我国改性塑料行业“十一·五”期间发展概况及“十二·五”展望

刘英俊

(中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会,北京100048)

我国改性塑料行业“十一·五”期间发展概况及“十二·五”展望

刘英俊

(中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会,北京100048)

介绍了改性塑料行业在“十一·五”期间的发展状况,在“十一·五”期间,改性塑料行业已经发展成为主营企业近1000家,相关的助剂、添加剂企业和配混加工设备制造企业200多家,就业人数十几万人的新兴行业;并且开发出了丙烯腈-氯化聚乙烯-苯乙烯共聚物(ACS)、聚酰胺/丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物(PA/ABS)合金、高阻透纳米复合聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶和薄膜、新型浅色抗静电填料、新型滑石粉母料、环境友好改性塑料、碳纤维增强工程塑料等新型改性塑料产品;最后提出“十二·五”期间改性塑料行业发展的主要任务和趋势。

改性塑料;第十一个五年规划;第十二个五年规划;发展概况;展望

0 前言

伴随着改革开放30年的步伐,我国塑料加工产业获得持续快速发展,从20世纪80年代初年产塑料制品近1000 kt发展到当前年产近80000 kt,已成为名副其实的塑料大国,而且正在向塑料强国的宏伟目标迈进。塑料制品加工产业的持续快速发展得益于大型石油化工企业提供越来越多数量和品种的合成树脂,也得益于助剂、添加剂行业、机械制造行业提供大量辅助原料和加工设备,甚至得益于我国对外贸易提供几乎占总需求一半的进口原料,但不可否认的是我国改性塑料产业的崛起和快速扩展,为整个塑料加工产业的发展做出了重要贡献!

塑料改性是一门科学,从广义上来说,凡是能降低塑料制品原材料成本、提高某些方面的性能或赋予塑料材料新功能的方法、途径都应称之为塑料改性。在塑料加工工业刚刚起步的年代,塑料改性技术仅作为塑料制品及材料加工企业生产过程中的一部分,一个车间、甚至一个工段、工序,而随着整个塑料加工行业的成长,急需在大型石化企业和塑料制品及材料加工企业之间存在一个以生产过渡性专用颗粒料为主打产品的行业,将大型石化企业生产的通用合成树脂加工成不同类别、不同层次的塑料制品及材料,以满足加工企业对多规格品种、多种特点和性能的专用粒料的需要,这就是以塑料改性学术和技术为基础的、且已经达到产业化生产规模的改性塑料行业。

1 改性塑料行业发展历程及主要成绩

自20世纪80年代初改性塑料行业应运而生,并迅速成长,到今天已成为整个塑料加工行业的一支战功卓越的方面军,充当着促进整个行业发展的先锋作用。尤其是在“十一·五”期间,在科学发展观的指引下,更是取得令人瞩目的成绩。

1.1 改性塑料行业在”十一·五”期间已基本实现了行业的专业化、规模化和功能化

根据2010年中国改性塑料行业十佳企业评选活动中各改性塑料企业上报的数据分析,全国已有以改性塑料产品为主营业务的企业近1000家,就业人数达十几万人。此外还有与改性塑料行业密切相关的助剂、添加剂企业和配混加工设备制造企业200多家。一个活跃在大型石油化工企业和塑料制品加工企业之间的由改性塑料及相关配套的1000多家企业形成的改性塑料大军已经形成,基本实现了行业的专业化、规模化和功能化。

改性塑料产品主要分为三大类,一类是以粉体材料为主要原料的填充改性塑料产品,包括活性粉体、填充母料和粉体材料占20%～30%的改性塑料专用料;另一类是以不同类别的高分子材料经过共混制成的“塑料合金”专用料,ABS/聚碳酸酯(PC)合金、PA/ABS合金、聚丙烯(PP)/PA合金等;第三类是为达到电、光、热、燃烧等方面的功能性,综合使用功能性填料和不同类别的高分子材料,以及适量的相容剂、增韧剂而制成的功能性专用料,如阻燃ABS、无卤阻燃 PP、汽车保险杠、仪表板专用料等。

