1 改性塑料的定義
改性塑料是以初級形態(tài)樹(shù)脂為主要成分，以能改善樹(shù)脂在力學(xué)、流變、燃燒性、電、熱、光、磁等某一方面或某幾個(gè)方面性能的添加劑或其他樹(shù)脂等為輔助成分，通過(guò)填充、增韌、增強、共混、合金化等技術(shù)手段，得到的具有均一外觀(guān)的材料。
改性塑料產(chǎn)品主要分為三大類(lèi), 一類(lèi)是以粉體材料為主要原料的填充改性塑料產(chǎn)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(zhuān)用料；另一類(lèi)是以不同類(lèi)別的高分子材料經(jīng)過(guò)共混制成的“塑料合金”專(zhuān)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(lèi)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(lèi)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(zhuān)用料, 如阻燃ABS、無(wú)鹵阻燃PP、汽車(chē)保險杠、儀表板專(zhuān)用料等。三大類(lèi)改性塑料產(chǎn)品的年總產(chǎn)量已超過(guò)3000 kt，三大類(lèi)產(chǎn)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(kāi)放30多年以來(lái)，我國塑料工業(yè)受益于國民經(jīng)濟強勁發(fā)展對塑料的巨大需求，獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。年產(chǎn)量由上世紀80年代初100多萬(wàn)t至今已增加到7 000多萬(wàn)t。我國人均塑料消費量已超過(guò)國際人均水平，總產(chǎn)量已越居世界第二，正在由塑料大國向塑料強國邁進(jìn)。我國的改性塑料在塑料工業(yè)高速發(fā)展的推動(dòng)下，由無(wú)到有、由小到大、由低檔次單一填充改性，至今已發(fā)展到所有類(lèi)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(yè)不可缺少的重要組成部分。我國的改性塑料生產(chǎn)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(yè)從事改性塑料生產(chǎn)，規模以上改性塑料企業(yè)近百家，產(chǎn)能超過(guò)3000 t 的約有70 家左右。目前，在我國改性塑料產(chǎn)品中，有些高端產(chǎn)品尚不能完全滿(mǎn)足客戶(hù)需求。因此進(jìn)口改性塑料在市場(chǎng)上仍占有相當大的比例。
4 我國改性塑料“十一五”期間發(fā)展概況
4.1 改性塑料行業(yè)十一五已基本實(shí)現了行業(yè)的專(zhuān)業(yè)化、規?；凸δ芑?/strong>
根據2010 年中國改性塑料行業(yè)十佳企業(yè)評選活動(dòng)中各改性塑料企業(yè)上報的數據分析, 全國已有以改性塑料產(chǎn)品為主營(yíng)業(yè)務(wù)的企業(yè)近1000 家，就業(yè)人數達十幾萬(wàn)人。此外還有與改性塑料行業(yè)密切相關(guān)的助劑、添加劑企業(yè)和配混加工設備制造企業(yè)200 多家。一個(gè)活躍在大型石油化工企業(yè)和塑料制品加工企業(yè)之間的由改性塑料及相關(guān)配套的1000 多家企業(yè)形成的改性塑料大軍已經(jīng)形成, 基本實(shí)現了行業(yè)的專(zhuān)業(yè)化、規?；凸δ芑?。
4.2 通過(guò)思維創(chuàng )新、技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)品創(chuàng )新, 營(yíng)造出行業(yè)的持續快速發(fā)展和繁榮的局面
在十一五期間, 改性塑料行業(yè)通過(guò)思維、技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng )新, 使行業(yè)得到持續快速的發(fā)展。以下列舉已實(shí)現產(chǎn)業(yè)化或取得階段成果的幾個(gè)實(shí)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(shí)還具備一定的抗靜電性和阻燃性?？梢?jiàn),ACS 的耐老化性?xún)?yōu)于丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物( ASA)、ABS。ABS經(jīng)耐候試驗儀短期照射, 即會(huì )泛黃, 而ACS照射1000 h后仍不變色,其他樹(shù)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(lái)特殊的表面柔和亞光效果, 它充分發(fā)揮了PA 優(yōu)異的抗化學(xué)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(shí)結晶材料與無(wú)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(chē)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(cháng)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(shí)還可顯著(zhù)提高PET 強度和耐熱性。高阻透型納米復合PET 樹(shù)脂的表觀(guān)特性黏度為0.72Pa/s,氧氣透過(guò)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(zhì)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(chǎn)生缺陷即能具備半導體特性這一原理, 在廉價(jià)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(shí)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(chǎn)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(gè)方面: (1) 扁絲外觀(guān)晶瑩剔透, 呈高檔感;(2) 無(wú)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(xué)性能的影響更優(yōu)。
4.2.6 可環(huán)境消納塑料
