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塑料用功能母料的创新试验及发展展望

来源:荣格 发布时间:2018-08-24 495
化工塑料橡胶材料处理、计量与检测原料及混合物添加剂及母粒 市场趋势
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本文简单介绍了塑料用功能母料的创新试验——非矿粉体轻量化塑料中空容器增强母料的试制。本母料的创新点在于:这是一种新型的可以增强塑料功能性同时降低成本及制品重量的新型功能母料。同时,本文也对塑料用功能母料的发展作以展望。

前言

塑料改性技术由于能降低塑料材料及制品成本,提高企业经济效益,赋予材料新的功能及用途,已成为近二三十年来高分子材料学科领域中较为活跃的一支,成为塑料工业持续快速发展、创新的促进动力。

在改性塑料行业中,添加母料是一种重要的塑料改性方法。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,其还有功能化作用,可达到材料的一些特殊要求。如今通过高新技术生产的新型功能母料,可起到提升材料某一方面的特殊功能的作用,使其成为新功能材料的代表;另一方面新型功能母料又为其生产厂带来可靠的经济效益。

在激烈的市场竞争中,一些不懂技术、仅抱着传统配方生产、不愿产品升级换代进行技术转型的厂家纷纷关门。这从反面告诉我们,不从技术升级换代入手,不开发市场需要的各种功能母料是没有前途的。虽然,母料厂生产设备具有自动化程度高、广普(同样设备可做多种产品)等特点,但不加强管理、不发展具有高新技术与先进功能的母料品种注定是很难成功的。

1.改性填充母料轻量化试验

从上世纪下半叶起,为了降低塑料制品成本、改善某些性能,国内外的部分塑料产品或多或少都添加了非金属材料无机粉体,例如碳酸钙、滑石粉、云母粉、硫酸钡等。但那时受到粉体加工机械水平的限制,2000目粒径的粉料已是很细了。现在,粉体加工机械流水线加工粒径大于5000目的粉体,早已不在话下。同时,无机粉体表面处理技术也随着各种新型偶联剂的开发而日益成熟。无机粉体刚性粒子增强(增韧)理论打破了只有橡胶、弹性体才能增强(增韧)的神话,在理论上肯定了无机粉体刚性粒子对高分子材料可以起到增强(增韧)作用。尤其是随着石油资源的紧缺,国内塑料产品的生产现状便是在保证质量的前提下,使用降低成本的办法,其中之一就是在塑料中添加碳酸钙、滑石粉等无机粉体填充剂。但很快人们就发现:一旦填充剂的填充量超过某一临界值,成本非但没有下降,相反,塑料制品的部分性能可能受到影响。原因在于,填充剂的真比重一般大于2.4 g/cm3,塑料树脂的比重一般小于1 g/cm3。添加过多,必然引起塑料制品的比重增加,即同样体积的塑料制品重量增加了,重量增加的费用抵消了添加填充剂引起的成本下降。

要解决由于添加填充剂导致塑料制品比重增加的问题,办法有两个:一是寻找比重接近于1 g/cm3甚至小于1 g/cm3的非金属材料,遗憾的是大自然中还没有发现这样既廉价比重又接近于1 g/cm3的矿产品;第二个方法是采取各种措施,使得添加了填充剂后的整个塑料制品比重相较添加未采取措施的填充剂生产的塑料制品比重有所下降,同时其它物理机械性能基本不下降,这同样能达到无机粉体轻量化的效果。

笔者研制开发的改性碳酸钙、改性滑石粉及其母料,是在塑料多元复合共混改性理论指导下,从一个全新的视野创新研制的无机粉体轻量化产品。通过在实验室里对LDPE(牌号Q400,比重为0.9222)改性,添加量同样为20%时,加了改性碳酸钙的比重为 0.9868,加了普通碳酸钙为1.101,而加了改性滑石粉的比重为0.9304,加了普通滑石粉的比重为1.0132。有关原理就是将改性塑料作为一个体系通盘考虑,进行多元复合共混改性处理,使得整个塑料制品体系比重下降。这些产品可以应用在通用塑料和大部分工程塑料中。

2012年笔者在与常州某塑料制品厂合作试验中空容器用增强增韧改性填充母料生产50立升化工桶时,工人师傅在他们原来已经添加大约10%的填充母料的HDPE基础上,再添加上述母料10%。生产过程中没有改变原有加工工艺。生产的样品按企业标准进行性能测试,特别是装满水后的跌落试验和爆破压力试验,各项性能全部符合企业标准。最后按标准规定对化工桶进行秤重,发现原来重量为5公斤的化工桶重量变为4.80公斤,重复测试仍然如此。这表明轻量化试验取得了成功。

