改性塑料的昨天、今天和明天

改性塑料的昨天、今天和明天2008-3-515:15:18改性塑料的昨天、今天和明天刘英俊（中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会，北京，100037）1改性塑料的发展历程及在塑料工业中的重要地位…………………………………（2）2塑料改性技术面临的几个共性问题…………………………………………………（3）2.1以新的视角引导改性塑料行业向前发展………………………………………（3）2.2纳米塑料及其产业化问题………………………………………………………（5）2.3填充塑料的“增重”问题………………………………………………………（6）2.4改性塑料的成型加工尺寸收缩率问题…………………………………………（7）2.5废弃塑料再生利用时，不同类材料混合使用问题……………………………（7）3和汽车、家电、医用塑料有关的几种改性塑料…………………………………（8）3.1聚丙烯（PP）的改性……………………………………………………………（8）3.2家电用改性聚丙烯……………………………………………………………（9）3.3塑木材料………………………………………………………………………（10）3.4低烟无卤阻燃塑料………………………………………………………………(11）3.5透明聚丙烯……………………………………………………………………（14）3.6环境友好型塑料………………………………………………………………（15）3.6.1可环境消纳型塑料……………………………………………………（15）3.6.2全生物降解塑料………………………………………………………（16）4改性塑料市场前景展望……………………………………………………………（17）改性塑料的昨天、今天和明天刘英俊（中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会，北京，100037）摘要：改性塑料是塑料工业最具发展活力和和潜力的重要方面军，在过去的二十多年里，在学术上和技术上取得众多成果，在产业化道路上得到快速、持久的健康发展。本文就改性塑料行业面临的共性问题以及与汽车、家电、医用有关的重点技术和产品做一介绍，并就改性塑料的应用前景加以展望。关键词：改性塑料汽车家电医用塑料应用1改性塑料的发展历程及在塑料工业中的重要地位改性塑料通常是指通过改性技术获得的具有鲜明特征的塑料产品，通常是以母料或专用料的形式提供给塑料制品加工用户。因此塑料改性是一门科学，它的学术基础涉及多个领域，而将理论用于生产实践就诞生了塑料改性的实用技术；实践过程中遇到的种种问题返过来又促进了改性理论和学术的发展，这一过程始终伴随着整个塑料工业的发展历程，而且近年来越来越显示出其重要性。塑料改性是指通过物理的、化学的或二者兼具的办法使塑料材料的性能向人们所预期的方向发生变化，或者使成本显著降低，或者使某些性能得以改善，或者赋予塑料材料全新的功能。改性的过程可以在合成树脂生成的过程中（聚合）发生，也可以在合成树脂被加工的过程中进行。从广义上讲塑料改性是无所不在的，在改性塑料作为一个特征明显的行业出现之前，塑料改性的技术就已得到普遍的应用，如上世纪六、七十年盛行的PVC塑料管材、鞋底、电缆料、聚乙烯钙塑瓦楞箱、耐老化聚乙烯农膜等等，都可以看到塑料改性技术的烙印。今天在更为广泛的范围和更深的层次上，塑料改性已经成为塑料加工不可或缺的一门技术，一种手段，一个达到技术上、经济上预定目标的最佳途径。塑料工业的发展，塑料产业内合理的分工触发了一个夹在生产合成树脂的大型石化企业与生产具体塑料制品的塑料加工企业之间相对独立的行业即改性塑料行业的诞生，即以生产多种用途和特性的中间粒子料为主要产品的行业。它以“专业化”、“规模化”和“功能化”的三化原则为立业之本，自上世纪八十年代以来，经过二十多年的发展，已形成填充母料、各种功能母料和改性专用料产品达数百万吨，企业总数数百家，从业人员数万人的新兴行业，是飞速发展的我国塑料工业实力强劲的一支重要的方面军，也是在高分子材料加工与应用领域，不论是学术上、技术上还是在产业上都最为活跃、最具发展前景的领域之一，为我国塑料工业持续快速的发展乃至整个国民经济的发展都做出了突破贡献！