“可環(huán)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(huán)境條件下, 在盡量短的時(shí)間內充分地與環(huán)境同化”。福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院的發(fā)明專(zhuān)利“可降解可焚燒PE塑料”( ZL99111 037. ) 已于2004 年5 月獲得專(zhuān)利授權, 這種添加有經(jīng)生物活性處理的無(wú)機粉體和光敏劑的塑料, 既可降解又可在焚燒時(shí)減少廢氣對環(huán)境的影響。使用聚合而成的粉狀樹(shù)脂加入適量的無(wú)機粉體材料和必要的助劑可以生產(chǎn)“可環(huán)境消納塑料專(zhuān)用樹(shù)脂”，這種專(zhuān)用料與普通塑料的樹(shù)脂價(jià)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(wú)須改動(dòng), 生產(chǎn)原料單一、操作方便、工藝穩定, 塑料制品在使用后進(jìn)入自然環(huán)境或人工處置環(huán)境后有利于環(huán)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(fēng)力發(fā)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(wàn)噸, 在我國軍事工業(yè)、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(shí)又具有高剛性的高分子復合材料, 其市場(chǎng)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(chǎn), 國家發(fā)改委將“碳纖維復合材料國家工程實(shí)驗室”列入貫徹落實(shí)“國家自主創(chuàng )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(shí)驗室項目, 達到“促進(jìn)轉變經(jīng)濟發(fā)展方式, 推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級, 加快高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的效果; 科技部也把“高性能碳纖維關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)”列入國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃( 863 計劃) 。
5 改性塑料發(fā)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(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量上相對落后，滿(mǎn)足不了市場(chǎng)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(lèi)的樹(shù)脂，滿(mǎn)足不了各種塑料制品的生產(chǎn)需要。共混改性均是以其中一種樹(shù)脂為基體，用另一種或多種小組分的樹(shù)脂去改性基體樹(shù)脂。不同性能的樹(shù)脂按一定比例混合后，通過(guò)雙螺桿擠出機或其他混煉設備，將其混煉成與原樹(shù)脂具有不同性能的新材料，又稱(chēng)塑料合金。塑料合金有許多類(lèi)型，如塑料與橡膠(彈性體)合金、HDPE與LLDPE或LDPE與LLDPE?？梢允嵌?，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，因為該法工藝簡(jiǎn)單、便于生產(chǎn)，同一種母?？蛇m用多種制品等優(yōu)點(diǎn)，不足之處是經(jīng)常出現因分散不好而影響制品質(zhì)量。許多廠(chǎng)家生產(chǎn)某些制品時(shí)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，希望采用專(zhuān)用料。實(shí)踐證明，對于同一種產(chǎn)品在保證完全相同質(zhì)量要求的條件下，采用專(zhuān)用料可增加5%無(wú)機粉用量，可節省5%的樹(shù)脂。對于生產(chǎn)填充母粒的企業(yè)，生產(chǎn)改性專(zhuān)用料比生產(chǎn)填充母?？色@得更好的經(jīng)濟效益。
5.3 塑木復合材料(WPC)
塑木復合材料是開(kāi)發(fā)比較成功并具有廣闊的應用價(jià)值和發(fā)展前景的改性產(chǎn)品。塑木復合材料從復合形式來(lái)看具有多種，其中應用最廣的是熱塑性樹(shù)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(zhù)色、可二次加工等特點(diǎn)，是一種資源節約型、環(huán)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(shù)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(dòng)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(shí)酸性增大對螺桿會(huì )造成化學(xué)腐蝕，如溫度過(guò)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(shí)間過(guò)長(cháng)易變形。上述各種因素均會(huì )造成生產(chǎn)效率低、成品率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩定。
5.4 再生塑料改性
隨著(zhù)塑料工業(yè)的發(fā)展，廢舊塑料如何合理處置，減小對環(huán)境污染，實(shí)現資源最大利用，始終是人們所關(guān)心的問(wèn)題。實(shí)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(guān)資料報導，目前我國每年將產(chǎn)生1 000多萬(wàn)t廢舊塑料，加上進(jìn)口，總計達1 600～1 800萬(wàn)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(guò)測試分析，確定再生料綜合性能喪失程度后，來(lái)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(dòng)速率，拉伸強度、伸長(cháng)率、彎曲和沖擊強度。一般樹(shù)脂熔體流動(dòng)速率越大，降解程度越高，綜合力學(xué)性能損失越大。而PE不同，其熔體流動(dòng)速率越小降解程度越高，因為PE降解過(guò)程中，會(huì )發(fā)生部分交聯(lián)。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(guò)與彈性體如乙/丙橡膠、SBS、SEBS或EVA共混來(lái)提高材料的韌性，通過(guò)填加玻纖或其他纖維材料來(lái)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(wú)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(yè)存在的問(wèn)題
(1) 科技投入不足，自主創(chuàng )新能力薄弱
(2) 大中型改性塑料企業(yè)( 集團) 少，未形成集約化規模經(jīng)營(yíng)
(3) 國產(chǎn)原料供不應求，改性塑料所需材料大量依賴(lài)進(jìn)口
(4) 改性塑料標準化工作相對滯后
7 結語(yǔ)
改性塑料行業(yè)發(fā)展迅速, 當前和未來(lái)國內市場(chǎng)對改性塑料的需求增長(cháng)很強勁。在目前的金融危機中, 絕大部分改性塑料企業(yè)的生產(chǎn)和銷(xiāo)售仍保持產(chǎn)銷(xiāo)兩旺的良好勢頭, 充分證明這一新材料行業(yè)的發(fā)展活力。但原料價(jià)格持續上漲、環(huán)保法規日趨嚴格和用戶(hù)對產(chǎn)品性能要求不斷提高等因素對該行業(yè)發(fā)展不斷提出新挑戰, 緊緊把握行業(yè)發(fā)展趨勢并積極推進(jìn)技術(shù)創(chuàng )新成為各改性塑料企業(yè)應對挑戰與持續發(fā)展的法寶。在激烈地市場(chǎng)競爭中, 一批國內優(yōu)秀改性塑料企業(yè), 如金發(fā)科技、銀禧科技、科銓塑膠等公司, 注重研發(fā), 創(chuàng )新進(jìn)取, 成為改性塑料細分行業(yè)的龍頭。各企業(yè)也應該緊緊抓住當前改性塑料行業(yè)發(fā)展的良好機遇, 把握應用研究熱點(diǎn)加快研發(fā), 為企業(yè)的持續發(fā)展儲備技術(shù), 提升改性塑料的國際競爭力。
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