50L非矿粉体轻量化塑料桶

试验生产时,改性增强剂、载体、非矿粉体与加工助剂等按配方进行多元复合共混改性处理挤出造料,成为轻量化增强改性母料;然后按配方规定的比例将新型母料与填充母料、HDPE树脂等经简单搅拌,送入原中空容器成型机生产制成HDPE中空容器。优点是:用户使用方便,操作简单,简化生产工艺过程,改性效果好,绿色环保,有利于提高生产效率和产品性能指标,降低成本。

母料生产工艺路线采用现有的双螺杆挤出机造粒法,优点是:加工方便、生产效果好、管理容易、无三废产生。具体工艺流程如下图:

2.塑料用功能母料的发展展望

2.1学习化

21世纪是科技更为迅速发展、社会全面进入信息与知识“爆炸”的时代。有调查显示,美国排名前25位的企业中,有80%的企业是按照学习型组织模式进行改造的。国内一些企业也通过创办学习型企业而给企业带来了勃勃生机。

现在,一个新观点正在被越来越多的企业所接受,这就是:建设学习型企业。现已成为国内许多企业的口号,培训是最大的福利。主动学习,让学习成为企业永远保持长青的最好的方式和方法,学习使人进步,使企业保持生机和活力,使企业在当今激烈的竞争中永远保持不败。

2.2服务化

在色母料生产行业中,尤其是大中型色母生产公司,都有对外服务接待部门,其中重要的服务内容是颜色配方,其包括电脑配色,这为企业赢得了不少生产订单。如今,全球制造业市场竞争方式发生重大改变,一些大型跨国公司先后作出重大决策:把原有生产的产品都让给竞争对手,而不是将市场引进竞相降价的恶性循环。同时,这些跨国大公司集中精兵强将为这些产品的应用领域与客户群,提供符合他们需要的整套解决方案和全方位服务。经过这样重大战略转型,一些大型跨国公司大都利用这样的服务扭亏为盈。同时使得那些生产和制造同类产品的竞争对手变为自己的产品供应商,从而把竞争对手推到了产业价值链的低段,把自己提升到为应用领域提供全方位服务解决问题的价值链高段。

2.3标准化

标准是国家经济建设、产业结构调整和经济发展质量保证的技术支撑,是企业规范生产过程,制造合格产品的基本保证。对于产品标准流行一句话:一流企业订标准,二流企业钻技术,三流企业买技术用标准。虽然添加在塑料包装薄膜中的粉体材料在各行业中应用越来越广,生产厂家也越来越多,但很多都没有对应的产品标准,造成产品的质量,供需双方没有统一参照与验收方法、仪器等。例如无机粉体碳酸钙的粒径,有用D50,有用D97,还有用筛余物的,这样便不规范,不仅使用不便,且容易引起商业纠纷,对塑料母料的发展极为不利。

因此,要把产品标准制订工作作为行业发展大事来抓,还要完善塑料母料标准体系,制订一批有利于塑料母料技术进步、循环经济发展、促进节约型社会和环境友好型社会建立的标准,净化市场,使竞争变得有序,促进行业健康发展。有了标准,供需双方有了统一参照与验收依据,可以大大促进塑料用功能母料的开发和生产。

2.4绿色化

随着科学技术的不断发展,在提倡保护环境产品绿色化、解决白色污染、走循环、低碳经济和可持续发展道路的今天,人们对塑料用功能母料的绿色化认识也在不断提高。生产母料的资源是有限的,怎样把有限的资源经过谋划安全生产出更多更好的产品,是一个重要的命题。

发展绿色塑料用功能母料是为了:1.安全生产,提升人民生活质量;2.提高产品质量,安全卫生,降低成本;3.参加国际上激烈的市场竞争,打破绿色贸易壁垒;4.保护环境,节约资源,走循环经济之路,确保可持续发展战略的实施。理想的绿色功能母料除了具备保证商品质量、促进商品的销售的一般特性之外,还应该满足以下三个基本条件:性能保证、环境保护、资源节约。

2.5 新材料化和多功能化

功能母料是能赋予制品特殊功能或性能的母料产品。按产品功能可分为抗静电母料、防粘连母料、爽滑母料、消光母料(粒)、阻燃母料、抗菌母料、耐候母料、降解母料、防雾滴母料、仿木纹母料、发泡母料、增强母料、增韧母料及多功能组合母料等。

