【正文】
中国塑料加工工业协会工程塑料专委会 张传芝 李青璇
回顾塑料的发展史,从第一种合成塑料酚醛塑料的横空出世到几百种合成塑料群芳争妍,仅仅用了100年的时间!人们惊叹于塑料的轻巧结实、便宜耐用,更惊叹于它的“多才多艺”,在各行各业都能长袖善舞!人们享受它带来的方便,同时却因滥用给环境带来了难以挽回的灾难。人类社会因为有了塑料而加快了文明程度提高的速度,整个20世纪也因为有了塑料而被誉为是“塑料的时代”,但或许过去的世纪只不过是塑料时代的序幕,新世纪才是真正的塑料时代。
展望未来,在以节能、环保、智能化为潮流的21世纪,随着计算机、信息和网络技术、新能源、航天技术、生命科学等尖端技术的出现和发展,人类上天入地下海的活动空间也必将进一步扩大,各种改性塑料和特殊功能塑料如导电塑料、磁性塑料、生物医用塑料等更先进更新颖的塑料将为人类的技术进步做出新的贡献,塑料在新世纪依然是人类历史长河中最耀眼的明星!塑料产品应用领域的拓展和产品性能的提升,在一定程度上取决于树脂性能的提高,新助剂的研发和新工艺的发明这三个重要因素。因此无论行业发展如何的让人眼花缭乱,真正推动产业发展和能够给企业带来利润的是这三个核心。
对站在世界技术前沿的发达国家塑料行业而言,早在上个世纪就已经发展成熟的通用塑料生产技术已没有高额利润可图,因而纷纷以合资形式将技术转让给中国、印度、中东等技术欠发达国家,它们则着力于开发新型的塑料改性技术,生产附加值更高的工程塑料制品和特殊功能塑料,研究环保塑料的产业化技术,其塑机企业则从设备供应商向“解决方案专家”的角色转换。而中国作为新世纪崛起的世界塑料生产大国、消费大国和进出口大国,在国家建设节约型社会的方针指引下,以及国家政策对农用、包装、建筑、汽车和电子工业用塑料的引导和扶持下,对通用塑料和工程塑料及相应塑机模具的需求都将远远高于世界平均速度,因此增强国内企业的创新能力,提高国产塑料和塑机质量,打造国产品牌,提高同外资产品的竞争力,建设塑料强国成为中国塑料工业的发展目标。
世界塑料行业发展趋势
1.发展特殊功能塑料塑料自诞生之日起,人们就开始应用各种助剂对它进行改性。到20世纪70年代,对高聚物共混理论的研究和实践更加活跃,共混结构、增韧机理和相容化技术等方面的研究均有突破性进展,相应也推动了塑料改性技术的进步。纳米复合技术的出现,使塑料的功能更为多样,如抗菌、导电、阻燃、着色等特殊功能都不再遥不可及。
“纳米”一词诞生于上个世纪八九十年代。所谓“纳米”(nm)和厘米、分米、米一样,是度量长度的单位,一纳米等于十亿分之一米,将一纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一般。所谓纳米复合技术在塑料行业就是指把无机粉体以纳米级的尺寸(0.1~100纳米)和塑料树脂粒子混合的技术。纳米技术之所以能在全世界掀起经久不衰的研究热潮,主要是因为纳米尺寸的粒子被发现具有特殊的“尺寸效应”,用在塑料中可以在减少无机粉料用量的前提下显著提高塑料的力学性能及抗菌、阻燃、导电等特殊功能。
纳米无机填料增韧增强塑料是目前技术较为成熟的功能塑料品种,可用于电冰箱门密封条、洗衣机内筒以及各种家用电器的外壳和底座、汽车零部件等。经表面处理后的粘土(蒙脱土)、碳酸钙、滑石粉等纳米级超细无机填料能提高PP、PET等塑料的结晶速度,改善塑料的加工性,使塑料的综合力学性能大大提高。比如纳米粘土可显著提高PET回收料的熔体强度,使得在熔融加工中工艺流畅(不出现流淌现象);纳米粘土/PET复合材料用作啤酒瓶时,塑料瓶的强度、阻隔性、耐热性和紫外线阻挡性都显著提高,而且生产成本可控制在较低水平(与玻璃瓶制造成本相当);纳米粘土/PET复合材料用作工程塑料时与普通增强PET相比,制品的成型工艺条件较为宽松(模具温度较低,保压时间较短),在加工性能和力学性能方面都具有明显优势;加入2%~4%的纳米碳酸钙(n-CaCO3)就可使UPVC管材的冲击强度提高6倍,减少增塑剂用量50%;将纳米滑石粉母料应用在生产大口径(φ500mm以上)HDPE双壁波纹管上,既可保持树脂的高流动性,解决加工中的能耗问题,又能解决因管子口径过大使刚度值降低的问题。综上所述,采用纳米复合技术增韧增强塑料是节省能源和资源的有效途径,是塑料加工行业最有发展前景的技术之一。其技术关键是填充母料的造粒问题,因为纳米粒子易于凝聚成团,如果直接添加到树脂中难以分散均匀,因此需要研发新型双螺杆挤出机和高速、高效节能配混设备。
