应对挑战：橡塑工业与我们的未来

作者：    来源：CPRJ 中国塑料橡胶

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), ... 应对：食物和饮用水 短缺 全球人口增长带来的第一挑战性问题就是食物短缺。塑料包装材料可以帮助解决这个问题。塑料薄膜的一大应用就是食品包装，用於延长食品保质期，以及用於食品冷藏运输以防止食品输送过程中腐败变质。在发展中国家，人们因为缺乏食品包装而损失的食物超过50%。即使在发达国家，因为冷藏和塑料包装这两种保鲜措施不能达到食品保护的最佳效果，浪费率也在3%左右。 在未来，至少在2030年，我们希望看到“智能”包装材料的问世，能够提醒人们食品最佳的保鲜状态，人们可以直观方便的知道食品的保质期。 饮用水短缺是全球人口增长带来的另一个挑战性问题。解决这一问题首先要保证饮用水的安全，其次要开发更多的饮用水源。而橡塑材料在这两方面都发挥了积极的作用。 当前人们面对的水污染问题触目惊心，世界各地超过10亿人在饮用受污染的水。在许多发展中国家，水资源大幅减少，城市化又加剧了水分布的不均匀性，造成局部短缺的状况。 在这种情况下，城市供水和农田灌溉就需要水的长途输送。采用传统的金属管和水泥管输送，容易造成渗漏损失和污染。而使用性能优异的塑料管道则在保证水安全的同时，可以显着避免或减少渗漏损失。塑料管与金属管和水泥管相比，具有以下特点：重量轻(普通仅为金属管的1/6-1/10)，运输安装方便；较好的耐腐蚀性，抗冲击和抗拉强度，使用寿命长达30-50年；塑料管内外表面光滑、摩擦系数小、流体阻力小，可降低输水能耗5%以上；制造能耗低，相对传统水管，可降低能耗75%，节能效果好等。 据悉，塑料管材市场的增长速度约为管材市场平均增长速度的5倍，远远高於其他管材。据统计，2010年新建住宅塑料管道的使用率在80%以上，随着新技术的应用和管道性能的提高，未来20年中，预计塑料管道极有可能完全替代传统给排水管道。 海水淡化可以提供大量的饮用水。利用塑料反渗透膜可以进行海水脱盐淡化，相比其他材料，只有塑料可以长时间在超咸海水的环境中使用。塑料纳米科技制备的功能薄膜可以直接进行海水淡化和污水处理，使其达到饮用水的标准，对解决水短缺问题有着重大的意义。目前全球海水淡化总产量已达日均6300多万吨，并且每年以20%至30%的速度增长，预计2030年海水淡化的市场产值将达3万亿美元。 应对：全球能源危机 人类活动引起的气候变化，根据相关研究，主要归因於大量温室气体的排放，而温室气体主要由化石燃料的燃烧产生。保护气候就要求我们最大程度的减少化石燃料的使用。然而世界能源需求将在今後二十五年内增加一倍，人类将如何面对？一方面，我们要积极开发新的可再生资源能源，另一方面，节约能源，让能源发挥更大的效率，使更少的能源可以满足更多人口的需求。这是人类发展可以选择的仅有的两条道路。而塑料在这两个方向都发挥着其他材料无法替代的作用。 建筑、运输节能 随着地球资源的不断消耗以及人类面对资源枯竭的压力，温室效应影响下全球各种恶劣气候条件纷纷爆发，节能减排已经成为全球的共识。塑料在建筑行业的广泛应用可以提高能源效率，同时降低能源消耗。因为泡沫塑料有优异的保温性能，可以节省加热与冷却的成本，采用泡沫塑料作为保温材料的建筑，其二氧化碳排放量是欧盟建筑标准的20%，有研究表明，使用16mm的聚氨酯保温材料，其保温效果与厚度134cm的混凝土相当。使用塑料带来的节能效果显而易见。 全球能源消耗总量的40%被用做房屋取暖。目前许多公司正在投入研究的“零能耗房屋”，其所采用的保温材料与新能源技术都寄望於塑料工业材料性能的不断改善与提高，如今这些新的材料与技术已部分应用於我们的楼宇建筑，并期望在未来发挥更重要的作用。 