三大类改性塑料产品的年总产量已超过3000 kt,三大类产品所占比例分别为50%、35%和15%左右,即 1600 kt、1000 kt和 600 kt左右。

金发科技股份有限公司在从事改性塑料加工、经营和研发的企业中起领军作用,2010年产量已超过600 kt,营业额超过了100亿元。年产量在10～50 kt的知名企业有上海心尔新材料科技股份有限公司、南京聚隆科技股份有限公司、常州塑金高分子科技有限公司、青岛宏信塑胶有限公司、浙江俊尔新材料有限公司、浙江通力改性工程塑料有限公司、福建奥峰科技有限公司等30多家以改性塑料专用料为主导产品的第一梯队骨干企业,同时有北京大正伟业塑料助剂有限公司、河北金天塑胶新材料有限公司、济宁得亚利聚合体有限公司、天津玉泉工贸有限公司等50多家以填充母料和填充改性专用料为主导产品的第二梯队骨干企业,而10 kt以下年产量的改性塑料企业遍布除西藏、海南、青海之外的所有省份。为改性塑料企业配套的助剂、添加剂和配混设备加工制造企业更是和改性塑料行业结下了牢固的、不可分割的密切关系。知名度很高的企业有南京科亚化工成套装备有限公司、南京橡塑机械厂有限公司、科倍隆(南京)机械有限公司、南京昌欣机械设备有限公司、南京聚力化工机械有限公司、昆山科信橡塑机械有限公司、海城金昌科技开发有限公司、石家庄德倍隆科技有限公司、石家庄星烁实业公司、爱丽汶森(北京)科技有限公司、张家界鑫彤飞碳酸钙开发有限公司、青岛邦尼化工有限公司、江西广源化工有限公司、福建思嘉环保材料科技有限公司、四川石棉巨丰粉体有限公司、西安亿海塑业有限公司以及承德金建检测仪器有限公司等,还有一批具有多项科技成果并以改性塑料为主要教学科研内容的大专院校、科研院所和科技型企业,如清华大学高分子研究所,他们不仅将科技成果不断产业化,极大地促进了企业的技术进步和产品升级,而且为行业输送了大批专业人才,成为该领域的学术带头人、专家和技术骨干,是改性塑料行业持续快速发展的最强大的动力。

1.2 通过思维创新、技术创新和产品创新,营造出行业的持续快速发展和繁荣的局面

在过去的30年间,特别是在”十一·五”期间,改性塑料行业通过思维、技术和产品的创新,使行业得到持续快速的发展。以下列举已实现产业化或取得阶段成果的几个实例。

1.2.1 ACS

ACS是在氯化聚乙烯(CPE)橡胶弹性体上接枝上丙烯腈(A)和苯乙烯(S)单体而成的接枝共聚物,它是用饱和的橡胶弹性体CPE代替了含不饱和键(双键)的聚丁二烯弹性体,因此具有比ABS更佳的耐候性,同时还具备一定的抗静电性和阻燃性。从表1可见,ACS的耐老化性优于丙烯腈 -苯乙烯 -丙烯酸酯共聚物(ASA)、ABS。ABS经耐候试验仪短期照射,即会泛黄,而ACS照射1000 h后仍不变色,其他树脂都有不同程度的变色。

表1 ACS、ASA、ABS室外老化性能比较Tab.1 Outdoor aging properties of ACS compared with ASA and ABS

1.2.2 PA/ABS合金

PA/ABS合金不需要添加亚光剂就可以带来特殊的表面柔和亚光效果,它充分发挥了PA优异的抗化学腐蚀性、热稳定性和ABS良好的尺寸稳定性、低温抗冲击性,同时结晶材料与无定形材料的结合使 PA/ABS合金还获得良好的减震和吸音性能,非常适合汽车内饰件的制造。表2为PA/ABS合金在汽车内饰件方面的应用,表3为国内某公司生产的 PA/ABS合金的力学性能。

表2 PA/ABS合金在汽车内饰件方面的应用Tab.2 Application of PA/ABS alloy in the automotive interior parts

表3 PA/ABS合金的力学性能Tab.3 Mechanical properties of PA/ABS alloy

1.2.3 高阻透型瓶、薄膜用纳米复合PET

北京崇高纳米科技有限公司将层状硅酸盐以纳米级(约30 nm厚、1000 nm长宽)的尺寸分散在 PET中,硅酸盐以层状取向形成马赛克式排布,可大幅度提高PET的阻透性,降低氧气渗透率,同时还可显著提高PET强度和耐热性。

高阻透型纳米复合PET树脂的表观特性黏度为0.72 Pa·s,氧气透过率较纯 PET降低30%,可用于增强、增强阻燃、增韧、低翘曲等工程塑料的加工,也可用于高阻透要求的PET包装瓶、薄膜的制品加工。

