1、塑料改性的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢婁增海(北京石油化工學(xué)院高分子材料與工程系 高083 087001)摘要: 通用塑料的工程化與工程塑料高性能化，高性能化、低成本化及通用塑料工程化近幾年一直是工程塑料的發(fā)展目標。我國的改性塑料在塑料工業(yè)高速發(fā)展的推動下，針對共混改性、填充改性、塑木復(fù)合、可再生、納米復(fù)合、環(huán)保的大方向發(fā)展。結(jié)合“十一五”規(guī)劃詳情，詳細分析當今改性塑料的發(fā)展狀況及趨勢。關(guān)鍵詞：改性塑料；改性塑料的發(fā)展；改性塑料的現(xiàn)狀1 改性塑料的定義改性塑料是以初級形態(tài)樹脂為主要成分，以能改善樹脂在力學(xué)、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、

2、增強、共混、合金化等技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)品, 包括活性粉體、填充母料和粉體材料占20 % 30 %的改性塑料專用料;另一類是以不同類別的高分子材料經(jīng)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(chǎn)品的

3、年總產(chǎn)量已超過3000 kt ,三大類產(chǎn)品所占比例分別為50 %、35 % 和15 % 左右,即1600 kt、1 000 kt 和600 kt 左右。3 塑料改性的現(xiàn)狀概述改革開放30多年以來，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，獲得了突飛猛進的發(fā)展。年產(chǎn)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(chǎn)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(yè)高速發(fā)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(fā)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(yè)不可缺少

4、的重要組成部分。我國的改性塑料生產(chǎn)呈現(xiàn)較強的區(qū)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(guī)模以上改性塑料企業(yè)近百家，產(chǎn)能超過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(fā)展概況4.1 改性塑料行業(yè)十一五已基本實現(xiàn)了汗液的專業(yè)化、規(guī)模化和功能化根據(jù)2010 年中國改性塑料行業(yè)十佳企業(yè)評選活動中各改性塑料企業(yè)上報的數(shù)據(jù)分析, 全國已有以改性塑料產(chǎn)品為主營業(yè)務(wù)的企業(yè)近1000 家, 就業(yè)人數(shù)達十幾萬人。此外還有與改性塑料行業(yè)

5、密切相關(guān)的助劑、添加劑企業(yè)和配混加工設(shè)備制造企業(yè)200 多家。一個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, 基本實現(xiàn)了行業(yè)的專業(yè)化、規(guī)模化和功能化。4.2 通過思維創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新, 營造出行業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展和繁榮的局面在十一五期間, 改性塑料行業(yè)通過思維、技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新, 使行業(yè)得到持續(xù)快速的發(fā)展。以下列舉已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化或取得階段成果的幾個實例。4.21 ACSACS 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

6、( 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。可見,ACS 的耐老化性優(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(fā)揮了PA 優(yōu)異的抗化學(xué)腐蝕性、熱穩(wěn)定性和ABS 良好的尺寸穩(wěn)定性、低溫抗沖擊性, 同時結(jié)晶材料與無定形材料的結(jié)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(nèi)飾件的制造。4.2.3 高阻透型

7、瓶、薄膜用納米復(fù)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(fù)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(dǎo)電的非金屬礦物粉體表面上沉積一層具有一定導(dǎo)電性的物質(zhì)制成淺色導(dǎo)電填料應(yīng)當成為解決塑料材料抗靜電的新思路。根據(jù)Sn

8、O2 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(dǎo)體特性這一原理, 在廉價的石英粉末表面包覆一層摻雜Sb2 O3的SnO2 ,制成以石英為核,表面可導(dǎo)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 6·cm用于配制抗靜電涂料, 其電阻率達1.57x107·cm, 抗靜電性能達到國家“液體石油產(chǎn)品抗靜電安全規(guī)程”標準的要求。4.2.5 滑石粉在塑料編織制品中的應(yīng)用用滑石粉代替重鈣粉做填充母料的應(yīng)用效果表現(xiàn)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(xiàn)象大大減輕; (4) 不紕絲;(5) 拉絲

