2.4　改性塑料绿色化发展的技术研究方向

（叶南飚，宁方林）

2.4.1　改性塑料的发展状况

我国改性塑料行业经过二十多年的发展，已实现了产业规模化、产品专业化和功能化。

各类改性塑料产品产量达到数百万吨，其中包括聚合物合金、阻燃树脂、无机粉体填充聚合物复合材料、增强树脂、功能母粒、功能材料和各类弹性体等。产品技术和质量水平的提高使我国改性塑料产品国际竞争力不断增强，国际和国内市场的快速拓展使我国的改性塑料产品市场占有率不断增加，为推动我国社会经济的发展发挥了重要作用。

2.4.2　技术发展趋势

改性塑料的技术发展趋势紧跟市场需求。其技术创新非常活跃，这与改性塑料行业竞争激烈、并处于产业链中游而利润易受上下游挤压有密切关系，而拥有完善的技术平台是应对需求的有力保障。

改性塑料技术发展趋势可概括为以下几个方面：①通用塑料工程化；②工程塑料高性能化；③特种工程塑料低成本化；④纳米复合技术；⑤塑料改性产品绿色环保化；⑥功能化，包括特殊的外观效果、导电、阻隔性、阻尼特性等；⑦开发新型高效助剂，包括阻燃剂等。

限于篇幅，本文主要简明地阐述改性塑料行业在顺应绿色环保化趋势上部分有所作为的发展方向。

2.4.2.1　满足轻量化的需求

以汽车行业为例，我国汽车年产销量双超1800万辆，居世界第一位。作为汽车材料之一的车用塑料的用量快速增长。其技术发展趋势也自然受到业内的关注。那么，车用塑料的技术发展趋势是什么呢？由于未来的汽车更智能、更舒适、更环保低碳及更便宜，因此车用塑料的发展趋势大体可以归为功能化、轻量化、绿色环保化以及低成本与高性能的平衡。

汽车轻量化是降低汽车排放、提高燃油效率的最有效措施之一。除了高强度钢材和铝镁合金的使用，汽车轻量化最重要的手段是新型轻量化塑料材料的开发与应用，目前“以塑代钢”已经从汽车结构件扩展到整个汽车的内外饰件和结构件。

譬如，长纤维增强热塑性塑料（LFT）具有良好的刚性和强度，其冲击强度也较短玻纤增强塑料大幅提高，具有以塑代钢、实现轻量化的潜力。据统计，汽车行业的LFT消耗量约占世界总消耗量的80％。其中，欧美LFT消耗量大约占95％（欧洲占80％，美国占15％）。LFT材料目前在汽车中的应用包括：软质仪表板骨架、前端组件、门板内模块、仪表板、除雾格栅等。同时，因LFT材料的力学性能显著提高，可减少制件壁厚，从而实现减重的效果。

除了在汽车行业领域的应用外，LFT材料在电子电器行业上的应用也有增加的趋势。如在电动工具、家电行业、运动器材上的应用。

2.4.2.2　木塑化

木塑复合材料（WPC）是具有广阔的应用价值和发展前景的改性产品。常见的是热塑性树脂与植物粉或纤维的复合。木塑复合材料具有硬度高、耐水、可着色、可二次加工等特点，是一种资源节约型、环境友好型的材料。由于WPC一般是由3种组分构成：木粉（植物粉）、树脂、各类加工助剂。其中，木粉是由木素、纤维素和半纤维素构成，属于天然高分子，必然存在着一些难以克服的技术问题，如加工性差、受热后易分解、同时酸性增大对螺杆会造成化学腐蚀、易炭化、外观不良、成型后难以冷却等。上述各种因素均会造成生产效率低、成品率低、产品质量不稳定等问题。此外，在技术上，还需要解决其长期老化性能的问题。因此，需要做大量扎实的探索研究工作加以解决。

2.4.2.3　可循环回收

21世纪头20年，我国将处于工业化和城镇化加速发展的阶段，面临的资源和环境形势十分严峻。循环经济是以循环利用各类资源为物质基础，以再利用和资源化为行为准则，遵循生态规律的一种崭新的经济形态。大力发展循环经济，采取各种有效措施，以尽可能减少资源消耗和尽可能小的环境代价，可期望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。作为一个新兴产业，其行业规模正在不断发展壮大，前景十分看好。

热塑性高分子材料的可塑性及可重复加工性，为高分子材料的回收利用创造了有利条件，在塑料消费持续增长的情况下，科学合理地处置塑料废弃物具有环境保护及资源再生的意义。

我国是塑料应用大国，必将面临大量废旧塑料循环再利用问题。目前我国每年将产生1000多万吨废旧塑料，加上进口，总计达1600～1800万吨，占总塑料用量的约1/3。鉴于此，为方便回收利用，减轻环境压力，提高资源利用效率，当从以下几个方面开展系统的工作，以促进循环经济的发展：