纳米阻燃塑料是将纳米级无卤阻燃复合粉末经表面改性制成的阻燃剂利用纳米技术添加到塑料中制成。由于纳米材料的粒径超细,经表面处理后具有相当大的表面活性,燃烧时其热分解速度加快,吸热能力增强,从而降低基材表面温度;同时能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层,可隔热、隔氧、抑烟、防熔滴,从而起到阻燃作用。另外,纳米级阻燃剂与塑料有很好的匹配性,热稳定性高,阻燃持久,消除了普通无机阻燃剂由于添加量大对材料力学性能和加工材料污染环境带来的缺陷,而且可以取代有毒的溴类、锑类阻燃材料,有利环境保护。这类阻燃塑料有望作为汽车内饰塑料件的升级换代产品,还可用在电熨斗、微波炉、电饭煲、电视机,各种照明器具以及所有电器的插头和插座等部位。
纳米抗菌塑料已经用于冰箱、空调等家用电器的某些部件作为家电新品被推向市场,但由于价格昂贵尚未普及,今后随着人们生活水平的提高和对生活质量要求的提高,还可广泛用于冰箱把手、门衬、抽屉等部件,洗衣机的不锈钢筒、洗涤水泵和波轮等部件,以及空调器、电话、热水器、矿化水壶、微波炉、电饭锅等家用电器,使人们的生活远离病菌。其抗菌原理在于塑料中或塑料表面加入了二氧化钛、氧化锌和沸石、磷酸复盐等纳米抗菌剂。纳米抗菌剂之所以有很好的抗菌性能是因为:比表面积大,增加了与细菌的接触面积,从而提高了抗菌效果;同时由于粒径超细,依靠库仑引力可穿透细菌的细胞壁进入细胞体内,破坏细胞合成酶的活性,使细胞丧失分裂增殖能力而死亡。
将纳米级的二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中就制成了抗紫外线老化塑料。这种塑料能够吸收和反射紫外线,比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上,如果作为暴露在外的车身塑料构件材料,能有效延长其使用寿命。
将纳米级铁氧体类和稀土类等超磁性物质与塑料混炼即制成磁性良好的塑料磁铁,可大量用于微型精密电机的转子和定子的零部件,电冰箱门封磁条,电视机、收录机、录像机、电话机、扬声器等家用电器的零部件。
科学家在20世纪80年代中期发现某些塑料具有半导体特性,只是导电速率很慢。后来又进一步发现,通过在塑料内部掺入碳黑、金属粒子等物质,可使其导电性能大大改善。目前导电塑料的科技前沿在于利用纳米颗粒在高分子基体中的分散技术,从碳材料入手(结构碳黑、膨胀石墨、气相碳纤维、碳纳米管等),进一步探索非染色性导电体系,在保证材料基本物性的前提下降低其体积电阻率或表面电阻率,使其能在抗静电材料、电磁屏蔽材料甚至导电材料的广泛领域得到应用,即发展纳米导电塑料。一旦技术成熟,塑料将在芯片、太阳能电池、显示屏等电子产品领域和硅晶体平分秋色。
塑料芯片可以利用与干丝网印刷或喷墨印刷技术相似的方法由导电塑料制造。这种新型芯片可大大减少计算机的体积,显著提高计算机的运算速度。由于晶状硅芯片和非晶状硅芯片都硬脆易碎且比重大,都不是可供大消费品选择的佳品,因此取代非晶硅是塑料芯片短期内的目标。目前,已有多家IT业大公司宣布成立塑料芯片的研究项目,如IBM、三菱、日立、朗讯、施乐、飞利浦和Hoechet公司等。