1.2.4 新型浅色抗静电填料

将不导电的非金属矿物粉体表面上沉积一层具有一定导电性的物质制成浅色导电填料应当成为解决塑料材料抗静电的新思路。

根据SnO2晶体中如掺杂一定量的其他金属离子使其晶格产生缺陷即能具备半导体特性这一原理,在廉价的石英粉末表面包覆一层掺杂Sb2O3的SnO2,制成以石英为核,表面可导静电的浅色抗静电填料。实验室制成的这种抗静电填料本身的电阻率为6×106Ω·cm,用于配制抗静电涂料,其电阻率达1.57×107Ω·cm,抗静电性能达到国家“液体石油产品抗静电安全规程”标准的要求。

1.2.5 滑石粉在塑料编织制品中的应用

用滑石粉代替重钙粉做填充母料的应用效果表现在以下几个方面:(1)扁丝外观晶莹剔透,呈高档感;(2)无粉尘污染;(3)静电现象大大减轻;(4)不纰丝;(5)拉丝机出口处糊料少,物料膜片光滑、带水少;(6)易达到食品卫生要求;(7)同高档碳酸钙母料相比,滑石粉母料对PP力学性能的影响更优,如表4所示。

表4 添加不同母料的PP的力学性能Tab.4 Mechanical properties of polypropylene with different masterbatches

辽宁金昌科技开发有限公司研制的以粒径5μm滑石粉为主要原料的填充母料(EX-18),在 PP扁丝中应用取得优异效果。除前面所述各项优点全部具备外,在 F401中应用的具体性能数据如表5所示,达到国标 GB/T 8946—1998的要求。

表5 添加30份EX-18滑石粉母料的PP扁丝的性能Tab.5 Properties of polypropylene flat wire added 30 phr EX-18 talc masterbatch

1.2.6 可环境消纳塑料

塑料材料及制品的广泛应用产生的一个不容回避的负面影响就是“白色污染”。虽然这种对环境的影响更多地体现在视觉感官上,还不至于像汽车尾气或残留农药那样对人造成直接的危害,但仍然要从长远的角度来认真对待这一问题。最主要也是最科学的解决办法是加强回收并加以合理的再生利用,而且要从产品设计、选材开始就考虑到使用后的回收利用,同时通过再生利用技术的进步和创新,提高再生塑料的经济价值,利用市场和经济效益的杠杆,提高回收再利用的积极性。但是不容否认的是,有相当部分的塑料制品,特别是一次性使用的包装制品和医用塑料制品,或者回收成本过高,或者不允许再次使用,只能加以焚烧处理,那么就需要有相应的技术使之尽可能安全地、代价尽可能微小地返回自然环境。在没有更好的材料来代替这些塑料材料及制品时,一味地靠行政法规、法令禁止生产和禁止使用是不现实的,而应当通过塑料改性技术使其具有“可环境消纳”性。

“可环境消纳”指的是塑料在废弃后能适应“垃圾的掩埋、堆肥和焚烧等综合治理方式,可在自然或人为的环境条件下,在尽量短的时间内充分地与环境同化”。福建师范大学化学与材料学院的发明专利“可降解可焚烧 PE塑料”(ZL99111037.)已于2004年5月获得专利授权,这种添加有经生物活性处理的无机粉体和光敏剂的塑料,既可降解又可在焚烧时减少废气对环境的影响。使用聚合而成的粉状树脂加入适量的无机粉体材料和必要的助剂可以生产“可环境消纳塑料专用树脂”,这种专用料与普通塑料的树脂价格相当,加工而成的制品使用性能可以达到相应的国家标准要求,制品成型加工设备、模具无须改动,生产原料单一、操作方便、工艺稳定,塑料制品在使用后进入自然环境或人工处置环境后有利于环境消纳,最终回归自然,减轻“白色污染”的危害。

1.2.7 碳纤维增强工程塑料

碳纤维增强PA是具有高性能的高科技复合材料,在笔记本电脑、风力发电设备、轴承齿轮、纺织机械等方面已被大量使用,年需求量近万吨,在我国军事工业、航天、航空等方面的应用更是其他材料所不可能替代的,即将于2012年诞生的我国自己制造的大型飞机也将使用这种具有高强度同时又具有高刚性的高分子复合材料,其市场需求量将迅速增加。

