塑料多元复合共混改性理论与实践

newmaker    来源：PT现代塑料

欢迎访问e展厅 展厅 1 工程塑料展厅 聚乙烯(PE), 聚苯乙稀PS, 聚酰亚胺PI, 聚酰胺PA, PA66塑料(尼龙), ... 一．概述： 塑料作为一种新型人造材料，广泛应用在国民经济各行各业和人民生活中。通常塑料制品的原料是采用纯树脂，如PE、PP、ABS等直接加工成型。随着现代科学技术发展，对塑料材料性能提出更高的要求，纯树脂显得力不从心，相反在纯树脂中添加各类非金属和金属材料，可以提升塑料树脂的各类性能，以达到所需要的技术指标和高性价比，其中用量最大的是非金属材料，例如CaCO3、滑石粉、硅灰石粉、云母粉等。塑料改性加工奇妙地和非金属矿、粉体加工、超细粉碎等行业结合起来，促进了塑料的改性发展。人类社会进入二十一世纪以来，围绕现代塑料加工改性，已经形成了一个综合性的，以塑料树脂为主，各种添加剂、加工助剂为辅，各种塑料成型加工机械，化工合成、钢铁生产加工等多种加工工业的产业链。 早期塑料改性的目的以降低产品成本为主，如上世纪70年代钙塑成型就是名例；大致上自80年代起，以提高改进塑料某些特定性能，如阻燃改性、抗静电、玻纤增强改性、生物降解和光降解等纷纷涌现；90年代塑料改性以提高纯树脂的各种机械物理性能为主，以及处理手段的不断改进；这一时期还出现了相容剂、偶联剂品种的扩大和效能增强等改进，塑料加工机械也从单螺杆挤出机发展到双螺杆挤出机和往复式单螺杆挤出机。值得一提的是，我国作为一个塑料制品生产发展中国家，许多塑料共混改性项目走在世界前例；例如肖祥骅先生研制的CPVC管道管件质量超过日本同类产品，价格比日本产品低；又如笔者研制的国内外独家生产的无载体阻燃色母料，达到世界领先水平；其原因在于我国塑料树脂的合成加工几乎都采用引进设备生产，其最新最好的核心技术不掌握在中国人手中，同国外相比，我国生产的树脂牌号品种少，质量相对较差，“先天不足后天补”，这反而促进了我国的改性塑料事业的蓬勃发展。 早期填充改性的无机粉体材料表面改性剂从硬脂酸到偶联剂，收到了一定的效果，而偶联剂有硅烷、钛酸酯、铝酸酯、硼酸酯、磷酸酯等品种纷纷涌现。进入21世纪之后，随着现代科学技术对塑料材料要求的不断提高，塑料改性技术早已跳出经典的偶联表面处理粉体理论，各地塑料改性一代精英又推出各自的科研成果和改性理论，简述如下： 1）无机刚性粒子增韧理论 2）纳米材料和晶须增韧增强材料 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 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、木塑复合材料 特别是在2003年10月中国塑料加工协会改性塑料专业委员会年会上，我国当代塑料改性精英、教授专家们纷纷登台演讲，把自进入二十一世纪以来，最新最好的各种改性理论和实践介绍给大家，呈现百花齐放、百家争鸣的新局面。例如：章文贡教授的“粉体表面原位组合化学改性”理论，刘伯元高工的“A+B+C+D”和“后偶联剂时代”观点[1]。这充分表明在一定的历史时期，技术发展到一定的程度，有一定的社会需求，就会有相应的发展技术出现、总结、推广、应用。 2004年4月，笔者接到一项“高抗撕裂性阻燃流延聚丙烯薄膜专用料”的任务，技术指标是：膜宽度2m，厚度20—500μm，阻燃性能达到UL94标准V-0级，拉伸强度≥32MPa，抗撕裂性≥（纵、横向）170KN/m，外观乳白色半透明。简单测试方法是，无论何人用最大力手工撕膜，也撕不破。熟悉阻燃PP的人士都知道，在阻燃PP中，由于在PP中添加了阻燃剂，其各项物理机械性能均有不同程度下降，而该材料技术性能要求几乎没有任何可以下降余地，技术难度较大，一直都是采用进口原料在生产。