塑料太阳能电池的最大优势是制造简易,耗能极少,成本低廉,因而可解决长期以来硅太阳能电池制造中耗能太大以及成本高昂的瓶颈问题,因此其应用前景十分看好,但仍有待于解决太阳能转化率低的技术难题。
导电塑料制造的显示屏可用于移动电话手机和微型电视等。导电塑料还可用作摄影胶片的抗静电剂,计算机屏幕的防电磁辐射装置,以及用于空调器的除尘,还可用作智能型窗户的防紫外线装置等。导电塑料兼有易加工和导电的双重优点,只需采用挤压成型法就可以生产出各种型号的印制电路板,这些印制电路板可以广泛应用于家用电器、电子机械和汽车部件等。由于目前计算机一类的自动化设备的集成电路越来越密集,而且不断微型化,这就要求导线也微型化,而导电塑料可以做得很细,比较容易满足这一要求。据专家预测,未来集成电路机器人的内部线路将完全由导电塑料做成。
导电塑料最前沿的研究方向在于同生命科学相结合的人造肌肉、人造神经上,但人的感知与电信号的关系还需要深入探索,因此纳米导电塑料在这方面的应用还只是梦想而已。不过,导电塑料目前取得的一系列重大进展已经向世界宣告———塑料电子学时代即将到来。
除了上述纳米功能塑料,还有一类功能塑料也日益引人注目,主要指用于取代玻璃的光学塑料。
塑料光纤是一种有望取代石英光纤和玻璃光纤的光学塑料,欧日美等国现在已把它用于短途传输,如汽车、医疗器械、复印机等领域,目前的发展趋势是进一步提高其性能并拓宽其应用领域。塑料光纤不但可用于信息传输,还可用于照明。同电灯照明相比,塑料光纤照明是一种融环保、安全、节能、维修方便、效果独特于一体的装饰照明新方式。用于古建筑物及文物照明,可避免因紫外光作用使图书文物、木结构等建筑物加速老化。
用于油库、矿区等严禁火种入内的危险场合,可避免明火和有电会造成大火的危险。用于阴暗的地下室、隧道照明,可将太阳光直接加以利用,节省能源。
随着加工工艺的日益完善,塑料向镜片玻璃的另一重要应用领域———镜片也发起了冲击。随着高精度塑料镜片的问世,由于它和玻璃镜片相比不需经历一系列的研磨和抛光步骤,只需注射成型,甚至一片单一的塑料镜片就可以取代整个玻璃镜片组系统,且有易于自动化生产的优势,有望被用于数码相机、摄像机、投影式电视和光驱等消费性电子产品领域。
2.发展工程塑料及其合金近年来,随着石油价格逐年走高,沙特等中东国家在赚取高额利润的同时,利用本土的低油价优势,纷纷和跨国公司合资合作建厂,由单纯油气资源出口向石油工业上下游一体化的方向发展,其产品大部分用于出口,出口目标主要为中国和欧洲。俄罗斯和东亚各国也在努力提高以聚乙烯为代表的树脂通用料的产能。因此未来随着通用塑料的树脂生产技术被普遍掌握,树脂通用料可能产能过剩,利润率大大降低,因而世界知名的塑料企业都把目光瞄向汽车/家电树脂专用料、特种工程塑料等科技含量高的高端塑料产品。
合成树脂专用料是技术和市场紧密结合的产物,其应用领域广泛,要求多样,因此树脂产品的专业化和多样化是塑料树脂原料生产的发展方向。聚烯烃(PO)占据了全球塑料市场的半壁江山,大多数新的或扩建的聚烯烃生产能力将来自非洲、中东地区,而作为聚烯烃工业的核心———催化剂技术则是为市场提供高附加值产品的主要来源。因而近年来各大公司均加强了聚烯烃新型催化剂的研发和推广应用工作,其中茂和非茂催化剂是当前催化剂行业研究和开发的热点。此外,某些通用塑料的改性品种如改性PP和PE、热塑性弹性体、ABS等性能可接近或超过通用工程塑料,也成为各大公司开发汽车/家电树脂专用料的主要原料。
尽管某些通用塑料改性品种可代替部分工程塑料在常温下使用,但在100℃以上的高温下就非工程塑料莫属了。因此虽然在消费总量上来看工程塑料行业是个很小的行业,但由于其下游消费行业多为汽车、电子等利润率高的高新技术行业,因而世界各大公司纷纷采用本土化战略,利用技术欠发达国家廉价的资源和人力合资或独资建厂,并设立技术中心,以满足当地市场的庞大需求。同时对于科技含量更高、主要消费市场在发达国家的特种工程塑料则在发达国家本国生产。特种工程塑料由于近年来代替金属在各种手术器械和其它医疗器械产品的应用表现出色,性能优异,大受市场追捧,销量大增,成为生物医用塑料中冉冉升起的一颗新星倍受瞩目。
