浅议Chinaplas®2014塑料工程绿色化解决方案的科学发展及展望

2015-02-25张友根

现代塑料加工应用 2015年3期

关键词：成型添加剂塑料

张友根

（宁波塑料机械有限公司，浙江宁波，315200）

以“绿塑创新·构建永恒”为主题的Chinaplas®2014展示了近年来塑料工程各个环节／领域的绿色化解决方案的科学发展新成果。

塑料工程绿色化解决方案科学发展内涵：塑料工程的发展无法回避资源、生态环境同社会的协调与整合，塑料工程绿色化的解决方案包含提高能源和其他资源的利用效率、减少环境污染等技术体系，实现塑料工程与人、自然、社会的和谐共生。

1 塑料工程的绿色化解决方案科学发展及展望

塑料工程的绿色化包括塑料原料、塑料材料、添加剂、制品工程、废料回收利用、成型加工等各个环节／领域全方位拓展绿色化的解决方案，以现代能源、材料、生物、污染治理、资源回收、环境监测、清洁生产、网络及数字等科学技术为指导，实施从方案确定、设计方法、材料选择、加工形式及工艺、回收利用及处理等生命周期的各个环节全套绿色方案的研发，预先防止设备对生态、环境、能耗、资源、清洁等产生副作用。

1.1 绿色化塑料原料的解决方案

绿色化塑料工程的成效最终体现在塑料成型制品上，塑料原料的绿色化直接关系到塑料制品的绿色化。绿色化塑料原料内涵：安全健康化、生态环保化及资源利用率最大化。塑料制品实现更大领域的推广应用，主要取决于塑料原料的绿色化科学发展水平。

1.1.1 绿色化生物基复合塑料

生物基复合塑料具有生物降解性能、减少石油资源的消耗、提高塑料性能的绿色化功能和性能。开发中的生物基塑料包括纤维素聚合物：生物基聚酯、生物基聚酰胺、生物基聚乙烯、生物基聚丙烯、生物基聚氯乙烯以及淀粉基聚合物等。汽车配件供应商佛吉亚公司开发出多种生物基复合塑料，为实现到2025年美国燃油经济指标研发了多种减重及降低成本的生物基复合塑料汽车饰件。杜邦公司推出了生物基质量分数70%、玻纤质量分数30%的RS610生物基复合塑料，成型加工汽车转向线和制动管。

1.1.2 绿色化工程塑料

高端工程塑料主要是指具有特殊优异性能的复合塑料，包括特种工程塑料、功能性膜材料、生物可降解材料等。历届展览会中的工程塑料展位，几乎是国外塑料原料商的天下，而且每年均推出功能化、专用化的高科技产品及其应用实例。国内发展高端塑料新材料的热情非常高，但在总体科技水平不高的情况下，仍然把大量的投资投向了中低端产品，高端工程塑料严重依赖进口。

1.1.3 绿色专用化功能化的塑料原料

市场细分化推动了绿色专用化功能化的塑料原料的科学发展。

陶氏汽车系统定位于专为中高量产汽车市场提供全面的解决方案，推出了旨在提供复合材料解决方案的产品系列，能够进一步促进轻量化复合材料技术在汽车市场的应用，对于OEM制造商和一级配套供应商客户具有相当的吸引力。

1.1.4 绿色化塑料的科学发展展望

塑料绿色化是根据环境价值并利用现代科技的全部潜力的技术。绿色化循环经济的发展，对塑料赋予新的含义，塑料不但首先必须达到无毒、无害、安全、健康的标准，而且需符合生态健康、节能降耗可持续发展的绿色化技术。

以塑料制品绿色化为指导，针对性地研发绿色化塑料原料。展览会上国际著名的塑料原料制造商都以展示具体的绿色化塑料制品实物来表明研发的塑料新原料绿色化性能和功能的应用成果，而国内一些塑料原料的制造商往往展示其研发的塑料原料的性能，很少有具体应用到某一制品取得的绿色化功效。