目前，我们已经使用智能百叶窗和塑料窗玻璃，在让光线透射进来的同时，把热量隔绝在外面使房间保持凉爽，或把热辐射反射进入房间来保持室内温度。新型壁纸中的特殊聚合物可以在温暖的日子吸收储存热量，在寒冷的日子释放热量，从而时刻保持舒适的室内温度，避免必须消耗大量电力的空调系统。 橡塑材料的未来发展，同样将为交通运输行业带来革命性的变化。 汽车是橡塑行业最大的应用市场之一，而塑料为汽车轻量化所带来的贡献推动了新型汽车的加速研发以及新能源汽车工业的发展。不但塑料的应用可以显着减少汽车能耗，橡胶轮胎对汽车的能耗影响也很大。如果轮胎具有滚动阻力小、耐磨以及乘坐舒适等优点，那么能源损耗将大大降低，人们出行也将更加低碳。目前已经研制出一种“绿色轮胎”，其滚动阻力可降低22%-35%，减少汽车燃料消耗3%-8%。预计这种轮胎在不远的将来将成为汽车行业的主流轮胎。 飞机作为21世纪最重要的交通工具之一，关注点同样在於尽可能减少碳排放量。这意味着飞机在没有更先进的发动机技术情况下，消耗相同的燃料，如果要搭载更多的乘客，就必须减小飞机本身的重量。为了减少飞机的重量，需要寻找质量轻，强度大的替代材料。 目前，比钛合金更轻质高强的材料只有高强度橡塑材料，如高强透明塑料代替玻璃，塑料或碳纤维复合材料代替金属等。波音公司最新研制的787喷气式客机中，碳纤维复合材料占50%，其中机身和机翼完全由复合材料制造，仅此一项就减少飞机重量超过10吨。空中客车最新的A350宽体飞机复合材料比例更高，达到52%。科学家研制出一种完全采用复合材料制成的“阳光动力号”飞机，其动力完全由翅膀上的太阳能电池板供给。日前，该飞机从瑞士起飞，到达非洲摩洛哥首都，完成了其首次洲际飞行。 利用可再生清洁能源 当今，发展清洁能源是每个国家关注的焦点，如太阳能、风能、燃料电池等。而新型橡塑材料在这个领域中有着重要作用。 免费清洁的太阳能，作为最大能量源，有着巨大的开发潜力。太阳能电池板是把光能转化为电能的主要设备，需要绝缘，防水，耐气候性好的橡塑材料来保护、维持它的正常运行，并提高使用年限。随着近年太阳能电池产业的飞速发展，直接带动了相关橡塑产业的繁荣，前景非常广阔。根据2012全球太阳能光伏产业发展报告统计，2011年全球光伏发电装机量达27.7GW，较2010年新增光伏装机量增长了约67%。截至2011年底，全球累计光伏装机量达到67.4GW。光伏发电潜力巨大，各国政府给予巨大补贴，发展很快，在未来的电力行业中将占有重要地位。根据欧洲JRC的预测，2030年太阳能光伏发电在世界总电力的供应中将达到10%以上。 风电也是清洁能源之一。橡塑材料是建造风电系统不可或缺的重要材料，风力发电机转子叶片就是由轻质高强的复合材料制成。近年来，全球风电产业发展迅速，据全球风能理事会(GWEC)发布的风电市场装机数据显示，全球风电产业2011年新增风电装机容量达41,000MW，全球累计风电装机达到238,000MW。这一数据表明全球累计装机实现了21%的年增长，新增装机增长达到6%，按照这个增长速度，2030年全球累积风电装机容量将达到853万MW。 燃料电池是一种可直接将化学能转化为电能的设备，清洁环保，没有污染物产生。其核心部分是由新型塑料制成的一种离子交换膜，这种膜可以在苛刻的电池环境下使用，耐酸耐腐蚀，满足燃料电池膜的一系列性能要求。例如全氟磺酸离子交换膜，这种高附加值的塑料薄膜生产技术日益成熟，作为公认的理想储能元件，受到各国政府和大公司的重视。据统计，燃料电池在2010年的总出货量达到23万台左右，同比增长40%左右。 环保、功能化、智能化 世界飞速发展，科技日新月异，人类的生活也随之而改变。塑料在帮助人类应对全球能源危机的同时，也大大地改善和提高了人类的生活水平。 随着现代科技的发展和新材料的涌现，橡塑材料将突破传统的概念范畴，向着环保、功能化和智能化的方向发展——包装材料更环保，电子材料更功能化，医学材料更智能化。