它们在电子、化工等工业领域取代金属作为轴承、密封件等特殊部位的零部件,既耐高低温,耐酸碱和溶剂的腐蚀,还有自润滑功能,已经受到越来越多制造业界的关注。据专家预测:美国2008觸2013年这6年里,特种工程塑料如PPS、PI、PEEK等原料的年消耗量将比现在至少增加5倍或更多。目前世界上产量最大的特种工程塑料品种是PPS,预计到2008年需求将达8万吨/年,因此雪佛龙菲利浦斯化学公司、Ticona与韩国Kure鄄ha在美国的合资Fortron公司都宣布将其PPS产能翻番。聚醚酰亚胺(PI)是另外一种产量达到万吨级的特种工程塑料,其综合性能优异,热分解温度高达500℃以上,在-269℃的液氮中也不会碎裂,在极宽的温度范围内都具有良好的机械性能,耐辐照性能、介电性突出,热膨胀系数低,耐溶剂腐蚀,被称为是“解决问题的能手”,并认为“没有PI就不会有今天的微电子技术”。
在已经产业化的特种工程塑料(PI、PPS、聚醚砜类、聚醚酮类)发表的各国专利中,PI占有绝对的主导地位,比如在世界专利中占88%,在美国专利中占60%,在日本专利中占87%。目前,热塑性聚酰亚胺主要用于汽车发动机部件、油泵和气泵盖、电子/电器仪表用高温插座、连接器、印刷线路板和计算机硬盘、集成电路晶片载流子、飞机内部载货系统等。
2005年PI的全球消费量为4.5万吨,其中美国、西欧和日本的消费量超过了3万吨。全球主要的PI生产厂家约50余家,其中美国14家,西欧11家,日本13家。美国杜邦、GE和日本尼桑等PI的生产厂家都计划成倍提高PI产量。
为了提高现有塑料的综合性能,除了采用添加塑料助剂的方法,人们还发明了塑料合金和纤维增强塑料(FRP)。所谓塑料合金就是把两种或两种以上塑料品种进行混炼接枝或反应接枝得到的塑料,FRP则顾名思义是指以玻璃纤维、碳纤维、尼龙纤维、硼纤维等纤维增强的塑料。
塑料合金能显著改善或提高现有塑料的性能并降低成本,可广泛用于汽车、电子、精密仪器、办公设备、包装材料、建筑材料等领域,已成为塑料工业中最为活跃的品种之一,增长十分迅速。
最近十几年,世界塑料合金的年均需求增长率为10%左右,其中附加值最高的工程塑料合金的增长率更高达15%左右,成为各跨国公司积极开发的品种。工程塑料合金泛指工程塑料穴树脂雪的共混物,主要包括以PC、PBT、PA、POM、PPO、PTFE等工程塑料为主体的共混体系,以及ABS树脂改性材料。在美国、欧洲、日本已工业化的塑料合金品种中,工程塑料合金占绝大多数。目前世界塑料合金产品的最大用户是汽车部件,其次是机械和电子元器件。
FRP的轻质高强优点更为突出,一般用在汽车、造船、高速列车和飞机飞船等交通运输工具和基础设施领域用于取代金属,主要消费市场在欧美日等发达国家。
2000年美国每五辆汽车就有一辆为FRP制造车身。欧美SMC(纤维增强不饱和树脂基体的片状膜塑料)产量年递增10%以上,美国SMC产量的80%以上用于汽车。玻璃毡增强热塑性复合材料(GMT)的世界年增长率为25%以上,其中95%用于汽车工业。目前玻璃纤维增强塑料(GRP)作为第一代FRP产品已经走进千家万户,国际上FRP研究的热点早已转移到以特种工程塑料为基体树脂,以碳纤维(CF)、PA纤维、硼纤维等比重更低的纤维为增强材料的先进复合材料(ACM)上。现ACM是目前性能最优异的塑料品种,比如用在美国航天飞机轨道器上的CF/PI复合材料结构耐热能力高达316℃,但由于其在军事方面的应用和价格因素,民用消费市场目前仅限于美欧日等国内的飞机、豪华轿车和赛车的制造。
20世纪末科学家们又发展了一种新的塑料改性技术———原位复合技术,这种技术是指在加工过程中让两种或数种塑料就地形成塑料合金,其增强材料通常为热致液晶高分子(TL鄄CP),这种塑料合金具有易加工、低能耗、可循环加工、增强效果明显等优势,成为近几年来材料研究领域的热点课题。其优异性能主要是由TLCP独特的分子链结构所决定。
