改性材料产品技术现状与发展趋势分析报告

第14页共14页默锐化学改性塑料技术现状与发展趋势分析报告编制：审核：批准：日期：2010.04.24

目录1 概述 32 行业现状 32.1 改性塑料在行业中的地位日益突出 32.2 塑料建材和新型包装材料将成塑料增长的主要领域 42.3 塑料在家电行业和汽车行业的应用空间广阔 43 生产企业及科研单位现状 54 发展趋势分析 74.1 车用塑料 74.2 工程塑料 84.3 可降解塑料 104.3.1 产业化现状 104.3.2 未来5年市场需求预测 114.4 废旧塑料的回收与再生利用 114.4.1 分离技术 124.4.2 预处理 124.4.3 回收料的改性 125 公司优劣势分析 136 实施方案 14

概述随着国际市场油价的不断攀升，塑料原料价格正在飞涨。在骤然加大的经营压力面前，塑料行业采取什么措施才能有效化解成本压力？开发和应用塑料改性技术，不失为降低塑料制品成本，同时提高其性能和附加值的有效途径。塑料改性是在大批量通用树脂中添加相关的改性剂，经过物理、化学或机械的方法，改善或增加其功能，在电、磁、光、热、耐老化、阻燃、机械性能等方面满足特殊条件下的使用要求。改性塑料是涉及面广、科技含量高、能创造显著经济效益的一个塑料产业领域，改性塑料有着广阔的前景。行业现状改性塑料在行业中的地位日益突出当前，由于能源价格高涨、市场竞争日益激烈的环境下，国际市场供应的通用塑料原料大多是在树脂聚合过程中经过改性的专用料，其性能稳定、使用方便，备受塑料加工企业青睐，具有很强的市场竞争力。改性塑料是在塑料中加入一定成分，改变塑料的性质，适应生产不同产品的需要。目前全世界改性塑料年产量达到2000wt以上，主要应用于汽车、家电、通信、计算机等领域。目前我国汽车、家电、通信、高档工具等对改性塑料的需求量非常大。首先是汽车工业，特别是轿车工业对塑料专用料的需求较大。以2004年为例，我国汽车总产量达400w辆，对改性塑料的需求量为30wt。其次是家电行业。目前，各种家电产品中都使用塑料专用料，预计对各种塑料的年需求量为70wt，其中对改性塑料的需求量为20wt。第三是通信和计算机领域，目前，移动电话和家用电脑的用户急剧增加。以2004年为例，当年手机消费量为1.5亿部，需要用改性塑料6wt；各种电脑对改性塑料的需求达10wt。第四，各种电动工具的生产也需要大量改性塑料，2004年该行业对改性塑料的需求为5wt。第五，2004年其它行业对改性塑料的需求量也在15wt以上。由于下游对改性塑料有大量需求的行业大多属于消费性行业，随着消费升级、内需启动，这些行业都会高速增长，从而带动对改性塑料的大量需求。目前，我国对改性塑料的年需求量已超过100wt。除市场看好外，国家对改性塑料产业的发展也在政策上给予大力扶持。国务院批准公布的《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录(2000年修订)》和科学技术部颁布的《当前优先发展的高新技术产业化重点领域指南(2001年度)》中均指出：“工程塑料及通用塑料的高性能化生产”是当前国家鼓励发展的重点产业化领域，近期的产业化重点是“对PP、PE、ABS、PS、PVC等通用塑料进行改性，建设万吨级专用材料生产线等”。另外，科技部、财政部和国家税务总局联合公布的《中国高新技术产品目录》也在“有机高分子材料及制品”一栏中列举多种改性塑料产品。塑料建材和新型包装材料将成塑料增长的主要领域如今化学建材被称为钢材、木材和水泥之后的第四代建筑材料，而塑料建材是化学建材的主要组成部分。塑料建材主要包括塑料管、塑料门窗、建筑防水材料、隔热保温材料、装饰装修材料等，塑料建材在建筑工程、市政工程、工业建设中用途广泛。