最新高分子材料pp发泡材料综述
聚丙烯发泡材料综述
聚丙烯发泡材料综述
【摘要】:对聚丙烯(PP)发泡材料的生产现状、发展前景及其性能和应用情况进行了综述,指出发泡PP以其优异的使用性能、环保性能和工艺性能广泛应用于各个领域,具有广阔的发展前景。
【关键词】:聚丙烯;发泡材料;应用;发展前景
1生产现状
与聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)发泡材料相比,聚丙稀(PP)发泡材料开发的历史较短。然而,由于PP泡沫塑料具有优越的性能和广阔的应用前景,特别是市场对耐热性高、环保适性好的发泡材料需求迫切,使其发展迅速,因此20世纪70年代以来,许多国家纷纷投入了对发泡PP材料的研制开发[1-2],并取得了一定的进展。但是由于传统PP的发泡工艺性能较差,特别是发泡PP片材的生产技术难度较大,很难获得高质量的泡沫塑料制品,所以直到1980年PP发泡才实现工业化。目前国外只有美国、意大利、日本等少数几个国家能生产。
我国发泡PP的工业化生产能力很薄弱，所需材料仍然依赖进口,价格昂贵。如青岛塑料模具厂为国内多个汽车生产厂家生产汽车配件,该企业正在大量进口PP发泡材料用于生产汽车保险杠内衬(价格在5万~6万元/t,而普通PP的价格在1万元/t左右)。青岛大学高分子材料研究所采用一步法硅烷接枝反应挤出和PP/LDPE反应挤出共混改性技术制备出部分交联结构型HMSPP和共混改性型HM-SPP[3-4],并均获得具有良好泡孔结构的泡沫塑料,该技术具有生产工艺简单,生产成本低,发泡制品性能优异的特点,目前该项技术已经进入中试阶段。
2市场前景
与传统的发泡PS、PE相比,发泡PP以其优良的耐热性、机械强度和良好的环境适应性等优点而备受青睐,美国、日本和德国一些发达国家正大力发展发泡PP作为替代发泡PS的新型泡沫材料。2000年我国市场用各种果品、熟食品、半成品、净菜托盘达100亿个,如果这些食品包装材料采用发泡PP则需要PP发泡片材15万t以上,这将是一个极大的市场。我国微波炉已经进入千家万户,发泡PP制作的微波炉用餐具进入普通家庭具有诱人的前景。过去不少电子产品、家
电产品及许多易碎、易损产品的包装,主要使用PS泡沫塑料作缓冲衬垫材料,仅彩色电视机和彩色显像管2种产品1997年就使用PS泡沫塑料2万t,随着PS发泡材料的限制使用,该市场份额必将被其他环保缓冲材料所代替,显然,发泡PP以其良好的环境适应性代替发泡PS用于缓冲防震包装具有广阔的市场前景。在一次性餐具市场,由于PP在光、热和氧的作用下很容易降解;PP制品的制造过程中,如不加入抗氧剂等添加剂,PP制品会在阳光下15天左右老化降解碎化成粉粒状。利用PP这一固有的特性,采用发泡PP片材制作的一次性餐具是比较理想的环保餐具。在绝热材料市场,据统计,2005年我国空调产量达到7 469万台,冰箱产量达到3 105·6万台,太阳能热水器达到1 500万m2,随着空调、冰箱、太阳能热水器系统的普及,发泡PP作为空调管道等的绝热保温层的应用将会越来越广。有数据表明,今后我国绝热材料的年增长率将在10%以上。在缓冲材料市场,有关资料表明,全世界2005年汽车的产量约为6 653万辆。发泡PP制作的汽车内装饰材料和保险杠已经在高级轿车上得到应用,今后将进一步普及。我国汽车工业正处于飞速发展时期,2005年汽车产量为300万辆,2006年汽车产量达到560万辆,汽车用塑料将达到39万~46·8万t。可以预见,发泡PP在汽车工业的应用将是巨大的市场。在建筑材料领域,随着我国构建节能型社会的具体措施的实施,越来越多的新型楼房的建造中将采用发泡材料衬垫,PP发泡材料优异的性能成为发泡衬垫的优选对象。此外,低发泡PP结构件今后在体育用品及设施、建筑模板、合成木材方面的应用也是一个巨大的潜在市场。
3性能