TLCP的分子链就像许多根刚性小棒用软绳连接起来的项链,由刚性链节和柔软链节交替连接而成,在熔融加工的过程中刚性链节可沿流动方向上整齐排列,在混合物中呈微纤结构,就像FRP中的纤维一样,冷却固化后这种刚性增强结构被保持下来,故而具有“自增强”特性,呈现出高强度和高模量,其力学性能比普通工程塑料要高得多。采用原位复合技术可以改善超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的加工性。
UHMWPE的耐磨性能超群(是钢铁的8倍),摩擦系数很低(可与聚四氟乙烯媲美),应用范围广泛,我们最熟悉的UHMWPE品种就是厨房切菜用的案板,因为耐磨又不发霉倍受人们青睐。但是由于UHMWPE熔融粘度极高,加工流动性极差,因而不能采用通常热塑性塑料加工的方法直接进行挤出或注射成型,采用原位复合技术可以解决这个难题。利用原位复合技术还可以提高聚四氟乙烯(PTFE)的耐磨性。
PTFE摩擦系数低,耐温高、耐腐蚀性优异,素有“塑料王”之美誉,是特种工程塑料中的明星之一,但因磨耗量大,蠕变大,线膨胀系数大,制品尺寸不稳定,使之应用受到限制。过去通常加入无机或金属填料如二硫化钼、铜粉、玻璃纤维等加以改性,然而加入这些成分后往往会使摩擦系数增加,对被磨材料损伤较大。采用T芽LCP与PTFE进行共混制备的新型氟塑料合金,其耐磨性比纯PTFE提高了100多倍,用在压延机蒸汽加热系统的密封件上,比原先的聚四氟乙烯/石墨/玻纤复合材料使用寿命提高5倍,还可用在轿车发动机节温器和大型液压机的密封件上,及飞机、坦克、船舶等密封件、无油润滑轴承、半导体工业中所需的耐酸碱和耐溶剂轴承、耐热辊、止推垫圈、煤气压缩机活塞环、城市煤气考克栓塞等。利用T芽LCP线膨胀系数小的特点,还可以制备尺寸精度高的氟塑料合金制品,满足电子工业需要的小型、形状复杂的立体电路板和各种插件以及汽车、航空、宇航、核技术等高技术领域的精密制件,为高新技术和国防军工领域提供高性能的自润滑耐磨材料。
3.开发新型高效环保塑料助剂塑料助剂是塑料工业中不可缺少的辅助材料,其机理研究、品种开发和应用效果直接关系着塑料制品加工技术水平的提高,随着塑料制品的应用领域不断拓宽,塑料助剂的作用越来越重要。为此,国外各大公司及研究机构都非常注重这类应用广泛、高附加值的精细化工产品的开发,呈现出一些新的趋向。
首先,生产大型化、产品专用化。现在一些应用广泛的助剂,如增塑剂、热稳定剂等,由于市场需求的不断增加,生产规模不断扩大,技术开发也向着生产大型化、产品专用化发展。增塑剂是世界产量和消费量最大的塑料助剂之一,目前国外的研究重点是开发具有特殊性能和用途的增塑剂;在工艺方面已废除了无催化剂工艺;在产品方面,占主导地位的DOP已趋向于大型化生产,并且开发出电气绝缘级、食品包装级、医药卫生级等专用品种。
其次,更注重环保。比如阻燃剂这种赋予聚合物制品难燃性和抑烟性的功能化助剂,一般分为溴系阻燃剂、氯系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机系阻燃剂几大类。随着环保要求日益严格,目前开发无毒阻燃剂已成为国内外研究热点。其中,具有阻燃和增塑双重功能的磷系阻燃剂正向高功能化、高附加值方向发展;三氧化二锑阻燃剂主要开发超细颗粒和胶体,以增强阻燃效果。此外,国外不少公司正在寻求各种无机阻燃剂复配方法。
芽再如主要用于长效农膜生产的光稳定剂,目前以高效多功能、无毒的受阻胺类为主,并呈现高分子量化、低碱性化、多功能化、反应型和官能团多元化等特征。