1.2 绿色化塑料包装材料的解决方案

绿色化塑料包装材料解决方案的特征是提高被应用的解决方案的绿色化的科学发展水平。

绿色化包装薄膜的科学发展特征是安全健康及环保生态环境化、复合功能化及专业化、超薄强度化及寿命周期化。生物降解型塑料成本过高，难以得到大幅度推广使用，因此如何降低生产成本是研发的方向。

冷拉伸膜的使用成本低，包装生产效率高；具有优良的透明性，使包装物品美观大方；安全性能好、无毒、无味，被包装物能起到防尘、防潮、保洁且易回收循环利用等优势，已成为欧美家电业占主导地位的包装技术。我国还没有冷拉伸膜的包装技术，但相信随着国内物流条件的进一步完善及观念的改变，会得到广泛的应用。

无溶剂复合膜的安全健康的关键是胶黏剂。朗盛特殊化学集团研发的Bonding Agent TP LXS 51099胶黏剂，应用于食品塑料包装材料上，获得美国食品和药物管理局和欧洲食品安全局的认证，符合世界最严格的食品安全法规。

多层共挤流延复合膜成型加工不使用有机溶剂和黏合剂，生产线国内也已研发成功，但模头、分配器等核心技术还需进口，整体性能与国际水平还有较大差距，成型速度仅为国际先进水平的70%。

1.3 绿色化添加剂的科学发展及其展望

添加剂的绿色化已成为行业的发展趋势，绿色化功能性添加剂指添加剂在达到安全健康的环境属性、节能降耗的成型属性的前提下，满足细分市场、应用对象、行业科学发展的要求。

1.3.1 添加剂的节能成型加工性能

塑料原料熔融温度、流动性2项参数直接关联到成型能耗，而这也与添加剂的性能相关联。降低成型加工能耗成为添加剂绿色化功能的特点。美利肯公司的Miliad NX 8000绿色环保透明剂不但能提高聚丙烯薄壁制品的透明度，并且降低了熔融温度而减少了10%的电能消耗。科莱恩公司的AddWorks®LXR 701聚酰胺添加剂，不但提高了玻璃纤维填充复合物熔体的流动性，并且可降低注射温度30℃。Nova公司UPES添加剂，在食品薄壁容器注射成型材料中，加入15%的UPES的高密度聚乙烯，注射成型周期加快了33%，使产品减薄20%，而包装的强度提高了140%，并增加了透明度。

1.3.2 添加剂的寿命周期性能

添加剂是延长塑料制品寿命周期的决定性因素。Sanitized AG 公司的抗菌添加剂除具有高效持久的抗菌性能外，还具有延长寿命周期、改善耐气候性和热稳定性、增强防紫外线辐射等的绿色化功能。AddWorks®AGC 104添加剂，集抗农药能力和高效抗紫外线功能于一身，可将农用薄膜的使用寿命延长至2年以上。

1.3.3 添加剂的专用化功能

塑料制品应用市场的细分化，促进了添加剂专用化的发展。PolyOne（普立万）公司向市场推出医疗卫生产品用颜料和助剂新系列产品，包括颜料OnColor HC、功能助剂OnCao HC和上述2种助剂的母料Smartbatch HC，其组分都符合医疗卫生专用规格指标和指定标准。

1.3.4 绿色化添加剂的科学发展及其展望

环保型增塑剂价格是传统增塑剂的一倍，这在市场上很难被接受。企业也要进一步加大科技研发，把环保无毒的绿色增塑剂成本降下来。

1.4 绿色化塑料制品工程的全套解决方案

制品－原料（材料）－设备一体化的绿色化塑料制品工程的解决方案的个性化成为这一市场的发展方向。

1.4.1 整合优化绿色化塑料制品工程

设备、原料（材料）、模具、周边设备等塑料工程上各个环节的研发商针对制品的发展，互相联合，共同研发提高制品绿色化技术含量，探索市场发展的空间。广东伊之密精密机械股份有限公司与成都联余模具有限公司，共同开发食品、医药领域的多腔高速注塑包装制品的整体解决方案，成为国内首家能实现在5.5s内成型一模四腔、壁厚小于0.4mm的食品包装盒的注塑包装机的公司。埃克森美孚化工公司的茂金属聚乙烯树脂与上海昆中机械有限公司三层共挤吹膜设备相结合，使用较少的树脂可以生产出具备优异光学性能和表面印刷性能的集束包装收缩薄膜，挤出能力达到400kg／h，最大薄膜宽度达到1650mm。