房地产业和建筑业是我国国民经济的支柱行业，尽管由于房价上涨过快国家不断出台相关的宏观调控政策，但管理层支持住宅产业健康发展的态度没有改变；随着中国经济逐步进入全面小康社会，居民改善住房状况的强大需求仍然旺盛；北京奥运会和上海世博会场馆的建设也刺激了建筑业发展的需求。在这种情况下，国家化学建材领导小组也相继制定出台有关化学建材生产和推广应用的若干意见、纲要和办法，为塑料建材的稳定发展提供政策保证。中国塑料建材产品有巨大的市场空间。以塑料管材市场为例，目前发达国家的塑料管材市场占有率为50%，而中国只有25%。建设部预计，未来10年国内塑料管道市场需求将高达8000亿元。除建筑材料之外，新型包装材料是塑料市场增长的又一引擎。中国水泥、化肥产量位居世界首位，目前水泥包装30%以上使用复合编织袋；而矿产品、化工产品、合成树脂、原盐、食糖、棉花和羊毛等产品的包装，以塑料包装作为主要包装材料是必然趋势。此外，中国是粮食生产大国，需要大量塑料包装材料。随着消费升级趋势的推进，食品、饮料、药品、洗涤用品、化妆品等行业迅速发展，对复合膜、包装膜、容器、周转箱等塑料包装制品有很大需求。塑料在家电行业和汽车行业的应用空间广阔在家电行业，洗衣机和洗碗机中大量使用聚丙烯塑料，每台洗衣机平均用聚乙烯4kg，每台洗碗机平均使用聚乙烯7kg。干燥机中主要使用工程塑料(如尼龙和聚甲醛等)做机械部件。在家电领域通用热塑性塑料的消费增长率超过家电用材料的平均增长率。家电生产厂家为满足消费者日益增长的审美要求，正在追求更高的设计灵活性。由于家电的原始设备制造商基本上都可以提供相似的功能，实际上家电的设计已成为零售市场的主要差别化因素。新的环境意识和新法规对产品的规格也有影响。塑料的良好功能使其能够满足家电行业不断提出的新要求。塑料在汽车行业的应用前景同样看好。目前世界上不少轿车的塑料用量已经超过120kg/辆，个别车型还要高，德国奔驰高级轿车的塑料使用量已经达到150kg/辆。国内一些轿车的塑料用量也已经达到90kg/辆。可以预见，随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛。生产企业及科研单位现状发展新材料是全球的趋势，世界上主要的发达国家和发展中国家都制定了发展新材料的战略规划。目前已经在国内设立改性塑料生产基地的国外大企业有美国GE公司、杜邦公司、PolyOne（普立万）公司、埃克森美孚化工、日本Polypro公司、德国巴斯夫公司；韩国LG公司、锦湖公司；荷兰DSM公司等；国内主要有广州金发、北京聚凌燕、上海日之升、温州俊尔、横店得邦、上海杰事杰、山东道恩等企业。表1:不同应用领域生产企业及科研单位现状应用范围公司名称简介技术领先之处备注车用塑料北京聚凌燕塑料有限公司由日本三菱化学株式会社、日本丰田通商株式会社以及北京燕山石油化工集团共同出资建立。主要生产汽车用聚丙烯共混合金材料，采用的是日本排名第一的汽车专用料生产商日本聚丙烯株式会社技术中心技术。美国埃克森美孚化工主要从事保险杠及内饰的生产，国内保险杠改性用EPDM、POE等增韧剂主要进口公司之一。华南理工大学在聚碳酸酯(Pc)/(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)合金中加入玻璃纤维(GF)进行改性，用马来酸酐接枝(丙烯N/苯乙烯)共聚物(AS-g-MAH)作增容剂，制备了GF改性PC/ABS合金。AS-g-MAH的加入使PC/ABS合金的力学性能得到提高，制得的增容改性PC/ABS合金可满足安全边界条和导向轮材料的要求。电子电器荷兰DSM（帝斯曼）该公司产品覆盖了大部分工程塑料领域，从聚酰胺(PA6,PA46,PA66)，聚酯(PBT,PET)，聚碳酸酯(PC)到热塑性聚酯弹性体(TPE-E)。