正如PlasticsEurope在其发布的《Visions in Polymers》中所说，2030年，橡塑科技会改变我们的生活，工作和娱乐，其无可比拟的优势将帮助人们打造更优质的美好未来。 包装 可降解塑料是包装产业目前和未来发展的重点。由於很多塑料包装不会重复使用，而目前大多数塑料不可降解，加之回收工作不到位，引起了很多环境问题。由於降解塑料在一定条件下最终会转化成对环境无害的产物，因此又被称为“绿色塑料”。 高效降解塑料的研究开发已成为塑料界、包装界的重要课题，而且成为全球热点。其中生物降解塑料在可降解塑料中最具发展前景，尤其以聚乳酸材料最引人关注。根据统计资料，2006年全球可降解包装材料消费量为4.3万吨，2011年为12万吨，未来几年内预计年增长率为15%，呈现小规模，稳增长的态势，在2030年生物可降解塑料有望在包装领域占据非常大的比重。 电子 “科技改变生活”，这句话应用在电子行业再恰当不过。电子工业作为现代科技发展最为迅速的行业，橡塑材料是支持其快速发展的一种重要基础材料。橡塑材料最重要的应用之一就是制备电子产品的重要部件——显示器面板。橡塑材料制备的液晶显示器具有质轻、功耗小、可靠性高、显示信息量大等优点，涵盖了从手机到大尺寸电视在内的各种显示应用领域。随着大尺寸液晶面板生产技术的日益成熟，将极大降低液晶电视的价格，提高市场的占有率。据统计，2011年液晶电视的出货量占到全球电视出货总量的82%以上，2012年这一比例将超过88%，预计在未来二十年将完全取代显像管电视。与此同时，液晶显示技术也在飞速发展，现在已经研制出轻薄柔韧，可灵活卷曲的塑料显示器。也可以做成大面积发光塑料墙纸，用在各种建筑物上。 未来，电子行业会更多的以塑料为载体，融入智能电子技术制成更轻薄的电子产品。例如用导电塑料制成的印刷电路板，就像报纸一样便宜和轻薄；用发光塑料壁纸作为建筑的照明系统等。 医疗 人们的健康离不开医疗。现代社会，我们已经大量的依赖塑料保持卫生，保护食物和药物免受污染恶化，同时保证医疗设备、容器和缝合材料无菌。采用塑料制作的辐射高温消毒注射器、血液和营养包、血管系统、吸入管和药剂分配器这些项目都正在被研究和改进。生物医用高分子材料的物理化学性能与金属、陶瓷等材料相比，与人体组织的相容性和匹配性更好，因此可制成人体内使用的人造器官或医疗医药用器械，如人造心脏、人工血管、人工皮肤、缝合线、绷带和支架等。 到2030年，全球65岁以上人口总数将超过10亿，即地球上每八个人中就有一位老年人。人口老龄化问题日益受到国际社会的关注，而要实现健康老龄化必须依靠强大的医疗科技。相信医疗保健革命终究会到来，而橡塑科技正推进着其进展。核磁共振成像（MRI）不能使用金属手术工具，所以医生在核磁共振成像仪下看肿瘤的同时却不能做手术，而这种障碍可以通过使用新型的不带金属或电子件的塑料机器人来克服。塑料基的微系统和纳米科技很快会在医学上进行应用，纳米聚合物作为药物的载体可以直接针对受损细胞，塑料微螺旋可以用於防治冠状动脉疾病。最终，智能塑料将会直接融入到我们的身体。科学家们正在研究一种新仿生耳，以智能塑料为涂层，通电的时候，会刺激内耳神经细胞的生长。塑料还可以用於微机电系统，这些微小的塑料设备可以放置在皮肤上，给出葡萄糖和乳酸水平的瞬时读数，这项技术的未来应用还包括癌细胞的检测。 相信在未来，新型橡塑材料将不断涌现，应用领域将不断扩展。橡塑行业的未来发展将融入整个人类社会的发展进程之中，共同应对未来面对的各种挑战。 本文部分资料参考PlasticsEurope发布的Visions in Polymers.(end)

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