1.4.2 以研发绿色化制品带动成型工程

克朗斯是国际上著名的研发制造聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）高速吹瓶机的公司，设立专门研发部门开发PET瓶，引领市场PET瓶的发展，不断拓展吹瓶机应用技术的开发。研发的集经济性和生态性于一身的9.9g超轻500mL PET碳酸瓶，提高清洁度的易拉环盖，彻底消除了螺旋瓶盖可能带来的密封污染，价格比同类产品低30%～45%。

1.4.3 以提高绿色化应用技术带动成型工程

奥地利SML兰精机械有限公司根据宽度750mm拉伸缠绕膜的应用发展趋势，开发了“Smart－Cast®”3m（6卷）拉伸缠绕膜生产线及附属的边条直接回收利用装置，可生产750mm宽的膜卷（4卷），也可生产500mm宽的（6卷），弥补了2m拉伸缠绕膜生产线灵活性高但产能不足，以及4m拉伸缠绕膜生产线产能高但灵活性不足的缺陷。

1.5 绿色化塑料废料回收利用的解决方案

提高废塑料的利用率是绿色化塑料工程的重点研究技术。对于不同的废弃塑料包装制品采取不同的回收利用的解决方案，达到资源利用率的最大化。国内的废塑料回收率，由2010年以前的约20%上升至如今的30%以上，回收利用的发展空间巨大。

1.5.1 杂混废塑料回收利用

绝大多数废塑料为含有不同成分的杂混型，使杂混废塑料在再生高强度复合基塑料原料方面取得突破，回收利用成型市场急需的特定的塑料制品，成为“无害化、减量化、资源化”的绿色化塑料工程科学发展的重要组成部分。泰瑞机器股份有限公司于2013年与高校联合开发出挤注复合成型的超大型注塑系统，解决了杂混废塑料复合材料回收中性能不同的多种树脂材料复合混炼的技术难关，直接注射成型为大型托盘、检查井等产品。

1.5.2 铝塑复合废料的回收利用

铝塑复合材料具有很好的阻隔性能，应用于食品、医药等包装领域，回收利用是一个难题。浙江丰利粉碎设备有限公司针对废铝塑复合材料难以得到有效利用的难题，在国内外已有技术的基础上，采用机械粉碎解离、静电分选的方法处理废铝塑复合材料，可使回收铝的纯度达97%，回收率达98%，回收塑料的纯度达95%。

1.5.3 在线直接回收利用的全套解决方案

Starlinger公司的在线recoSTAR回收造粒设备可在聚丙烯编织带生产中产生的废料中加入碳酸钙后成为母粒，取代薄膜生产所需的部分母粒，直接加入生产线薄膜挤出的原料中，边条废料完全不影响薄膜的质量及挤出成型工艺条件。

1.5.4 PET废瓶高效率回收利用

德国克朗斯公司成功开发国际领先的PET瓶回收再利用技术，该项技术是将被压扁的PET瓶切割成片，经过初筛、去除金属、分离标签和瓶盖、分离杂质、深度清洗等步骤后，加入一定比例的新PET材料融合，制成食品级可用的饮料包装材料，符合FDA食品级标准的要求，而且其成本比一般的新材料低20%～30%。Starlinger公司专门开发了符合FDA标准的PET回收利用设备。