武汉理工大学以聚对苯二甲酸乙二酯(PET)为基体树脂，添加3种不同类型的抗静电剂与PET熔融共混，制备了抗静电复合材料。含磺酸盐及聚醚的复合抗静电母料和聚醚型复合抗静电母料均可显著提高PET的抗静电性能，当两种母料的质量分数均为3％时，可使PET复合材料的表面电阻率均降低6～7个数量级。机械设备北京航空材料研究院制备了EP/GF复合材料，复合材料的常规性能和耐热性较好，夹层结构的滚筒剥离强度高，树脂具有韧性，扫描电镜分析发现复合材料界面粘接情况良好。该材料已应用于航空结构件，如发动机进气道、舱内的座椅等，能实现结构轻量化，并且性能良好，不易分层。北京化工大学对聚甲醛(POM)进行阻燃和抗静电方面的改性，使其达到煤矿井下安全标准。用改性POM注射成型的喷嘴能代替不锈钢、铜等金属材料，可满足在矿井下的使用要求且有良好的降尘效果。农业用品兰州石油化工宏迭公司通过研究表面处理、涂覆量的控制、烘干等工艺条件对薄膜性能的影响，在三层共挤棚膜生产装置线上工业化生产了涂覆型流滴、消雾、耐候功能膜，确保了薄膜的流滴持效期达12个月以上。西南科技大学在PE中添加质量分数为0.2%和0.4%的硬脂酸铁，制备了PE降解地膜，环境降解25d后其断裂伸长率保留率降到10%以下，30d后变为碎片。中石化天津分公司研究院以DFDA0085的基础粉料DGH-1875为基础，用自制的有机、纳米添加剂开发出了高透明LLDPE棚膜专用料DFDA0086。建材中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司树脂应用研究所选用不同的PP树脂、成核剂和抗氧剂进行熔融共混研究，制备出综合性能优良的刚性嵌段共聚PP管材专用料。对该专用料的力学和结晶性能的分析表明，它的物性指标达到了国外同类专用料的技术水平。其弯曲弹性模量为1550MPa，氧化诱导期大于25min，且加工性能优良。管材外观满足使用要求，并通过了1000h的静液压实验。大庆化工研究院采用二步硅烷交联工艺制备高交联度易加工硅烷交联管材专用料，通过加入自由基捕捉剂的方法，抑制接枝反应过程中的碳-碳大分子交联，突破了二步法硅烷交联工艺中存在的技术瓶颈，使硅烷交联管材专用料既具有高的交联度又具有良好的加工性能。北京化工大学采用共挤出方法制得了表层为软面热塑性弹性体、内层为硬支撑体的PVC发泡板材。薄膜发展趋势分析车用塑料汽车用聚丙烯其混材料是指通过改性加工手优获得的满足汽车不同部件、不同功能要求的改性PP材料。自2001年开始。我国的汽车工业进入了一个高速增长的发展阶段，年增长率超过50%，即使在增速放缓的2004年仍有l3%的增长，2005年，全国汽车产量507万辆，汽车用改性PP达到140kt；2006年，全国汽车产生608.76万辆，汽车用改性PP达到170kt，预计到2015年，全国汽车产量976万辆，届时全国汽车用改性PP将达到350kt左右。目前，我国汽车用改性PP材料约占整车塑料用量的31%，根据世界发达国家改性PP材料与整车塑料用量的1/2，单车改性PP材料的用量约50kg推算，我国汽车零部件用PP改性材料的市场空问巨大。我国每辆轿车中塑料用量最大的4种塑料是PP、聚氨酯(PU)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)和聚氯乙烯(PVC)。