塑料改性技术和改性塑料产品的重要作用在于：1）它是在保证塑料材料及制品在达到使用性能要求的前提下降低生产成本的最有效的途径。我国塑料材料及制品的总成本中，原材料费用占到一半以上，有的甚至达70%~80%，因此尽可能降低原料所占的成本对提高产品市场竞争力，增加企业经济效益具有显著的现实意义。2）它是提高产品技术含量、增加其附加值和获得独特功能的新型高分子材料的最适宜的途径。通过填充、共混、增强等改性工艺，塑料材料在某些方面的性能到改善，或者在电、磁、光、热、阻燃等方面被赋予全新的功能，可以很容易达到某种用途的要求，而要通过化学合成的途径研制一种具有某种功能的全新结构的聚合物，有时是完全不可能的，有时则会耗资、耗时巨大。3）在落实国家发展循环经济、建设节约型社会的战略决策中，无论是以非石油资源替代石油资源方面，还是废弃资源再生利用方面，或是研发环境友好型产品方面，塑料改性技术都发挥出了不可替代的优势。近年来以无机矿物粉体材料改性的环境友好型塑料材料，以麻、竹、木、秸杆、稻壳等天然木质纤维改性的塑木材料，以淀粉塑料、聚乳酸塑料为代表的全生物降解塑料等新材料不断涌现出来，有的已经实现产业化。这些材料的制造都离不开塑料改性的理论与实践。4）塑料行业的持续快速发展吸引了社会的普遍关注，在塑料制品及相应加工设备大发展之后，更多的投资和目光开始转向改性塑料领域，规模更大、涉及面更宽、科技含量更高的改性塑料大发展时期正在到来。2塑料改性技术面临的几个共性问题改性塑料行业呈现生机勃勃的发展势头，但也面临着制约其健康发展的一些问题。正确认识和面对这些问题，依靠技术创新和脚踏实地的努力，才能将塑料改性的科研与生产推进到全新的高度。2.1以新的视角引导改性塑料行业向前发展塑料改性在降低塑料制品原材料成本、改善材料某些方面的性能以及赋予塑料材料全新功能这几方面已经做出了重要贡献，而且还将继续做出应当的贡献。但是随着我国经济的迅速发展，资源、能源问题和环境保护问题越发尖锐凸现出来。为此国家提出发展循环经济、建设资源能源节约型社会、生产环境友好型产品实现绿色消费等一系列关乎长期可持续发展的方针大计。塑料改性要在这些方面发挥作用首先要提高对国家长治久安战略决策的认识，增强自身责任感，特别是要以新的视角审视全局并落实在行动上。国务院关于加快发展循环经济的若干意见（2005年）中指出，“本世纪头20年，我国将处于工业化和城镇化加速发展阶段，面临的资源和环境形势十分严峻。必须……按照减量化、再利用、资源化的原则，采取各种有效措施，以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价，取得最大的经济产出和最少的废物排放，实现经济、环境和社会效益相统一，建设资源节约型和环境友好型社会”。因此在今后相当长的时期内，塑料改性技术和改性塑料行业的发展也应当在原来的基础上，肩负起更加光荣而又艰巨的使命。1）继续抓好非石油类资源做为塑料原材料使用的研发与应用石油做为地球上不可再生的资源，近期是国际上政治、经济、军事冲突的核心问题之一，远期面临着紧缺、稀缺乃至枯竭的不可逆转的结局。从现在起就要积极使用资源相对丰富的非石油类资源，如非金属矿粉体材料，或者使用可持续供给的非石油类资源，如木粉、桔杆粉、淀粉等。虽然现在已经有了一些成功应用的经验，某些材料的使用也已达到一定的规模，但必须承认在应用技术上还存在这样或那样的不足，如密度大、强度低、卫生性能不达标、环保作用不明显、制品表面不理想等问题；有的虽然功能性突出，但制造成本过高，这些问题都影响着或者制约着非石油类资源在更广的范围内和更大的规模上替代以石油为原料的合成树脂的步伐，进一步解决添加物的分散及与基础树脂的相界面亲合问题，进一步解决非石油类高分子材料的加工和应用问题，是我们今后塑料改性技术创新首当其冲的重要任务。