塑料工业节能技术与可持续发展战略修订稿

塑料工业节能技术与可持续发展战略

集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]

塑料工业节能技术与可持续发展战略贯彻“节省能源，节约资源，环境保护，以人为本”的可持续发展战略，是整个塑料工业发展的方向，是产品研发、技术创新的新理念，是科学的发展观。我们必须尽早、尽快地完成从传统观念向科学发展观的这一转变，在塑料工业早日建立起以此为基础的新的发展平台，这将有助于缩小我国与世界塑料工业发达国家的差距。节能技术必将在塑料工业从原料、加工到设备的各领域得到不断的发展。

本文从节省能源、节省资源和环保角度论述了塑料工业所发展的重点领域和主流技术。

1塑料原料产业中的节能技术

高熔融指数树脂

其节能实质是提高熔融指数，改善材料的流动性，减少加工中的能耗。

嵌段PP：Atofina公司通过转换催化剂获得具有熔体高流动指数、而又保持高冲击强度的嵌段聚丙烯共聚物，熔融指数为20，牌号为PRW265；Eltex公司用成核剂来控制嵌段共聚物的硬度。合成此种节能树脂的难度在于，一种冲击强度高、刚性好的材料，往往与熔体的流动速率之间相互冲突。2001年，荷兰格林DSM化学公司生产出第四代产品，嵌段共聚丙烯，熔体流动指数35，能保持在较低的模腔压力（６0~８0巴）获得薄壁制品，熔融温度从245℃降到225℃，比传统成型循环周期缩短15%，从而有效地降低了加工中的能耗；2000年，丹麦Konggens Lyngby Boreal公司推出嵌段共聚PP，熔融指数为

30，吹塑成型可叠放的耐压制品，满足用户期待的这种高流动指数、能缩短成型周期、降低能耗的原料，据称“所减少的壁厚和重量已达到设计的临界参数，流动性和机械性能都得到提高”，生产一个

295g桶的保压压力从原来的630巴降到540巴，生产周期缩短15%，使螺杆长径比缩小到22；2004年，Atofina公司推出PPC10642牌号的共聚PP，熔融指数45，比原熔融指数30、35品牌的成型循环周期缩短10%，更省电能；窒素公司开发的非交联高刚性、高熔体拉伸强度的新型PP，比现有熔体拉伸强度高达10倍，而其机械性能与现有的相当，且可以回收利用。一位巴塞尔公司聚烯烃类开发工程师说，“德国的加工用户期望使用高流动性树脂，是为了缩短循环周期，降低能耗”，又说“我们感兴趣的是设备循环周期，这是我们将流动指数从13、14调换为30的真正诱因。我们期望得到降低容器壁厚而保持冲击强度的材料，大家都在寻找这种高冲击强度与高流动性之间相平衡的材料”。

选择树脂必须考虑加工中的节能，因为现在挤出机、注塑机、吹塑机等的塑化装置大都是螺杆式，其剪切作用是加工的主导机理，大部分的电能、机械能都消耗在高分子塑化与流动时的粘性耗散上，因此提高熔融指数是节能有效措施。否则，再好的材料也难以推广应用。例如，茂金属聚烯烃塑料（MPE、MPP、MPS等），采用茂金属催化剂，使大分子主链上的支链减少，能精确地控制分子量，使分子量分布得很窄，杂质极少，因此，性能优越。但是，由于分子量高，加工难度大，挤出纯的MLLDPE时，背压太大，现有挤出设备难以承受，为适

应加工，目前，只能加入40%的LDPE或HDPE进行共挤，因此可以预测茂金属聚烯烃推广应用的关键，仍是加工中的节能问题，是如何提高熔融指数，但又不以降低性能为代价。同样的例子还有，超高分子量聚乙烯（HUMDPE），分子量从200~500万，具有强度高，冲击韧性好，摩擦系数小，防静电性强等十分优越的性能。但同样面临加工上的困难，有的为改善其加工性能加入低分子量聚合物，但对超高性能带来了影响，变成准超高分子量聚乙烯的加工；采用液晶通过原位复合的机理提高强度，用自身的低粘度和热迁移特性改善其加工中的流动性，但用此项技术稳定地生产还尚须时日。

由此不难看出，从加工节能角度研发新材料显得十分重要。

增强复合塑料

其节能实质是充分利用高分子的聚集态结构的特点，填充纳米级粒子使其共混、改性，提高比强度、比刚度，节约纯树脂的消耗量，是极有节省能源和资源潜力的有效途径。１９90s年代北美推出TPO 基纳米复合料，用5% n-MHT增强TPO，使其刚度提高到相当于加入25%~35%滑石粉填充PP的效果；丰田汽车用纳米滑石粉填充PP （60）/ EPP（30）复合塑料，使汽车保险杠的厚度从4mm减至

3mm，重量减轻1/3；荷兰TNO公司，用纳米粘土与嵌段共聚物共混改性，使之完全混合，已成功地生产出PA、PE、PP、PS、PMMA、PU等粘土纳米复合料；美国Fordco利用超临界流体技术预热粘土，改善纳米粘土晶片的分散与扩散，在加工中利用超声波能量提高纳米粘土的分散，大大减少了溶剂用量；美国NanomatCO公司将纳米碳酸钙

（n-CaCO3，最大平均粒径100nm）用于PC、ABS、PVC、TPE和热固性塑料SMC的改性，效果很好；新加坡Nano Mater公司，开发n-CaCO3（粒径15~40nm，商品名NPCC）加入2%~4%，可使UPVC管材的冲击强度提高6倍，减少增塑剂（CPE）用量50%，据悉，此项目已在我国山西投产，目前产量10t/a；美国俄亥俄州大学用压力使熔融树脂进入纳米微孔SiO2的微粒中，使分子间形成牢固的化学键，将基体材料的强度提高3~4倍，冲击韧性提高4~5倍，这种现象称为“协同增韧”或“跨粒子增韧”，当材料受外界冲击力时，可将其化为几百万次的小冲击，使穿过复合材料延伸的裂纹变得越来越细，一直到冲击能量消失为止；新型纳米增塑剂，是一种采用多面体低聚倍半氧硅烷（简称POSS）合成具有纳米结构化学改性的SiO2微粒，能溶于树脂中，使分子分散，保持低粘度，加大充填量，能与树脂融合为一体，而又不降低加工流动性能。当温度降低到POSS熔点以下时，能立即固化，形成纳米结构，起到增强作用。POSS的另一特点，是它的单体或齐聚物都与树脂发生接枝共聚，使玻璃化温度高于树脂本身的分解温度，而接枝的分解温度又比树脂提高40~400℃，从而在高温下能保持良好的加工流动性和节能效果，被称作是50年来研发产品的全新思路；碳纳米管是1991年问世的，是比强度、比刚度极强的复合材料，其技术本质是由石墨中的若干层碳原子卷曲而成的笼状纤维网，内部是空的，直径只有几十纳米，是人发的十万分之一；密度仅为钢的1/6，但机械强度却是它的100倍，导电率为铜的1万倍，有极高的表面活性，表面原子数约占50%，有很高的储氢能力和吸附能