目前国内外汽车用改性PP材料主要可以分为四大品种，其特性如下：(1)增韧型即以弹性体为主增韧的改性PP材料，具有极高的冲击强度和低温韧性，主要用来制造汽车保险杠；(2)填充增韧型即以无机物充填、弹性体增韧的改性PP材料，具有模量高，刚性及耐热性好、尺寸稳定性等突出优点，克服了通用PP材料收缩率大、热变形温度低、力学持久性差等缺点，用来制造汽车内外装饰件，如仪表板、车门内护板、水箱面罩等；(3)填充型采用高含量无机物填充的改性PP材料，可大幅度提高通用PP材料的刚性、耐热性及尺寸稳定性，主要用来制造耐高温的非受力结构零件，如护风圈、暖风机壳体等；(4)增强型玻璃纤维增强PP材料是聚烯烃塑料中强度最高，刚性、耐热性以及尺寸稳定性最好的品种，主要用来制造发动机风扇等高强度、高耐热制品。目前国外汽车内外装饰件已基本实现塑料化，而塑料在汽车中的应用范围正在由内装件、车力间结构件扩展，今后的重点发展方向是开发结构件、外身间装件用的增强塑料复合材料、高性能树脂材料，并对材料的可回收性能予以高度关注。工程塑料工程塑料是指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。我们常说的五大通用工程塑料包括聚碳酸酯(PC)、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚酯(PET)。工程塑料在我国主要应用在汽车、电子电气、机械行业、建材、轻纺行业、包装行业。工程塑料行业虽然在消费总量上来看是很小的一个行业，但由于其下游消费行业多为汽车、电子等我国正大力发展的支柱行业，且属于高新技术行业，利润率之高非其它传统塑料化工行业可比。从其价格走势上也可以看出，这几年在传统塑料行业利润空间不断缩减的情况下，工程塑料依然保持高位。从国内公开发表的文献来看，工程塑料新制品不断出现，应用领域越来越广，塑料制品已经深入生活的方方面面。从总的情况来看，2007-2008年工程塑料制品的开发重点在汽车配件、电子电器和薄膜产品上，而随着环保意识的增强，可降解材料开发较多，污水处理材料也有研究。经历几十年的发展，发达国家早已形成了一个规模庞大的工程塑料高新技术产业，掺混及合金化的开发十分活跃，产品种类繁多，专用化程度极高。目前，上述五种产品已经工业化生产，且应用范围广泛。在美国、欧洲、日本已工业化的塑料合金品种中，工程塑料合金占绝大多数，合金化已成为发达国家工程塑料改性的主要方法。此外，聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚芳醚酮(PEEK)、聚芳酯(PAR)、聚苯酯及液晶聚合物(LCP)等特种工程塑料品种均已实现产业化。例如：巴斯夫公司(BASF)新推出了新级别热塑性聚氨酯、尼龙6和聚对苯二甲酸丁二酯等，不断扩大其特种塑料产品线。如不久前，巴斯夫公司推出了新级别LOTAC牌和LOCOF牌TPU。LOTAC产品用于工业软管，可避免出现缠结或发出吱吱声。LOCOF产品还正在供应电线电缆市场。巴斯夫还在开发一种亚光级TPU，可取代PVC和其他材料用在汽车座椅套或头枕中，以及医疗或家具用途。尼龙6方面，巴斯夫去年推出了Ultramidseal-Fit牌材料，该材料可用来提高电接头的密封性和连接性。新级别PBT在今年初商用化,可抵抗汽车与电器部件的热水、清洁剂和其他化学物质的侵蚀。巴斯夫还推出用于汽车油盘的Ultramid级别材料，可耐受石块、路盐、热气和油份的冲击，而且比传统材料轻50%。巴斯夫现在还推出两种新级别的Terblend牌ABS/尼龙混合料。这些材料具有卓越的流动性，更易于加工成大型且高精密的可视零部件，比如汽车内饰中的中控台和摩托车部件。再就是国际上热点化工产品研发又推动改性工程塑料品种快速发展，如聚甲醛(POM)是一种综合性能优异的工程塑料，具有硬度大、耐磨性、耐疲劳性和弹性好，化学稳定性高，有突出的耐溶剂性，电绝缘性佳，吸水性低以及制品的尺寸稳定性好等优点，可用来取代有色金属及其合金，被广泛用于电子电气、各种精密机械、五金建材等行业。