笔者根据自己30多年阻燃塑料改性、塑料成型加工的经验和吸收2003年中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会年会各位塑料改性精英大师的经验，概刮成duo=1+2+3+……+n的塑料多元复合改性理论，进行该项目开发研制，仅四周时间即告成功，经用户试用效果良好，各项指标达到技术要求，直接替代进口产品。而如该项目按普通常规试制方法，从收集资料到试制成功必需一年时间[2]。 2004年8月下旬，刘伯元高工向笔者提议在上海研制大口径埋地管材增刚增韧增强母料[3]，我们得到了上海林达塑胶化工有限公司董事长王梓刚先生的支持，经过多次反复热烈讨论、探索，在最新塑料改性多元复合共混改性理论的引导下，仅花一个多月时间即试制成功。经上海胜德塑料厂测试部门的测试，在提高材料的环刚度的同时，其它各项技术指标基本保持不变，甚至有所提高，这是一个崭新的突破。 二．塑料多元复合共混改性理论： 集当代塑料改性精英大师们的经验之大成，塑料多元复合共混改性理论阐述的是：现代塑料改性时，加工助剂（填充剂、增韧剂、…）必须进行的表面处理并非如同以往采用一种方法处理，例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日新月异高新技术对塑料材料的更高要求，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、加工工艺的更高要求；同时针对不同使用场合、不同技术指标要求，复合配方多种加工助剂，如FU=A+B+C+…+N，这样处理的改性塑料才能满足使用者对改性塑料材料的各种苛刻要求，或者大幅度提升某一、二项技术指标同时其它指标基本保持不变，或者在保证质量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表示复合共混的意思。 三．塑料多元复合共混改性理论在数字化中的应用： 多少年来，各国科学家都在努力将计算机技术应用在自己的科学试验和生产实践中，但改性塑料新品种的开发却是一项应用科学，也就是首先必须进行探索性配方、再经实地试制成样品、然后再按标准测试得出科学数据，再筛选得出合理配方，试制成成品、并经进一步提高，产生新的合理的科学理论，以指导实践。作为一个中国塑料科技专家，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。同时如有一种先进的理论指导模拟塑料改性数字技术的推广，将使广大中小型塑料企业受益，不再因缺乏技术力量而无法实施改性塑料，从而省时省力省钱。但塑料改性技术的数字化，一直找不到合适的理论和数学模型及数字化工具而搁浅。塑料多元复合共混改性理论的出现，为我们找到了一条将塑料共混改性技术与计算机应用联系结合的方法，它使塑料共混改性的最新理论如何转变为先进的生产技术、指导科学试验和生产实践有了一个发挥的平台；它的应用可以使需要改性塑料的某项性能优秀，同时其它性能技术指标不下降，并且原有加工工艺、加工设备也无须改变。 这里最重要的是，建立塑料多元复合共混改性理论的数学模型，以便于用计算机模拟塑料改性技术和通用塑料或工程塑料配方技术有机结合起来，其代表式为duo=1+2+3+…+n和FU=A+B+C+…+N，duo、FU为多元化复合共混之意，1、2、3、…、n则代表有n项表面处理方法，A、B、C、…、N意味着有N种加工助剂复合共混。当然数学模型的建立还须有相应的数字方法取样，这里我们抓住一个或二个主要因素，运用了我国著名数学家华罗庚先生提出的优选法（多因素），将国内外长期流行的黄金分割法推广到双因素处理上，取值0.618。由于其数值较难记忆和计算，在文化水平较低的人群难以正确地用于实际试制。在长期的试制中，我们适当采用了对半法，这样便于记忆和实际计算，出错率较低，而其试制次数仅比黄金分割法增加3~5%左右，因而是一个多快好省、差错少的方法。