塑料用多功能母料的创新

陈更新

(上海市塑料制品工业研究所， 上海 200237)

塑料用多功能母料的创新

陈更新

(上海市塑料制品工业研究所， 上海 200237)

摘要介绍了塑料用多功能母料的创新，以及无载体塑料用阻燃彩色多功能母料的制备；论述了塑料用多功能母料的应用。

关键词母料； 多功能； 改性

0前言

由于塑料改性技术能降低塑料材料及制品的成本，提高企业经济效益，并赋予材料新的功能，因此，已成为近二三十年来，高分子材料科学发展和技术进步最活跃的领域[1]。

使用母料是一种塑料改性技术。这是因为作为填料，如碳酸钙、滑石粉、硅灰石等，并不是简单添加在PE、PP、PS等塑料树脂中，还具有某些特殊功能。

1塑料改性的最新理论和成果

科学技术是第一生产力，科技创新是经济社会持久繁荣的不竭的动力。党中央、国务院将创新驱动发展作为面向未来的一项重大战略。深化科技体制改革，加快国家创新体系建设，推动科学技术发展。

各级政府积极落实各项优惠政策，建立以企业为主体,市场为导向,产学研相结合的技术创新体系，增强企业活力，鼓励企业自主创新，积极实施设备更新和技术改造。这就给广大企业经营者带来极好的机遇和挑战。各企业将在现有的产业结构基础上，应用现代化管理机制，推进产业转型升级换代，引进高新技术，充分发挥科技的支撑引领作用，切实转变发展方式。

塑料生产企业产品升级换代方向之一就是采用高新技术改性塑料。首先回顾塑料改性的最新理论和成果。

进入21世纪之后，随着现代科学技术的不断发展，塑料改性技术早已跳出经典的偶联表面处理粉体理论和改性，许多科技人员推出各自的科研成果，提出改性理论[2]，简述如下：

(1) 无机粉体刚性粒子增强(增韧)理论；

(2) 纳米材料和晶须增强(增韧)材料；

(3) 偶联剂和助偶联剂理论；

(4) 化学接技、化学交联；

(5) 稀土偶联剂；

(6) 有机包复、三元共混理论；

(7) 弹性体增强(增韧)技术；

(8) 不同基材共混、相容剂理论；

(9) 液晶原位复合技术；

(10) 粉体表面原位组合化学改性；

(11) 微胶囊化技术；

(12) 废旧塑料的利用和改性，超临界水降解废旧塑料技术；

(13) 通用塑料工程化、合金化；

(14) 无机粉体改性塑料环境友好材料；

(15) 木塑复合材料；

(16) 塑料多元复合共混改性理论；

(17) 快速交联聚乙烯技术；

(18) 全降解塑料的开发和生产；

(19) 流固耦合力学理论；

(20) 石墨烯改性技术；

(21) 长玻璃纤维和连续玻璃纤维增强技术。

1.1　无机粉体刚性粒子增强(增韧)理论

无机粉体刚性粒子增强(增韧)理论认为超细粒子与大粒径粒子相比，它们表面缺陷少，非配对原子与聚合物发生物理或化学结合的可能性大大提高，增强了粒子与聚合物基材的界面黏合力，因而可承担一定的负载。在一定条件下，含有超细粒子的聚合物材料在受外力冲击时，基体产生大量银纹和塑性变形，吸收更多冲击能，达到增强(增韧)的目的。所谓在一定条件下，即：填料的粒径必须小于5 μm、2 μm，甚至更小，同时粒子表面经过处理,在聚合物中分布分散均匀。这个理论的重要性在于打破了过去人们认为只有橡胶、玻璃纤维和弹性体才能在塑料中起增强(增韧)的观念，使得广大无机粉体材料一跃成为功能性材料，从而拓宽了无机粉体材料在塑料中的应用。同时它也在一定程度上解释了纳米材料添加在塑料中可以起到增强增韧的原因。

1.2　塑料多元复合共混改性理论

现代塑料改性时，添加的粉体材料，如填充剂、改性剂等必须进行的表面处理并非采用一种方法处理，如仅用钛酸酯或者硅烷偶联剂进行表面处理。这种表面处理已难以满足高新技术对塑料材料的要求。可以采用duo=1+2+3+…+n多元化复合表面处理，才能满足技术和质量以及加工工艺的高要求；同时针对不同使用场合、不同技术要求，复合配方，多种加工助剂，包括相容剂等，如FU=A+B+C+…+N。经这样处理的改性粉体添加在塑料中，才能满足使用者对改性塑料材料的各种要求，或者在大幅度提高某一二项技术指标的同时，其它指标基本保持不变，或者在保证质量的前提下大幅度降低成本，更好地参与市场竞争。这里 duo表示多元化处理，FU表示复合共混改性。