2）正确对待废弃塑料再生利用过程中的一些负面影响问题，努力提高再生塑料的可利用性和技术含量我国废弃塑料的再生利用总体形势是喜人的，除少数品种（如购物袋和复合包装膜片等）外，都正在得到充分回收和再利用。目前不仅国内产生的废弃塑料难觅，而且从世界各地进口的废弃塑料也以20%以上的增长速度年年递增。不可否认，多数的废弃塑料再生利用水平还处在初级阶段，粗放式的、低水平的加工极大地破坏了材料尚存的使用价值，同时由于行业门槛低和监管不力，还带来新的环境污染问题，不断曝光的“洋垃圾”事件，更是推波助澜，把社会关注点聚焦到废弃塑料再生利用行业的负面影响上，极大地损害了这一行业的形象和声誉。今天废弃塑料再生利用的重要意义已经不像合成树脂紧缺的年代，单纯做为塑料加工原料的补充了，从更高的、更长远的角度来看，废弃塑料和石油一样，是宝贵的资源。一方面要像管理煤炭行业那样，加大行业管理力度，杜绝负面影响；另一方面就要依靠塑料改性技术，提高再生利用加工的技术含量，提高再生塑料产品的附加值，为再生塑料行业依靠自身的力量加大环境治理力度打下良好经济基础，才能逐渐改变废弃塑料再生利用行业以牺牲环境为代价而发展的被动局面，真正为实现循环经济开辟通畅的道路。3）积极应对各种挑战，将技术创新做为锐利武器，以全新的产品开拓市场多数高分子材料是易燃的，而在很多场合要求所使用的材料必须具有一定的阻燃性。欧盟于2003年发布的“关于在电子电气设备中限制某些有害物质指令”（RoHS指令），规定在阻燃塑料中不准使用多溴联苯和多溴二苯醚，这在我国为出口电子电器产品配套的阻燃塑料改性专用料及制品生产企业中引起不小的震动。虽然欧盟已将十溴二苯醚列在豁免单中，但围绕RoHS指令的争议仍然不绝于耳，为此我们有必要在阻燃塑料中大力发展无卤阻燃技术，这方面已有好的开端，但要从材料性能到外观质量，从加工性能到成本售价等方面全面替代十溴阻燃塑料还需继续努力。为了保障食品安全，国家要求凡用于食品包装的塑料材料及制品都必须达到相应的卫生标准，这是无可非议的。凡是生产、经营食品包装用塑料材料的企业都必须先获得“食品包装生产许可”（QS），其产品种类之多、关联的原料及添加剂涉及面之广都是空前的。在这项工作中，正确地合理地使用改性塑料产品和技术至关重要，原来的一些观念和习惯需要改变，面临的新问题也需要通过新的思路加以解决。2.2纳米塑料及其产业化问题纳米技术和纳米塑料是近年来非常活跃而同时又屡遭非议的领域。标有纳米字样的研究成果及产品到处可见，其中不乏真识卓见，也有一些工业化的产品进入市场，但心存疑虑的大有人在。从产业化的角度看要求在经济上合理的前提下其性价比明显提高，即可认定有其产业化的价值，而从学术的角度看，纳米仅仅是一个长度的度量单位，具有纳米尺度的（通常公认三维方向至少有一个方向的长度小于100nm）颗粒能否均匀地、互不粘连地分散在塑料基体中，是判断能否称之为纳米塑料的关键。因为只有当纳米尺度的颗粒像海岛一样分布在基体塑料的汪洋大海之中时，纳米技术的小尺寸效益、大比表面效应和量子化效应才能真正体现出来，从而带来材料性能质的飞跃，而不是仅仅得到一些提高和改善。例如含有4.2%蒙脱土的尼龙6，较之纯尼龙6其拉伸强度提高50%，模量提高100%，而冲击强度基本不变，同时热变形温度提高近90℃，透明性增加，吸水性下降。微观观察此种尼龙可知蒙脱土颗粒确实是以纳米尺度的碎片分散在尼龙6基体中，而且呈全剥离型，即形成了真正意义上的纳米塑料。首先要强调指出的是蒙脱土是一种层状硅酸盐，但并不是添加到塑料中就成为纳米塑料。如果蒙脱土始终保持着原来的结构，层间距不变，仅仅以细小颗粒的形式分散在基体塑料中，其颗粒尺寸仍然在微米级范畴，那得到的只是传统意义上的填充改性材料，不能称之为纳米塑料。如果聚合物分子已经插入到蒙脱土结构片层层间，并使其间距增大，但叠层的结构仍然保持着（插层型复合），此时复合材料的性能将会有所改进，但幅度不会太太，也不能称之为纳米塑料。只有蒙脱土的叠层结构被完全打破，约1nm大小的硅酸盐碎片无规则而又均匀地分