如应用于煤矿制品的着色、阻燃、抗静电多功能母粒;应用于化纤面料的着色、抗菌、保温、导电母粒等。将多种功能集于一身,必然给母粒的制备与应用提出许多技术难题,如多种功能助剂之间的相容性以及在制品中的分散性都与单一功能的母粒不同,这正是我们要攻克的难题。同时随着多功能色母粒,高性能工程塑料、热塑弹性体专用牌号母粒、大批量母粒的开发,与之配套的分散剂及添加剂的研发也是母粒行业面临的重要任务,如开发复合型分散剂、耐高温分散剂、加工流变性能调节剂等。采用现代科学技术研发生产的新材料是达到上述目的重要办法,例如采用纳米材料、石墨烯等新材料。

2.6高质量和高性能化

未来塑料用粒子将朝着高质量、高浓度和高技术含量方向发展。母粒生产企业应提高产品的技术含量,使母粒产品向高质量方向发展,尽快多开发新品,拓宽母粒产品的应用领域,使多功能和高技术含量的母粒产品满足市场的需要,满足所有下游用户的需求,这样才能在竞争中发展壮大。

同时,除了生产更多更好的通用塑料用多功能母料外,还要开发生产高性能工程塑料、热塑弹性体等塑料用功能母料。

目前,我国高性能工程塑料及热塑弹性体发展较快,如热塑性氟塑料和热塑性聚氨酯;与之相适应,其制品也需要用母粒着色、增加各种各样性能,如聚全氟乙丙烯色母粒、聚偏氟乙烯色母粒、热塑性聚氨酯发泡母粒,都对母粒行业提出了全新的挑战。这些母粒制备在原材料的选择、加工工艺及使用条件上都与传统的通用母粒有很大差别。如何适应高性能工程塑料的超高温加工性能、热塑弹性体特殊的加工流变特性等,都将是生产企业所面临的技术难题。

2.7 创新化

企业作为自主创新的主体,除了在企业质量控制、管理水平、经营思路等方面下足功夫,更要在产品开发创新上加大科技投入,加大研发力度,依靠科技进步,推动自主创新;积极创造条件,促进高校院所的科研成果更快的转变为生产力;努力开发新产品,拓展应用新领域。

功能母料作为塑料制品的新型材料,生产企业要拓展市场空间。据用户要求,舍得投入,着重加大科研投入,努力提高产品科技含量,特别是在汽车、家电、装饰材料、办公用品、生活用品、医疗卫生器械及机械零件等方面,寻找新的应用领域,开发新的高附加值产品,尽快走出低档、价廉的重复建设误区。

中国加入WTO以后,国外企业纷纷进入中国市场,这些企业在为我国母粒行业注入新活力的同时,也加剧了市场的竞争,国内企业只有不断完善自我,不断创新,在提高产品的技术含量上下功夫,才能在竞争中立于不败之地。

在技术迅猛发展、市场千变万化、国际金融危机时隐时现的今天,母料、助剂、塑机等相关企业都需要自主创新。高新技术的浪潮将功能母料技术推向了更高的发展境界,而塑料用母料技术是随着其它领域高新技术的发展而发展起来的。功能母料所附有的功能将越来越多。因此,快速发展、开发一批具有自主知识产权的新型塑料母料产品,使塑料母料技术水准接近或达到同期国际先进水平,主要塑料母料基本满足国民经济社会发展和国际市场需求是发展的必然。在优化结构、提高效益和降低消耗、绿色环保的基础上,大力发展绿色塑料母料产品,推动社会环境和谐发展,从而使企业抗风险能力和国际竞争力得到有效提高。

2.8品牌化

在市场充满各种各样的山寨品、劣质品的今天,打造中国塑料用功能母料的优秀品牌的重要性在于,“拥有市场比拥有工厂更为重要,而拥有市场的唯一手段是拥有占统治地位的品牌”,这句旖表达了美国营销专家拉里•莱特对品牌的推崇。

近年来,自主创新能力和品牌建设得到较大提高。一些意识超前的塑料用功能母料产品生产企业纷纷运用品牌战略的利器,逐渐发展壮大,从而确保企业的长远发展。在科技高度发达、信息快速传播的今天,产品、技术及管理诀窍等容易被对手模仿,难以成为核心专长,而品牌一旦树立,不但有价值并且不可模仿,因为品牌是一种消费者认知,是一种心理感觉,这种认知和感觉不能被轻易模仿。

参考文献:

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

[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[R]. 北京: 中国工程塑料新技术及配套产品论文集,2006.3.

[3] 王文广.塑料改性实用技术[M]. 北京:中国轻工业出版社, 2004.7.

[4] 邓如生.共混改性工程塑料[M]. 北京:化学工业出版社, 2005.4.


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