在多元复合共混改性理论指导下，根据现有的条件，如已有的加工设备、国产原材料、基本不改变原有加工工艺，在保证质量前提下，充分挖掘原材料的潜能，达到物尽其用。

荀子是先秦儒学大师，虽与孟子俱尊孔子，但二人的气质、学说截然不同。冯先生依照威廉·詹姆斯区分柏拉图和亚里士多德的方法，判孟子为软心的哲学家、荀子为硬心的哲学家。因为孟子有唯心论倾向，而荀子有唯物论倾向。在荀子看来，孟子许多有神秘意味的思想，特别是他的修养方法、境界体验，可谓“僻违而无类，幽隐而无说，闭约而无解”(《荀子·非十二子》)。但荀子与孟子，就像道学中有程朱、陆王二大派，其不能无，亦不须无。

塑料多元复合共混改性理论的出现，改变了以往人们在塑料中添加粉体改性材料的习惯思维，使新产品层出不穷。例如：无机非矿粉料的质量分数高达50%仍然透明，且物理性能良好的塑料薄膜制品；无机非矿粉料的质量分数达20%～30%、密度小于1的改性塑料树脂；淀粉的质量分数≥60%以上的聚乙烯超市购物袋等。

多年来，各国科学家都致力于将计算机技术应用于专业学科的试验和生产实践中。作为一名塑料科技人员一直梦想将计算机技术用于模拟塑料改性试验以提高工作效率，多快好省地完成课题。塑料多元复合共混改性理论的出现，为我们找到了将粉体表面处理技术和塑料共混改性技术与计算机应用联系结合的方法，将塑料改性技术应用数字化，从而使计算机技术用于模拟塑料改性试验，同时为塑料共混改性的最新理论转变为先进的生产技术提供了平台。

2无载体塑料阻燃彩色多功能母料

2.1　特点

无载体塑料用阻燃彩色多功能母料添加在各种普通塑料中以制造阻燃塑料制品，同时又具有色母料功能，以便给制品染上各种鲜艳的色彩。

无载体塑料用阻燃彩色多功能母料的热稳定性好，加工温度可达280 ℃。母料还添加了国内首创的卤素吸收剂，从根本上消除原料中存在的微量游离溴，保护了生产过程中所使用的设备和模具。全部原材料立足于国内，添加无载体塑料用阻燃彩色多功能母料后，塑料制品的主要力学性能降低极小，同时用户单位无需改变原有生产工艺条件，而且成本低廉，整个生产过程无三废产生。母料的添加比高、成本低、使用方便，大大提高了用户单位生产效率。

2.2　主要技术参数

HIPS 492J本色料的性能，以及与母料以20∶1的质量比添加后的性能，如表1、2所示。

表1　HIPS 492J本色料的性能

表2　HIPS 492J与母料以20∶1添加后的性能

由表1与表2对比可知：HIPS 492J与母料以20∶1添加后，阻燃性能达到V-2级，而其它性能指标几乎不变或者下降很小。这在添加型阻燃塑料中是比较少见的。

当ABS与母料的添加比为5∶1时，ABS的物理性能：

2.3　主要成分

2.3.1阻燃剂

(1) 不影响树脂加工性能，并且在加工温度下不分解，对塑料制品的力学性能影响不大。

(2) 在树脂中分散性和相容性要好。

(3) 对加工设备和金属模具不能有腐蚀作用。

(4) 纯度高、毒性小、阻燃持久性能好，阻燃效果优良。

(5) 来源充足，价格便宜。

事实上没有一种阻燃剂，无论是有机型的，还是无机型阻燃剂可以同时满足以上要求的。但是两种或两种以上阻燃剂复配，可以产生协同效应，阻燃效果明显提高。最后选定了三种既能提高性能又可降低成本的复合型阻燃添加剂，发挥协同效应，提高各项性能，满足了塑料制品的阻燃要求。

2.3.2改性剂

对改性剂的基本要求是，添加在母料中必须提高各种物理性能，同时又能改善吹塑加工性能[3-4]。经过试验发现：添加一种添加剂提高性能效果不显著，最后选定了两种既能提高性能又可降低成本的复合型添加剂，发挥协同效应，提高各项性能，满足塑料加工工艺要求。

2.3.3加工助剂

添加各种加工助剂的目的是综合平衡母料的各种性能。每种加工助剂的添加量在母料中有一定范围，使得各项性能保持稳定，保证正常生产。主要加工助剂有：分散剂、内外润滑剂、着色剂等。

分散剂应尽可能满足以下要求：

(1)分散性能好，防止物料粒子之间相互聚集；

(2)与树脂、物料有适当的相容性，热稳定性良好；

(3)成型加工时流动性好，不引起颜色飘移；

(4)不影响制品的性能，无毒，价廉；

(5)分散剂的用量一般为母料质量的 5%左右。

2.4　生产工艺

当今世界各国生产改性塑料制品，主要有两种加工工艺。第一种是全造料法。即：按配方将改性剂、塑料树脂、阻燃剂、加工助剂等一起混合挤出造料，成为改性阻燃彩色塑料专用料；然后直接送入塑料加工机械加工成需要的塑料制品。第二种是母料法，也就是部分造料法。即：按配方将增强改性剂、阻燃剂、加工助剂等混合挤出造料，成为阻燃彩色多功能母料；然后按配方规定的比例将母料与HDPE树脂混合均匀，送入塑料加工机械加工成需要的塑料制品。