第三,开发高效、多功能产品。随着人们对产品质量、性能要求的提高,开发高效、多功能的塑料助剂产品,已成为国外大公司和科研机构的重点。比如抗氧剂以复配型产品为主,尤其是高分子量产品开发热潮不减,以实现产品热稳定性好、不污染、不变色的特点。而塑料包装业特别是用于食品和医药包装的塑料生产厂商,对维生素E类抗氧剂表现出极大兴趣。
在其他类型的助剂中,抗静电剂、抗冲改性剂等品种已形成系列化,用量迅速增加。另外,还有一些功能助剂也已开始形成市场规模,如发泡剂、润滑剂、着色剂、偶联剂、生物抑制剂、防雾剂、增强剂和填充剂、成核剂、降解剂等,尽管需求量还相对较少,但发展前景不容忽视。
4.改进塑料加工技术挤出、注射、吹塑是塑料制品的三大基础加工工艺,消费市场对塑料制品性能要求的不断提高,促进了加工技术的革新。
就挤出加工方面而言,无需预干燥的片材挤出技术,管材挤出自动变径技术,特大、超长管材的挤出加工,发泡薄膜的挤出,多层、薄壁医用制品挤出,超大车用进气管共挤吹塑技术,高填充塑木复合材料挤出工艺,新型双螺杆塑木挤出设备及技术等都引起世界塑料加工企业的关注和重视。
在世界注塑机市场,具有高精密、节能等优势的全电动注塑机受到世界注塑领先厂家的推崇,此外,全液压直压式注塑机、油电复合注塑机也引人注目。目前注塑机发展的另一个重要方面,是各种专用注塑机,如排气式注塑机、发泡注塑机、多色注塑机等等。
多家吹塑设备供应商纷纷推出全电动吹瓶机,预示着全电动驱动技术在中空成型领域应用的新趋势。吹塑机制造厂家近年还不断改进吹塑的过程控制和制品品质检测技术。采用智能检测和闭环反馈技术,使吹塑机实现自动调整;在吹塑机械上安装摄像机,并与照明及其他系统配合,可在生产过程中实时检测瓶胚和瓶子的颈部、底部、密封、表面及肉眼可见的缺陷,不合格的容器可被自动排除,还可在线检测PET瓶胚的光学性能;采用非接触的红外线技术,可在线快速穴6s雪检测瓶子的壁厚分布。随着各种功能饮料与酒包装市场的发展,各种多层共注—吹塑成型技术也成为市场的热点。
随着世界经济一体化趋势不断深入与国际交往的不断增多,已经很难有“一招通吃”的领先技术。面对企业与企业之间技术差异的不断缩小,在供应设备的基础上,许多供应商开始致力于为客户提供更完善的服务,因而,建立“全面解决方案”供应商的形象成为许多企业面对不断发展的市场的营销策略。
5.发展环境友好塑料世界观察研究所公布的数字显示,全世界每年只有不到10%的塑料制品被回收再利用,仅在美国每年被丢弃的塑料袋就高达1000亿个。目前90%的塑料都是石油化工产品,而石油属于不可再生资源,储量有限,一旦产量下降或者被开采完,将影响到塑料制品产业。因此随着科技的进步,发展可循环使用塑料和可降解塑料成为塑料工业发展的必然趋势。
由于PP、PET和其他通用塑料相比有无毒、易回收等显著优点,因此世界食品饮料工业越来越多地使用PP和PET包装。
据预测,在食品包装用塑料中销售额增长速度最快的将是PP包装市场,其中热塑性PP将增长10.7%,透明PP将增长9.5%,其次是PET,年增长率为9.2%左右。热塑性弹性体(TPE)基于同样的原因———易回收,而且兼具可塑性和橡胶弹性的双重优点,可代替橡胶和PVC使用,发展势头迅猛。其主要品种是聚烯烃类热塑性弹性体(TPO),目前主要生产及消费地区是美国、日本和欧洲。在TPO的消费构成中,约61%用于汽车业,17%用于工业制品,9%用于电线电缆,1%用于建筑领域,目前主要以拓宽产品品种、改进产品性能,降低生产成本、扩大应用领域等为发展主线进行广泛的研究。
目前已经工业化的生物降解塑料品种主要有聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基烷酸酯(PHA)及其共聚物,现在生物降解塑料的主要发展方向为通过物理共混、反应性共混、以及纳米复合等手段在应用技术上降低成本,解决其加工和使用性能的瓶颈制约问题,拓展其应用范围,作为普通通用塑料的竞争品种参与市场竞争,或者通过人工合成的生物降解树脂与天然产物的复合,在保持其可加工性和生物降解性的同时进一步降低材料成本。