碳纤维增强PC、聚醚醚酮(PEEK)等工程塑料同样也意义重大。国家高度重视碳纤维复合材料(CFRP)的研制和生产,国家发改委将“碳纤维复合材料国家工程实验室”列入贯彻落实《国家自主创新基础能力建设“十一·五”规划》,建设若干国家工程研究中心和国家工程实验室项目,达到“促进转变经济发展方式,推动产业结构优化升级,加快高技术产业发展”的效果;科技部也把《高性能碳纤维关键技术开发》列入国家高技术研究发展计划(863计划)。

1.3 改性塑料的广泛应用有利支持了各行业的发展

2010年我国汽车产销量已达到1800万辆,汽车保有量已超过1.0×108辆,洗衣机、冰箱、小家电、节能灯具、玩具、笔记本电脑、手机等已普及到千家万户和几亿人手中,这些产品所用的材料中有大量的塑料材料,而且主要是经过改性的塑料。这些改性塑料首先是从功能上满足使用要求,其次是要求具有高的性价比,同时还要满足环保、安全的要求。在实际应用过程中,下游行业不断地给改性塑料行业提出新的任务,既是机遇,也是挑战。图1为改性塑料在汽车、家电等几个主要领域应用比例情况。

图1 改性塑料的应用领域Fig.1 Applications of modified plastics

2 改性塑料行业在国民经济和社会发展中的重要作用

2.1 节约树脂原料,在降低塑料制品及材料的原料成本方面成效显著

在合成树脂紧缺的20世纪80年代,以碳酸钙为主要原料的填充母料在塑料打包带、编织制品、管材、型材、片材、板材等众多塑料制品中替代部分合成树脂,在填充塑料制品完全达到使用性能要求的前提下,少用10%～30%的合成树脂,不仅大大降低了塑料制品的原材料成本,而且对缓解当年树脂稀缺、原料难求的局面起了一定的作用。

随着经济形势发展,合成树脂的国产数量迅速增多,从国外进口树脂也更加容易,价格双轨制取消,作为塑料制品加工企业不但没有减少对改性塑料产品的需求,反而在数量和品种上提出更多、更高的要求,因为改性塑料不仅继续担负着节约石油基树脂的光荣使命,而且成为塑料制品加工企业通过性价比提高自己产品市场竞争力的有力手段。

2.2 赋予塑料材料新功能,扩大了塑料材料应用领域

大型石化企业生产的通用牌号合成树脂往往不能满足用户多样化、特殊性能及功能的需求,如适当的刚性、韧性、强度,在电、热、光、磁等方面的功能性以及耐候、阻燃、着色等方面的要求,单一牌号的普通树脂不可能满足,而改性塑料加工企业生产的产品恰恰可以以多品种、多规格地,针对性极强地提供相应的产品给下游用户。

2.3 为废弃塑料再生利用开辟出全新之路

废弃塑料的种类和数量急剧增加,从环境的角度已引起社会的广泛关注。废弃塑料是宝贵的资源,在其材料的性能远未达到生命终点的时候,合理地、多次反复地将其视为资源再生加工利用是必然的,但要注意在再生加工时一是尽量保持塑料材料仍具有的性能,二是尽量避免对环境带来新的负面影响。在过去的十几年中,塑料改性技术的进步为这一目标提供了有力的支撑。例如相容剂的合成及在塑料合金中的应用、不同种类塑料复合材料的加工以及对不同老化程度塑料的鉴别与改性等,都取得与传统简单再生工艺完全不同的高值化和环保化再生利用效果。

2.4 为就业和发展地方经济做出不可小视的贡献

非金属矿物粉末是塑料改性常用的原料,碳酸钙、滑石粉、高岭土、重晶石粉、硅灰石粉等粉体材料的年用量已超过10000 kt。日益攀升的需求打开了富有资源的贫穷地区的致富之路,东北的海城地区、四川的宝兴、石棉地区、广东的连州地区、广西的桂林、贺州地区、江西永丰地区、湖南的张家界地区等诸多非金属矿蕴藏丰富的地方都已形成塑料用矿粉的产业,并且都在向矿粉深加工,制造以矿粉为原料的母料和专用料,成为地方经济的支柱产业。同时由于非矿粉体及深加工产品初始投资门槛低、加工技术容易掌握、产品市场容量大,扩大了就业、活跃了地方经济。

3 “十二·五”期间改性塑料行业的发展思路和主要任务

从2011年开始的“十二·五”时期是全面建设小康社会的关键时期,是深化改革开放、加快转变经济发展方式的攻坚时期。中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建设中提出:

坚持走中国特色新型工业化道路,必须适应市场需求变化,根据科学进步新趋势,发挥我国产业在全球经济中的比较优势,发展结构优化、技术先进、清洁安全、附加值高、吸纳就业能力强的现代产业体系。

思维创新、技术创新和产品创新,是在国内外商战中占领技术经济制高点,取得市场竞争主动权和话语权的致胜法宝,同时也是功在当代,利在子孙,回报人类一片蓝天净土的光荣使命。

科学发展观就是要强调全面、协调、可持续发展,国务院文件指出“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。”“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”,这就要求我们必须转变观念,以新的发展模式和经济增长方式规划行业的未来。具体到我们塑料加工行业就是要运用塑料改性等先进技术,提高塑料材料及制品的性价比,同时要强调在产品设计时就要考虑到绿色生产、绿色消费,要有利于重复使用、再生循环,将石油及衍生的石化产品做为宝贵的资源格外地珍惜,发挥最大的作用。

(1)在行业整体规模有序扩大的情况下,重点培植具有国际先进水平的骨干改性塑料企业,如金发科技股份有限公司、福建奥峰科技有限公司、常州塑金高分子科技有限公司、上海心尔新材料股份有限公司、浙江俊尔新材料股份有限限公司等产品特色鲜明、技术装备强、市场占有率高的20余家公司,并向国际市场进军;

(2)大力鼓励研制生产更多的以相对丰富和价廉的非金属矿物粉体材料代替石油基合成树脂的塑料材料,认真对待和解决使用非矿粉体材料带来的“增重”、力学性能劣化、耐老化性能下降等妨碍大规模推广使用的拦路虎,通过提高性价比达到节约石油资源、低碳节能的目标;

(3)突出非金属矿粉、木粉等天然植物粉碎物在改性塑料材料中使用产生的环保功效,从理论到应用实践都证明这一点,同时又要保证使用的安全性和可靠性,消除社会和使用者的疑虑;

(4)加强塑料改性用助剂、添加剂的研制开发,如双亲型偶联剂、多功效相容剂、改善塑料材料耐候性、透光性、耐高低温性、阻燃性、抗静电性等性能的功能材料,并将其妥善地分散到基体塑料中,赋予改性塑料更高的性价比和更高的功能,满足下游领域多方面、多层次的需求;

(5)依靠科技彻底扭转当前废弃塑料再生加工时的陈规陋习,通过塑料改性提升废弃塑料行业整体形象,为资源再生利用保驾护航;

废弃塑料数量与日俱增,除每年进口的8000 kt废弃塑料外,我国国内消费后的塑料制品总量也达到15000 kt/a以上,二者总量达到23000 kt,占合成树脂表观消费量50000 kt的将近一半的数量。如果不将这些废弃塑料合理地应用,势必引发所谓“白色污染”、“洋垃圾事件”,遭到社会舆论谴责,为此我们必须加以正视,拿出令人信服的事实,才能杜绝非理性的责难,使废弃塑料这一宝贵的资源得以堂而皇之地再生并发挥应有的作用;

(6)坚持正确舆论导向,努力解除主管部门和社会各方面的疑虑,在和各种危害公共利益的现象进行坚决斗争的同时,也要挺身而出,勇于维护、捍卫行业荣誉,使其沿着健康发展的轨道阔步前进!

Review of China Modified Plastics Industry During the Eleventh Five-year Plan and Its Prospect During the Twelfth Five-year Plan

LIU Yingjun
(Committee of Modified Plastics,China Plastics Processing Industry Association,Beijing 100048,China)

The development of modified plastics industry during the eleventh five-year plan period was introduced.Modified plastics industry has developed into a uprising industry including about 1000 enterprises being engaged in modified plastics;200 related enterprises being engaged in auxiliaries,additives,compounding machinery and processing equipment;and more than one hundred thousand people in employment.Some new type modified plastics including ACS,PA/ABS alloy,high barrier nano-composite poly(ethylene terephthalate)(PET)for bottles and films,new anti-static filler,new talc masterbatch,environmentally friendly modified plastics,carbon fiber reinforced plastics,and other new types of modified plastics products were developed.Finally,the trends and the main tasks of modified plastics during the twelfth five-year plan period were introduced.

modified plastics;the eleventh five-year plan;the twelfth five-year plan;development situation;prospect

TQ320.4

A

1001-9278(2011)03-0001-06

2010-12-13

联系人,mpsc@sohu.com