9、機出口處糊料少, 物料膜片光滑、帶水少; (6)易達到食品衛(wèi)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(yīng)“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, 在盡量短的時間內(nèi)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)明專利“可降解可焚燒PE塑料”( ZL99111 037. ) 已于2004 年5 月獲得專利授權(quán), 這種添加有經(jīng)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(huán)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

10、產(chǎn)“可環(huán)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(yīng)的國家標準要求,制品成型加工設(shè)備、模具無須改動, 生產(chǎn)原料單一、操作方便、工藝穩(wěn)定, 塑料制品在使用后進入自然環(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(fù)合材料,在筆記本電腦、風力發(fā)電設(shè)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(yè)、航天、航空等方面的應(yīng)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

11、子復(fù)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(fù)合材料(CFRP)的研制和生產(chǎn), 國家發(fā)改委將“碳纖維復(fù)合材料國家工程實驗室”列入貫徹落實“國家自主創(chuàng)新基礎(chǔ)能力建設(shè)“十一五”規(guī)劃”, 建設(shè)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(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式, 推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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

12、產(chǎn)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(chǎn)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(shè)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。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，因為該法工藝簡單、便于生產(chǎn)，同一種母粒可適用多種制品等優(yōu)點，不足之處是經(jīng)常出現(xiàn)因分散不好而影

13、響制品質(zhì)量。許多廠家生產(chǎn)某些制品時，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，希望采用專用料。實踐證明，對于同一種產(chǎn)品在保證完全相同質(zhì)量要求的條件下，采用專用料可增加5%無機粉用量，可節(jié)省5%的樹脂。對于生產(chǎn)填充母粒的企業(yè)，生產(chǎn)改性專用料比生產(chǎn)填充母粒可獲得更好的經(jīng)濟效益。5.3 塑木復(fù)合材料(WPC)塑木復(fù)合材料是開發(fā)比較成功并具有廣闊的應(yīng)用價值和發(fā)展前景的改性產(chǎn)品。塑木復(fù)合材料從復(fù)合形式來看具有多種，其中應(yīng)用最廣的是熱塑性樹脂與植物粉或纖維的復(fù)合。塑木復(fù)合材料具有硬度高、強度好、耐水、穩(wěn)定、不易變形、可著色、可二次加工等特點，是一種資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的理想材料。WPC一般是由3種組分構(gòu)成：木粉(植物粉)、加工

14、助劑和樹脂。木粉是由木素、纖維素和半纖維素構(gòu)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(xué)腐蝕，如溫度過高還將炭化變焦。另外W P C 本身傳熱系數(shù)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(chǎn)效率低、成品率低、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。5.4 再生塑料改性隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，廢舊塑料如何合理處置，減小對環(huán)境污染，實現(xiàn)資源最大利用，始終是人們所關(guān)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(jù)有關(guān)資料報導(dǎo)，目前我國每年將產(chǎn)生1 000多萬t廢舊塑料，加上進口，總計達1 6001 800

15、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(xué)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(fā)生部分交聯(lián)。根據(jù)分析結(jié)果，確定改性方案。對于再生塑料，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、

16、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(yè)存在的問題(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(guī)模經(jīng)營(3) 國產(chǎn)原料供不應(yīng)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(jié)語改性塑料行業(yè)發(fā)展迅速, 當前和未來國內(nèi)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(yè)的生產(chǎn)和銷售仍保持產(chǎn)銷兩旺的良好勢頭, 充分證明這一新材料行業(yè)的發(fā)展活力。但原料價格持續(xù)上漲、環(huán)保法規(guī)日趨嚴格和用戶對產(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(zhàn), 緊緊把握行業(yè)發(fā)展趨勢并積極推進技術(shù)創(chuàng)新成為各改性塑料企業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)與持續(xù)發(fā)展的法寶。在激烈地市場競爭中, 一批國內(nèi)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)新進取, 成為改性塑料細分行業(yè)的龍頭。各企業(yè)也應(yīng)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(yīng)用研究熱點加快研發(fā), 為企業(yè)的持續(xù)發(fā)展儲備技術(shù), 提升改性塑料的國際競爭力。參考文獻1 孫安垣,閆燁，楊超談，桂春.我