑料改性
随着塑料工业的发展，废旧塑料如何合理处置，减小对环境污染，实现资源最大利用，始终是人们所关心的问题。实践证明，回收再利用是解决废旧塑料的最佳出路。我国拥有丰富的废旧塑料资源，据有关资料报导，目前我国每年将产生1 000多万t废旧塑料，加上进口，总计达1 600～1 800万t，占总塑料用量的约1/3。理论上讲再生塑料的改性原理和改性方法与新料基本相同，不同之处在于再生料的改性针对性较强，要通过测试分析，确定再生料综合性能丧失程度后，来选择改性方法。具体作法是：首先测定再生料的基本性能，如灰分含量、熔体流动速率，拉伸强度、伸长率、弯曲和冲击强度。一般树脂熔体流动速率越大，降解程度越高，综合力学性能损失越大。而PE不同，其熔体流动速率越小降解程度越高，因为PE降解过程中，会发生部分交联。根据分析结果，确定改性方案。对于再生塑料，一般采用共混改性方法，改善材料的韧性和强度，可以用同一种不同性能的再生料之间或填加部分新料
的方法，用的最多方法是通过与弹性体如乙/丙橡胶、SBS、SEBS或EVA共混来提高材料的韧性，通过填加玻纤或其他纤维材料来提高再生料的强度。为了降低成本，所用改性材料一般采用再生料。在保证使用性能的前提下，共混改性还可以填加某些无机粉，如填加滑石粉可增加材料的刚性，填加硅灰石或其他针状粉可增加拉伸强度。
6 我国改性塑料行业存在的问题
(1) 科技投入不足，自主创新能力薄弱
(2) 大中型改性塑料企业( 集团) 少，未形成集约化规模经营
(3) 国产原料供不应求，改性塑料所需材料大量依赖进口
(4) 改性塑料标准化工作相对滞后
7 结语
改性塑料行业发展迅速, 当前和未来国内市场对改性塑料的需求增长很强劲。在目前的金融危机中, 绝大部分改性塑料企业的生产和销售仍保持产销两旺的良好势头, 充分证明这一新材料行业的发展活力。但原料价格持续上涨、环保法规日趋严格和用户对产品性能要求不断提高等因素对该行业发展不断提出新挑战, 紧紧把握行业发展趋势并积极推进技术创新成为各改性塑料企业应对挑战与持续发展的法宝。在激烈地市场竞争中, 一批国内优秀改性塑料企业, 如金发科技、银禧科技、科铨塑胶等公司, 注重研发, 创新进取, 成为改性塑料细分行业的龙头。各企业也应该紧紧抓住当前改性塑料行业发展的良好机遇, 把握应用研究热点加快研发, 为企业的持续发展储备技术, 提升改性塑料的国际竞争力。
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