中国塑料行业发展趋势我国的塑料工业随着国民经济持续繁荣而快速稳定健康发展,已形成门类较完整的工业体系,成为与钢材、水泥、木材并驾齐驱的新型基础材料产业,其应用领域已远远超越上述三大产业。我国的塑料树脂、塑料制品和塑料机械产业已具备一定的实力参与国际竞争,中国塑料工业已步入世界塑料大国行列,正在向世界塑料强国迈进。
在当前国家大力发展循环经济、建设节约型社会的政策环境下,塑料行业的发展趋势为:大力发展农用、包装、建筑塑料和汽车/电子用工程塑料,继续努力自主创新,以技术降低成本,提高产品竞争力,向节材、节能、节水方向发展,提高塑料的再生利用率,实现可持续发展。
1、农用塑料及土工合成材料优先发展农用塑料主要包括农膜和节水农用器材等,是国家全面建设小康社会建设新农村重要的生产资料,为了满足发展现代农业的需要,应该放在优先发展的位置,提高性能,同时加强对这些材料在环境科学合理处置方面的研究。
农膜是继化肥、农药之后的第三大农业生产资料,它的应用给我国农业带来了一场革命,对增产粮食和丰富人们的菜篮子作出了重要贡献。国内农民在选择农膜上已经经历了从重价格到重质量的改变,这对今后农膜市场的影响深远。在经过原料价格高涨、电价上调、运费上涨的严峻考验后,今后农膜重点生产企业实力将不断增强,而小型企业的生存空间将再次被压缩,农膜行业有望结束假冒伪劣产品盛行、低档普通产品垄断市场的格局,步入优质产品统领市场的良性发展轨道。农膜行业的一个不容忽视的问题就是田间地头白色污染的泛滥。尤其是地膜,由于厚度小,其回收很难,大量废弃在田地里很容易造成土地的板结。因此可降解地膜是地膜发展的主要方向,但目前可降解膜的价格仍然较高,且降解后的生成物对环境的负面影响还不能完全消除,有待于继续深入研究。
我国是世界13个人均水资源最贫国的国家之一,全国农业用水占总用水量的80%,其有效利用率仅45%,而发达国家有效利用率达70%。我国18.3亿亩耕地,只有7亿多亩可保证灌溉。根据我国节水灌溉“十一五”发展规划,到2010年全国要新增节水灌溉面积3亿亩,可实现节水40%以上、拥有自主知识产权的膜下滴灌技术推广应用前景极为广阔,塑料节水器材将大有用武之地。
土工合成材料是指用于岩土工程和土木工程等工程建设用的聚合物材料总称,以塑料复合材料为主,广泛应用于水电、水力、环保、铁路、公路、建筑、矿业、港口等工程领域,与基础设施建设和生态环境保护密切相关,因此也是我国应当优先发展的领域。我国现在常用的土工合成材料多以PE、PP、PVC、PET制造,性能上还有一定缺陷,价格也偏高,今后应进一步降低生产成本;同时研究提高产品的抗腐蚀、抗老化性,降低产品的蠕变性,以适应不同环境的需要;还应严格控制土工膜的制造缺陷和提高焊接质量,以提高防渗效果。
2、打造大宗塑料制品自主品牌大宗塑料制品(管材及管件、异型材与门窗、注塑制品、压延制品、滚塑与中空制品、双向拉伸材料、薄膜等)主要应用在包装和建材等民用领域,是关系到人们生活质量品位时尚和建设资源节约型、环境友好型社会鼓励快速增长的新型材料,市场前景良好,但目前的生产尚未形成较大规模。以塑料建材为例,PVC塑料门窗保温性能优异,比普通钢门窗采暖能耗可节省17%左右;泡沫塑料作为一种技术已成熟的建筑节能材料,如能尽快工业化,将是节能、隔热很大的突破。到2010年中国城镇建筑要达到节能50%的设计标准,维护保温要承担大约70%的节能任务,其中墙体则又占了2/3。中国每年新增建筑面积为20亿平方米,另外还有400亿平方米左右的高耗能建筑物亟需加保温层,为塑料保温材料提供了一个巨大的市场。此外,包装用塑料的市场规模也不断扩大。其中热塑性塑料市场的霸主是垄断薄膜和塑料袋市场的PE,稳居热塑性塑料市场第二把交椅的是PP。由于PP成本低、强度高,可用于从低档到高档的家用电器和汽车零部件,目前正在快速代替其它非聚烯烃树脂如PET、PS、PVC等,其增长速度也非其他塑料品种可比。