1.5.5 功能化及专用化废塑料回收利用

张家港市联达机械有限公司从事废旧塑料回收再利用环保机械设备的研制、开发和生产。产品主要有废家电塑料回收破碎清洗线，PET瓶破碎清洗生产线，聚乙烯、聚丙烯薄膜破碎清洗造粒一体生产线，薄膜挤干机、废塑料回收造粒机、红外线除湿干燥机、单／双轴撕碎机、XPS型破碎机、薄膜化纤团粒机、PET打包带生产线、平行双螺杆混炼挤出造粒机等。

低水平回收造粒越来越不适合绿色技术的开拓，提高回收料的附加值，实现优质再生，成为回收料循环利用的发展方向。

1.6 绿色化成型加工的解决方案

塑料工程企业的单一形式的服务越来越缺乏市场吸引力，以制品为目标的服务范围越大、乃至全套的服务越来越具有竞争能力。

威猛巴顿菲尔集团为适应亚洲市场对医疗、电子和光学仪器制造上的极大需求，为客户提供一站式的全套解决方案，包括全伺服机械手、新型模温机、轮式除湿干燥机、带有可视化外壳的上料机、中央粉碎机和EcoPower电动注塑机。东华公司针对包装行业高速、薄壁的现实需求，推出283SEC伺服节能薄壁高速专用注塑设备，提供“供料、贴标、成型、取出、堆叠”的自动化生产的解决方案。

Battenfeld公司以领先的挤出成型技术，开发“木塑”复合挤出成型加工，创造出“木塑”复合原材料的制备、异型材和板材的挤出工艺及设备、制品应用技术及设备、制品应用的全套挤出成型方案，形成了一个从产品研发、原料收集、设备制造、模具开发、制成品生产到市场营销的完整产业，从而引导了建筑、家具、物流包装等行业材料的走向。持续对设备降低能耗和制品成本的改革，使木塑挤出技术始终处于木塑制品价值链的高端。

1.7 绿色化成型加工设备抗污染的解决方案

成型加工设备的抗污染是环保属性的重要组成部分。设备的对环境的污染主要有润滑、热、电磁及静电污染等。德马格最新电脑技术的NC5控制器的Systec 160－600C注塑机，智能化配备全电动直接驱动系统（DD）用于锁模单元和注射单元的主轴驱动，使用特定的低惯性和空气冷却驱动，为洁净室或高度清洁环境下推荐使用。TSM Auto－Clean独家设计的自动控制并监视清洁处理的自洁性上料系统，包括吸料机到混料槽完整的清洁系统，自动清洁程序的计量混料机，在配方转换之间，不会造成物料间的交叉污染。

1.8 绿色化3D塑料成型加工新技术

智能化3D打印成型的精密个性化的塑料成型加工越来越具有竞争力和生命力，成为绿色化塑料成型加工新技术的代表。

拓斯达FDM桌面型3D打印机，经过不断创新，在打印体积、精度、速度及材料选择等方面，不断地提高。美国Thogus公司应用拓斯达FDM制造技术，加工能力和市场竞争能力得到大幅提升，成为客户个性化、少量化的特殊塑料制品的开发的合作者，接受订单的数量最少为一件。国外已研制出以碳纤维为打印材料的桌面3D打印机，设备采用双挤模头，以相容碳纤维、玻璃纤维、尼龙和聚乳酸为材料，直接打印零件。

1.9 绿色化超大型注塑机的解决方案

超大型注塑机解决方案的科学发展突显降低资源消耗、节能降耗、环保降污等绿色化特征。

加拿大HUSKY公司的低压注射成型技术的二板注塑机，在锁模力只有传统技术三分之一时，仍可高质量地保证制品成型，使机器的体积和重量都大幅度降低。

天津市岱曼得科技发展有限公司DM－48000大型立卧式二板塑料注射成型设备，卧式挤注复合注塑、立式移模，模外热流道多射点进料，锁模器直接锁紧模具，蓄能器高速注射，机械手自动取件，可成型加工242，600L垃圾箱，适于成型加工回料及废料。成型加工242L，10.7kg的垃圾箱，周期6min。整机重量仅33t。