采用母料法生产无载体塑料用阻燃彩色多功能母料的优点是：用户使用方便，操作简单，改性效果好，有利于提高生产效率和产品性能。

采用现有的双螺杆挤出机造粒法。

工艺流程：

2.5　应用

2.5.1添加比

作为用户和生产单位都希望添加比越大越好，在研制中，添加比5∶1时为V-0级；20∶1时为V-2级。实际测试添加比6∶1时也是V-0级，如需进一步提高添加比，有一定的难度。这是因为目前阻燃剂生产技术水平有限，阻燃性能在达到UL94标准的V-0级时，整个阻燃体系中阻燃剂的质量分数大多在20%以上，这样浓缩物(母粒)的添加比就有限了。若要提高添加比，必然增加阻燃体系中阻燃剂的质量分数，因而也必然减少配方中助剂的质量分数。这样势必影响添加母料后塑料制品的物理性能。目前国内外达到UL94中V-0级的添加比一般为4∶1，个别的为5∶1。

2.5.2阻燃性

在塑料制品的实际生产和应用中，同一品种材料制成的不同零部件，对阻燃性的要求不尽相同。在UL94标准中，有V-0级，V-2级，甚至HB级，作为同一阻燃母料，应当尽可能满足这类要求，以方便用户管理和生产。目前研制的无载体塑料用阻燃彩色多功能母料，在采用不同的添加比时，可使添加后的塑料制品的阻燃性分别达到UL94标准中的不同级别。例如：添加比为5∶1时为V-0级，20∶1时为V-2级；而进口母料的添加比为4∶1时为V-0级，5∶1时为V-2级，8∶1和10∶1时则燃烧不止。可见，研制的塑料用阻燃彩色多功能母料，无论是添加比还是阻燃性均比国外进口的更先进、更经济实用。

3结语

塑料用阻燃彩色多功能母料由于没有载体，理论上可以应用在各种塑料中，也可以使用各种添加剂、填充剂、改性剂等生产具有各种功能的母料。目前已添加于ABS、HIPS、PP、PE等塑料中。经实际应用和测试表明：塑料的阻燃性能符合UL94标准V-0级，物理性能达到设计要求。

参考文献：

[1]刘英俊,王锡臣. 改性塑料行业指南.北京：中国轻工业出版社, 2000年9月.

[2]陈更新,周宇. 在塑料多元复合共混改性理论指导下填充改性技术的新进展[C]. 中国工程塑料新技术及配套产品论文集 ,2006年3月.

[3]王文广.塑料改性实用技术.北京：中国轻工业出版社, 2004年7月.

[4]邓如生主编.共混改性工程塑料.北京：化学工业出版社, 2005年4月.

比利时国王菲利普：索尔维是我们在中国的创新大使

日前，比利时国王菲利普携王后马蒂尔德及皇室代表团对中国进行国事访问。6月25日，国王一行在索尔维集团首席执行官让-皮埃尔·克拉玛蒂先生的陪同下，参观了索尔维上海创新成果展示厅。国王对索尔维多年来在科学发展领域的杰出贡献给予了高度赞扬。

在当天的参观中，菲利普国王主要了解了索尔维在高新材料、新能源、生态流程，以及安全与健康等应用领域的创新成果。索尔维亚太区研发总监梅德威(Pascal Metivier)向国王一行介绍了多款用于消费品的环保材料和污水处理技术等创新解决方案。这些成果来自索尔维遍布全球的创新网络，其中包括位于中国上海的研究与创新中心。

索尔维上海研究与创新中心成立于18年前，目前已成为集团在全球范围内排名第三的研究与创新中心。作为索尔维可持续创新的前沿阵地，上海研究与创新中心总投资超过9 500万元人民币，旗下拥有147名研究与创新人员。2014年，该中心成功申请17项专利，并且在权威期刊上发表的学术论文迄今已达20篇。仅在过去两年内，索尔维上海研究与创新中心已荣获由上海市政府颁发的六项重要奖项。

Innovation of Multi-functional Masterbatch for Plastics

CHEN Geng-xin

(Shanghai Plastics Products Research Institute, Shanghai 200237, China)

Abstract：The innovation of multi-functional masterbatch for plastics, and preparation of no carrier flame-retardant color multi-functional masterbatch for plastics are introduced. The application of multi-functional masterbatch for plastics is reviewed.

Key words：masterbatch; multi-function; modification

收稿日期：(2015-01-28)

作者简介：陈更新(1950—)，男，高级工程师，从事塑料制品的创新和塑料材料的改性。

中图分类号：TQ 320.6

文献标志码：A

文章编号：1009-5993(2015)02-0027-04