但POM的氧指数仅为l5%，是一种易燃的塑料，随着其应用领域的扩大，对其进行阻燃改性的要求越来越强烈。根据POM燃烧的机理及燃烧特性，选用以APP为主阻燃剂，三聚氰胺与季戊四醇双磷酸酯三聚氰胺盐(MPP)为辅助阻燃剂，再配以高分子吸醛剂共同组成阻燃体系，通过塑炼方式加入POM中构成了阻燃POM，经过测试其氧指数可以到达50%，垂直燃烧达到FV-0级，且加工条件与普通POM相同，可以满足使用要求。由此可见工程塑料及合金的基础研究已出现许多新成果，通过改性或合金化使通用工程塑料获得特种工程塑料具备的更加优越、独特的性能。可降解塑料目前，全球已开发了多种基于不同原料的生物降解塑料，主要品种包括淀粉基生物降解塑料、聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基烷酸酯(PHA)、聚己内酯(PCL)、二氧化碳(CO2，)共聚物脂肪族聚碳酸酯(APC)、脂肪-芳香共聚酯等。其中，淀粉基生物降解塑料、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯是当前国内外研究和开发最多、技术相对成熟、产业化规模最大的生物降解塑料，也是进入市场最早和目前市场消费的主要品种，因此，可以认为是当前生物降解塑料发展的三大主流技术。当今，发展低碳经济已成为世界性的潮流，把低碳经济的发展作为协调、保护全球气候和促进本国经济发展的一项根本途径。有关专家指出，若利用生物质资源通过工业生物技术过程生产的生物材料，替代我国每年使用的三大合成高分子有机碳材料，可实现数亿吨的CO2净减排，另据欧洲生物塑料协会的数据，每使用1t淀粉基塑料，可减少CO2，排放0.8-3.2t。因此，生物降解塑料作为一个新兴产业，在推行低碳经济上将发挥着重要作用。而作为生物降解塑料的三大主流技术(淀粉基生物降解塑料、PLA、PBS)，无论是从产品价格、性能还是其产业化规模、市场应用等方面，在低碳经济这条道路上都将呈现广阔的市场前景.产业化现状目前，国内外已有不少淀粉基塑料产品生产，意大利Novamont公司生产的Mater-Bi塑料、美国Warner-Lambert公司生产的Novon系列产品和德国Biotec公司生产的Bioplast塑料，已成为目前国际上最受瞩目的三种淀粉基生物降解塑料。国内淀粉基生物降解塑料主要生产单位有天津丹海、武汉华丽、南京比澳格、广东上九、河北昭和、浙江华发、福建百事达、成都新柯力等公司，淀粉与聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚乙烯醇(PVA)、PCL、PLA等聚合物共混粒料已批量生产，其中几个大型企业均达到年产万吨级生产规模，总产量占到我国生物降解塑料产量的60％以上，并出口日本、韩国、马来西亚、澳大利亚、美国欧盟等国家。未来5年市场需求预测德国赫尔姆特凯瑟(HelmutKaiser)咨询公司预计，全球生物塑料市场将以年均20%-30%的速度增长，规模将从2006年的20.3wt增长到2015年的54wt，销售额从4亿英镑扩大到2015年的100亿英镑。在美国召开的塑料工程师学会年会上指出，全球生物塑料生产将从2007年的26.24万t提高到2011年的99.88wt。会上还指出，全球消费的生物塑料仍仅占全部2.3l亿t塑料的0.7%，市场应用空间与潜力较大。2008年11月，在德国柏林举行的第三届欧洲生物塑料会议预测，近年来全球生物塑料市场发展迅速。2011年全球产能将从2006年的15wt增加到200万twt。BASF发言人指出，生物塑料无论在零售还是树脂方面都已经成为可观的市场，这一市场将在未来几年持续增长。