①产品遵循回收而设计的原则；

②发展筛选、回收专用设备；

③研发废旧塑料共混改性技术，提高质量和经济效益；

④开发废旧塑料的下游系列化产品；

⑤政府制定废旧塑料使用的激励增策；

⑥制定严格的法律法规引导、约束塑料的使用、回收利用，如杜绝环境污染、增加社会系统成本、玩具行业对儿童的健康危害。

欧盟的做法值得借鉴，欧盟规定：自2006年1月1日起，每一辆报废汽车，其平均质量至少应有85％能够被再利用，其中，材料回收率至少为80％。自2015年1月1日起，这两项指标将分别提升至95％和85％。这就意味着，汽车零部件的设计及其选用材料应遵循便于回收利用的原则。因此，汽车用非金属材料必将朝着材料集中化方向发展。近年来，内饰材料尤其以改性聚丙烯类材料的共用化趋势较为明显。这种趋势的驱动力还有聚丙烯本身在轻量化、易加工以及成本方面的优势。

2.4.2.4　无机粉体填充改性塑料

填充改性是改性塑料的核心技术之一。各类填充改性不仅由于降低成本而发挥着显著的经济效益，而且还在增加功能、改善性能等方面起着不可替代的作用。特别是，研究表明其在治理白色污染、环境保护方面，也发挥着重要作用。实验证明，无机粉体填充改性塑料，不仅可减小树脂用量、节约石油资源、降低原料成本、减小环境污染，对不易回收的包装材料和餐饮具等，在保证使用性能和卫生的条件下，当无机粉体（尤其是碳酸钙）填充量达到30％以上，废弃后更容易被自然界消纳。此外，作为能源回收，高填充量材料燃烧后，热能回收率高，不易造成二次污染。近年来，纳米无机填料复合材料技术进展更加使这类材料面临新的发展机遇。这样，在降低成本、增加功能、改善性能和节能减排方面的综合优势必将促进无机粉体填充改性塑料的快速发展。

2.4.2.5　生物基化

资源与环境是人类在21世纪实现可持续发展所面临的重大问题，生物技术和生物质资源将成为解决这一问题的关键之一。生物基高分子材料是传统化学聚合技术和工业生物技术的完美结合。据统计，2011年全球生物基原料生产的可降解和非降解的高分子聚合物达到116.1万吨，预计2016年可达578万吨，到2050年，生物基聚合物产量可达1.13亿吨，约占有机材料市场的38％；即便保守估计，到2050年，其产量也可达2600万吨。而其中，市场增长最快的将是聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）和生物乙烯等用于生产生物塑料的材料。

欧洲生物基塑料协会（European Bio-plastics Organization）将生物基塑料分为四大类：

一是采用生物基原料生产非自然降解的材料，例如全部采用生物基原料的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯呋喃（PEF）等；

二是由部分生物基原料乙二醇（MEG）、丁二醇、丁二酸、1，3-丙二醇（PDO）等生产的聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、PET、PTT、聚氨酯（PU）等；

三是全部采用生物基原料生产并在完全自然条件下可生物降解的聚合物，例如PLA、PHA等；

四是部分采用生物基原料（单体），合成达到可生物降解国际标准的聚合物，例如聚丁二酸丁二醇（PBS）、聚丁二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯共聚酯（PBST）、聚己内酯（PCL）等。

基于生物基材料的改性工作也必将成为未来的发展趋势之一。

2.4.2.6　免喷涂材料

塑料表面的涂装具有非常好的装饰性，但同时也不可避免地造成化学污染，并增加了系统成本。因而产生了免喷涂塑料的开发需求。有竞争力的免喷涂塑料需要具有以下特性：

①系统成本低，可注塑成型；

②易于加工成型，均匀一致的表面效果：

③优异的外观效果，如光泽、金属效果、钢琴黑等；

④耐划伤、磨损、污渍、指纹等；

⑤耐洗涤剂等化学制剂；

⑥耐候性；

⑦可取代金属部件等。

目前，还很难找到一种能够全面满足上述特征的成熟产品，这对改性塑料行业的技术人员提出了挑战。

2.4.2.7　满足环保安规要求

在改性塑料行业，产品需要满足各类有关环境保护的法律法规及各种环境标准。这既是企业社会责任感的体现，也是突破国际绿色贸易壁垒的基本条件。

绿色贸易壁垒的形成虽然只是近10年的事，但目前已日趋全球化，并呈加快发展的态势。截至目前，国际社会已制定了150多个环境与资源保护条约，各国制定的环保法规也越来越多，如德国就制订了1800多项环保法律、法规和管理规章，对不符合规定者，发达国家纷纷采取禁止、限制进口等种种限制和惩罚性措施。

自2006年7月1日，欧盟WEEE、ROHS、EUR、REACH等绿色安规相继实施以来，改性塑料企业在熟悉各种安规的基础上，开展了系统的技术研发工作，着力建立完善的品质保障体系，为突破壁垒做了许多扎实的工作。在这个领域的研究工作包括，无卤阻燃的系列产品开发等。

改性塑料的绿色化发展是实现可持续发展的科学战略。随着技术进步和社会发展，特别是由于人们对环境的价值观不断进步，而以之为价值基础的绿色技术也随之而变。改性塑料的绿色化发展应围绕轻量化、木塑、免喷涂、生物基改性高分子材料、无机粉体填充、循环回收利用、符合绿色环保法规方面等技术研究方向进行。