泡沫塑料由于具有密度小、吸收冲击载荷性好、隔热性优良、隔音效果好、比强度高等性能特点而被广泛应用于日常生活和工业的各个领域。目前,泡沫塑料中用量最大的三大品种是:PS泡沫塑料、PU泡沫塑料、PE泡沫塑料。但是这些泡沫塑料从力学性能、热学性能、环保及经济性等方面均不尽如人意。如:PS 泡沫塑料目前虽然可以采用无氟化生产技术,但仍然存在PS制品废弃物体积大、不腐烂、难回收,对周围环境造成“白色污染”的缺点;PU泡沫塑料在发泡过程中会产生对人体有害的异氰酸酯残留物,且发泡材料无法回收[17];PE泡沫塑料力学性能比较低,耐热性不高,不易于降解。PP泡沫塑料与其他泡沫塑料相比,不但具有优异的力学性能和热性能,而且具有可回收、可降解等优异的环保性能,引起了
各国研究者、生产商和消费者的极大兴趣,目前几乎所有的世界著名的聚合物生产商都在进行研究开发。PP发泡材料与其他常见的发泡材料相比,在使用性能、成本以及其环境的影响方面具有独特的优势。
3.1使用性能方面
PP发泡制品具有良好的热稳定性,其热变形温度远高于PE发泡材料,其最高使用温度可达130℃,并且高温下制品的尺寸稳定性好。而且PP的玻璃化温度低于室温,这使其具有比PS更高的抗冲击性能,所以PP发泡材料具有十分优异的抗震吸能性能,形变后回复率高。另外,PP泡沫塑料的耐化学品性、耐油性可以与PE泡沫塑料媲美,具有较高的拉伸强度和抗冲击强度以及较高的韧性。这些特性使PP发泡材料广泛应用在包装、汽车缓冲和隔热材料等各个领域[5-6]。
3.2环保方面
发泡PP的主要成分为热塑性树脂PP,该材料不仅可回收再利用,而且由于PP 分子链上具有活泼的α甲基氢原子,在光照作用下容易产生分子链降解反应,使该材料具备自然光降解的特性,如果对该材料进行生物改性还可以使其具备生物降解特性,从而制得光/生物双降解材料,这样在用于一次性包装材料时就不会造成白色污染,大大减轻了对环境的压力,所以发泡PP是制备环保型发泡包装制品的首选材料。
3.3生产成本方面
PP发泡材料可以借助现有的挤出设备及二次成型设备进行生产,固定资产的投资远远低于PS和PU泡沫塑料,其生产工艺也比较简单,可以采用挤出发泡成型片材再进行热成型,发泡PP片材总的加工成本低于现有的其他发泡材料。
4应用
4·1药品食品容器及包装
发泡塑料由于其密度小、质量轻、缓冲作用强而被广泛应用于食品容器和包装,然而其循环利用和降解困难一直是人们议论的焦点,据美国环境保护组织报道,容器和包装已经成为最大的一类城市固体垃圾[7]。发泡PP材料的绿色(无毒副作用)环保优点使其在食品容器的包装领域大显身手。在防震缓冲用包装材料领域中,PP泡沫模塑制品可用来承受较高的载荷,其抵抗重复冲击的防护能力比可发PS模塑制品或发泡PU更为优越,因此冲包装,具有可直接回收,质地柔软,不
损伤被包装照相机、玻璃陶瓷、工艺品、各种家用电器等防震缓冲包装,具有可直接回收,质地柔软,不损伤被包装物表面的优点。
4·2一次性发泡餐饮具
为解决塑料制品特别是一次性塑料制品易对自然环境造成“白色污染”的问题,各国都把加强废弃塑料回收和再生利用工作摆到重要位置。针对当前形势,有部分厂家快速地转型生产降解性一次性餐饮具,目前国内主要的产品为光-生物双降解非发泡型PP餐饮具。但是不发泡的一次性可降解PP餐饮具和PS发泡塑料餐具之间的原料成本有较大差距,如果使用发泡PP材料制作一次性餐饮具,不仅可以在保证降解性的前提下大幅度地降低成本,提高可降解餐饮具的竞争力,而且可以提高餐具的隔热性、刚性等使用性能[6]。
4·3其他领域
除了上述主要领域外,PP发泡材料正逐渐应用于其他的应用领域,如:最近制鞋行业也开始采用低发泡PP代替PU作凉鞋、拖鞋的鞋底及鞋面材料;制帽行业中开始使用PP泡沫帽眉;在体育用品领域,发泡PP是水上漂浮救生器材的理想材料,可用作救生衣、救生圈芯材、冲浪板、海滨泳场的游泳材料等。
5结语
总之,PP发泡材料以其优异的使用性能、环保性能、工艺性能和经济性能使其广泛应用于药品食品容器及包装、一次性发泡餐具、汽车零部件、绝热材料、建筑家居材料及其他领域,具有广阔的发展前景。但由于PP的结晶化特性,发泡PP片材的生产技术难度较大,发泡PP的生产及开发一直是世界各国研究的热点。目前只有少数几个发达国家能生产发泡PP,而我国发泡PP的工业化生产仍处于空白,因此尽快研制开发出适应市场需求的发泡PP材料,并使其实现工业化生产,是当务之急
参考文献
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