据专家预测，在今后5-l0年内，我国国内将形成一个由淀粉基、PLA、PBS降解塑料为主的销售大市场，年产值达几百亿元。在药物控制释放材料和骨固定材料及人体组织修复材料等方面，如能以其成功的制成几种药物控制释放系统和骨固定材料及微创导管材料并进入市场，年产值将至少也有几十亿元；在生态纤维制品方面，能开发并生产出优质的纤维制品，将有年产值100亿元的市场销售空间。在降解塑料日常制品方面，我国消费市场空间更大，年销售额将达上百亿元。按照产品生命周期分析，生物塑料产品尚处于萌芽期和发展期，市场存在巨大增长潜力。其市场需求将由几大因素：国家政策、客户需求、石油涨价等决定，而这些因素和条件正在逐步形成，特别是低碳经济的兴起，更是对全球生物塑料的发展起到了显著的推动作用。同时，碳排放交易将取代石油期货交易，这也很可能促进生物塑料市场需求呈爆炸式增长。废旧塑料的回收与再生利用废旧塑料的数量与日俱增，经海关统计的进口量已达到500多万吨，而且以年增长率20％左右的速度迅速扩大，而国内每年产生废旧塑料也已达到上千万吨。正视这一现实，科学、合理地将其资源化，继续为人类社会服务是全社会共同面对的课题，而“塑料改性”首当其冲，成为破敌掠阵的锐利武器。事实上大部分废旧塑料的回收和再利用已成为运转相当完善的产业链，其主要问题不在于是否得到回收和利用，而是如何避免以牺牲环境为代价和如何提高其技术含量与附加值的问题。分离技术废旧塑料回收的一个重要方法就是将其分离成单一组分，混合塑料一般价值低、产品性能差且不稳定，但分离后可用于价值高的制品。所以为了能实现其最高价值，生产厂商推广使用能识别塑料种类的材质标识，不少发达国家的塑料产品都有明确的材质标识。对没有标识的塑料材料，过去识别其种类最简单的方法是观其色(火焰的颜色和烟雾的颜色，外观)，听其音(敲击声)，闻其味(燃烧过程中产生的气味)，而这些方法都需要丰富的经验，所以很难适应工业化生产的需要。因此国外开发出很多塑料分离设备，为塑料再生利用的机械化和自动化提供了良好的基础。有效分离塑料的自动鉴别技术包括：浮降法、空气分离、水旋法、近红外分光法、x射线分析法、静电分离技术、选择性溶解。预处理回收塑料的预处理包括分离分选，清洗消毒，减小尺寸，熔融过滤，粉碎造粒，干燥。废旧塑料通过预处理及各种成型方法，可直接再生利用制得制品，采用直接利用的方法，再生制品的成本较低，但再生料的制品力学性能大大下降，不适合制作高档次的制品。要改善再生料的基本力学性能，满足专用制品的质量需要，需采用各种改性方法，如通过不同树脂的共混合使性能互补，添加具有一定活性的填料进行填充改性，用纤维进行增强改性，用弹性体增加废旧塑料的韧性，加入热稳定剂改善加工性、增加其耐热性及耐光性等，使废旧塑料制成再生制品，且性能达到或超过原树脂制品的性能。回收料的改性物理改性物理改性主要是指将再生料与其它聚合物或助剂通过机械共混，如增韧、增强、并用、复合活性粒子填充的共混改性，使再生制品的力学性能得到改善或提高，可以做档次较高的再生制品。这类改性再生利用的工艺路线较复杂，有的需要特定的机械设备。物理改性包括填充改性、增强改性、增韧改性。化学改性回收的废旧塑料，不仅可以通过物理改性的方法扩大其用途，还可以通过化学改性，拓宽回收塑料的应用渠道，提高其利用价值。化学改性包括氯化改性，交联改性，接枝共聚改性等。物理化学改性对热塑性废旧制品再生料的改性一般为单纯的物理改性与单纯的化学改性。前者是通过机械共混设备在聚合物熔点以上的温度下实施熔融混合，以制备多组分多相态的共混物合金及复合材料；后者则通过大分子的化学反应或共聚反应实施改性。改性的目的是改善再生料的性能并扩大其应用范围。塑料改性的另一种方法，即原位反应挤出工艺的改性与成型。这种方法同时实现化学改性