随着国家政策的发展推广及市场信息应用的认可,我国的通用塑料制品市场将逐渐向经济规模方向发展,着力点在于打造自主品牌,提高质量,增加品种,向多样化、系列化、专用化、高性能化的方向发展,以扩大高端市场份额,满足市场需求。
3、提高工程塑料制品及其复合材料的创新能力由于有着下游消费行业汽车、办公设备、电子电气、航空通信等的强力支撑,工程塑料发展的动力充沛,预计年均消费量将增长18%,技术含量较高,行业利润率也较高。预计到2008年我国五大通用工程塑料总需求量约100万吨,到2010年将达到170万吨。而与此同时,中国国内工程塑料技术开发主要集中在使通用塑料工程化、高性能化和低成本化,而对工程塑料树脂的工业化合成生产停滞不前,高附加值的特种工程塑料合金的生产几乎处于空白,每年进口量占需求总量的60%以上,这与国内蓬勃发展的市场需求不相适应。因此国家将工程塑料作为塑料化工行业发展的重中之重,要求大力提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力,加强工程塑料及其合金、复合材料的工程应用设计、使用寿命预测研究,并研究其生命周期结束后环境消纳的途径。
4、提高塑料加工技术和工艺塑料制品加工技术和工艺的提高在很大程度上决定于塑料机械和模具的精密程度。我国已成为塑机生产大国和消费大国,但还不是塑机强国,突出表现在一些大型精密设备还不能实现国产化,自动化程度比较低。中国加入世界经贸组织穴WTO雪后,国外的机械制造业加速对华转移,给中国塑料机械行业带来了发展活力,同时也使中国塑料机械制造企业充满了机遇与挑战。因此我国塑料机械和模具工业今后的主要发展方向将包括:提高塑料机械和模具的设计与制造能力,推广塑料机械的变量控制、变频控制和伺服控制等先进技术的应用,扶持节能降耗塑料机械的研发和推广,提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例,提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率,应用优质模具材料和先进的表面处理技术,在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术,推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术,开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。
5、加强废弃塑料再利用及降解塑料的研究开发由于原油价格持续保持高位,塑料树脂新料价格大幅上涨,随着塑料的大量应用和国家对环境保护的重视,废旧塑料再生利用已日益引起重视,但目前国内废弃塑料回收率还比较低,因此需要建立起全社会全方位的综合回收处理体系,建立科学合理的再生利用系统,也需要政府及有关部门如行业协会的有效配合制定相关条例加以保证。
由塑料与木质纤维构成的塑木复合材料可有效利用废弃塑料,完全替代木材,避免树木砍伐带来的资源紧缺和生态危机,具有良好的综合性能和绿色环保特性,不仅在环保、再生资源综合利用方面存在优势,还有良好的市场推广应用价值。
随着2008年北京奥运会的一步步临近,环境问题、垃圾处理问题的解决变得越来越迫切。据估计,北京奥运期间将产生10000吨以上垃圾,其中大部分为餐饮垃圾,包括400吨的不可回收塑料垃圾。是否能科学处理这些垃圾,将直接关系到“绿色奥运”理念的落实。因此,除了加强废弃塑料再生利用,还要加强降解塑料的研究开发,注重能源、资源节约和合理利用,大力发展循环经济。
总之,中国塑料行业的目标就是要努力加强技术创新,提高创新能力,改进加工工艺,打造自主品牌,在满足社会需求的同时重视环境保护,节约能源和资源,使塑料行业的迅速发展与环境保护协调起来。