当然，在编制有关计算机软件过程中，还有好多问题和困难在等待我们去克服。这里我们热忱欢迎各位同行同仁们来电来函共同参与，互相交流学习，以便使塑料多元复合共混理论更好地同数字化实际研制与生产结合起来，指导工业化研制生产，做到研制时间少，生产配方合理，生产工艺完整有效，生产成本低廉，产品质量提高稳定，这是一件推动塑料改性发展的大好事。 四．塑料多元复合共混改性理论的实践： 塑料多元复合共混改性理论打开了科研人员的思维眼界，以少量的时间完成过去大量时间才可完成的试制，既节省试制费用又可以使塑胶试制和生产数字化，实现计算机管理。从而提高劳动生产率，降低成本，保证产品的质量和提升产品技术含金量。在以塑料多元复合改性理论指导研制生产的“高抗撕裂阻燃流延聚丙烯薄膜专用料”获得了极大成功，在《塑料改性通讯》2004年第5期中国塑料加工工业协会改性塑料专业委员会年会论文资料集第224页有详细介绍，本文不再重复[4]。下面以“透明薄膜填充改性料”的研制生产为例，介绍塑料多元复合共混改性理论的实践：2004年塑料原材料价格大幅度上涨，而产品价格却因各种原因不能上涨或仅有微量上升，广大塑胶制品厂迫切希望有既不影响产品质量，又可降低成本的方法、工艺、材料提供，特别是农业生产中长期使用的农膜生产厂家。为了减轻农民兄弟的负担，我们开发了“透明薄膜填充母料”。其特点是：在LDPE中添加30%该母料后，12丝厚薄膜的透光率由纯树脂的92.2%变为91.5%，仅下降0.7%，透明性较好。 目前透明塑料薄膜主要应用于农业生产大棚温室，包装袋等方面，技术成熟效果良好，随着国际石油价格上涨，2004年塑料原料爆炸性的上涨，农膜的价格也随之上涨，加重了农民生产的成本。而在薄膜生产中添加填充剂可以降低成本，但其透明度受到损害。多少塑料专家攻了多少年，都无法克服由此而产生的透光率下降极大的难题。塑料多元复合共混改性理论的出现，解放了工程技术人员的思路，经过俩个月的奋战，生产的透明薄膜母料，经用户测试试用效果极佳。 试验设备： （1）高速捏合机 （2）72型双螺杆挤出造粒流水线 （3）低压聚乙烯膜吹塑流水线 加工工艺：填充剂———计量———高速捏合— 双螺杆挤出造粒—检验—包装—成品 载体：加工助剂 性能：见如下报告，由格兰（兰州）化工科技有限公司2004年11月15日方伟先生测试。 应用举例：上海林达塑胶有限公司吹塑薄膜车间，按30％～50％比例添加在HDPE有色透明马甲袋，其性能指标满足使用要求，加工工艺不变，成本下降，效果满意。 五．讨论： ⑴ 塑料多元复合共混改性理论是由塑料共混改性发展到必须满足现代科学技术对塑料新材料最新苛刻要求的产物。其最大特点是在提高塑料的某一部分性能的同时，其它性能不下降，甚至同时有所上升，研制时省时省力省费用，其核心技术就是在处理粉体表面不能采用一种处理措施，必须按照实际需要进行2种、3种等多种处理措施，才有可能产生希望的效果。 ⑵各种改性处理措施，有可能起到协同效应，也有可能互不相干，甚至相互抵触，产生的效果有一定未知性，这就需要依赖于长期实践经验或现场试验加以解决。所以按经验经塑料多元复合共混处理后，采用优选法法则试验，以达到高效果、低费用、短时间。 ⑶塑料多元复合共混改性理论对塑料改性的最大贡献在于将现代最新计算机技术引入模拟改性塑料试验和生产，虽然它还处于初级阶段，但它毕竟使塑料改性技术数字化可行性，向前迈进了一大步。 ⑷塑料多元复合共混改性理论综合当代塑料改性精华最新研究成果，因而其改性技术含量之高，一般情况下，可以毫不夸张地说，你需要塑料树脂有什么性能，它就可以给你什么性能，同时性价比是最高的。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (10/21/2006)