1.5 塑料改性技術急需突破的幾個問題

塑料改性技術在學術、技術和產業化上都取得了一定的成就，但仍然存在著一些大家公認的難題，制約著塑料改性技術的普及，并難以取得更大的社會和經濟效益。

1.“增重”問題

非金屬礦物的密度比合成樹脂大很多，通常都要大二、三倍，有的如重晶石粉比聚乙烯或聚丙烯的密度要大五倍左右。有的礦物填料表面看起來密度并不太大，但只能說堆積密度不算大，真正分散到塑料基體中以單一顆粒存在時，其真實密度就顯現出來。盡管礦物填料在質量上一比一地代替了基體塑料，但它所占有的體積僅為同樣質量的基體塑料的幾分之一。如果礦物填料的顆粒與基體樹脂緊密接觸，沒有空隙的話，那么這種體積上的差別將直接影響到以面積或長度計量的塑料材料及制品的數量，例如管子和異型材的長度或人造革的面積；也直接影響到注射成型制品的數量。因為注射成型的模具型腔的容積是一定的，同樣質量的熔體如果體積不同，所能成型的注射制品的數量就會減少，結果在使用填料降低制品成本、增加經濟效益的同時，出現了長度、面積、制品個數減少的負面效應。塑料加工企業會衡量正負兩種因素的影響來決定是否有必要使用填料。需要指出的是有的塑料制品對填料帶來的增重負面影響不敏感，甚至需要提高塑料材料的密度，如海水養殖用的塑料網墜、音箱的殼體（質量大音響效果好）以及一些家電的底座等。也有一些情況顯現出制品的長度或面積對填料密度不敏感，即在最終的塑料材料及制品中，同樣質量的物料得到的長度、面積變化不大，如單向拉伸的聚丙烯扁絲、打包帶、撕裂膜以及聚乙烯吹塑薄膜、中空容器等。這主要是因為這些塑料制品在加工過程中，基體塑料被拉伸或吹脹，分子之間出現空隙，大分子與填料粒子之間也出現空隙，使填充材料的密度上升不多，更重要的是這種填充體系的性能仍能滿足使用要求，從而凸現出使用填料降低成本的優勢。

2.填料表面處理問題

無機粉體材料作為塑料的填料，在多數情況下應當首先使其顆粒表面有機化，即從親水性轉為親油性，通常稱之為“活化”。自20世紀80年代開始，硬脂酸、鈦酸酯、鋁酸酯、磷酸酯等偶聯劑以及硅烷偶聯劑都已被廣泛地用作無機粉體材料的表面處理劑，取得了明顯的效果。但是隨著一些專家學者研究工作的深入，提出新的學說或途徑，人們才意識到填料顆粒表面處理技術及處理的效果還遠遠沒有研究清楚。

清華大學于建教授提出利用材料體系中組成物質之間的作用關系，對高分子/無機粉體復合體系中各種微觀相界面進行劃分的基本方法和原則，找到了對不同層次的微觀相界面進行設計和調控的有效方法，從而實現了CaCO₃/HDPE或CaCO₃/PP體系的抗沖擊性能質的飛躍。

福建師范大學章文貢教授在多年探索和總結國內外無機粉體改性理論與實踐的基礎上提出無機粉體表面原位組合化學改性（簡稱為CCM/NPS-IS）的原理、實施步驟、研究對象和主要內容等，認為這是繼偶聯劑改性之后的第三代無機粉體表面改性新技術。

上海哲華化工材料有限公司、上海高興新材料有限公司和寶雞云鵬塑料科技有限公司的科技人員也對無機粉體表面處理的原理和技術發起沖擊，并取得令人鼓舞的成就。這些新的思路和方法正向傳統的以偶聯劑為核心的表面處理技術發起挑戰，粉體表面處理的學術和技術正面臨著重大突破。

3.改性塑料的成型加工尺寸收縮率問題

ABS注射制品的成型收縮率僅為0.5%，而普通聚丙烯注射成型制品的成型收縮率達1.5%～2.0%。加入橡膠彈性體和無機礦物粉體材料（如滑石粉、碳酸鈣等）都會使填充聚丙烯材料的成型收縮率有所下降。不同改性材料對聚丙烯塑料成型收縮率的影響見表1-1。

表1-1 不同改性材料對聚丙烯塑料成型收縮率的影響

從表1-1可以看出，無論是共混其他高分子材料，還是填充無機礦物，都可以達到使聚丙烯成型收縮率減小的目的，但只有玻璃纖維在填充30%時可使改性聚丙烯材料的成型收縮率減至0.54%，接近ABS的成型收縮率。在使用改性聚丙烯代替ABS時，最大的優點在于能降低注射制品的原材料成本，但如果因為二者成型收縮率相差較大，影響注射加工本身，如脫模困難或影響到制品外觀，就必須修改模具或重新設計制造模具，這就對改性聚丙烯塑料代替ABS的推廣起到了限制的副作用。

4.廢舊塑料再生利用中的相容劑問題

隨著塑料材料的應用越來越廣泛和多樣化，很多情況下使用的是共混合金化的材料，或者是層層復合的材料。特別是后者，層與層之間往往使用粘合劑，而各層材料之間的差異相當大，如極性和非極性材料，結晶和非結晶材料，熔體流動速率大的和小的材料，高分子和金屬（主要是鋁）材料，發泡和不發泡材料，等等。這些層與層復合材料的邊角料或是使用后回收的材料，要想將它們層與層分開，分別再生利用，不僅費時費力，而且也不可能分離干凈，會給后續加工帶來重重困難，甚至根本無法使用。例如由PP無紡布和LLDPE薄膜復合而成的材料用于衛生巾和尿不濕，裁切下來的邊角料占30%以上，是非常好的可以用做原料的邊角廢料，但它們無法徹底分離。能否重新再生利用的關鍵是能否找到一種用途，同時需要PP和LLDPE兩種樹脂，使該種邊角料不需要分離就可以直接使用。還有一些層/層復合的材料，如PP/PET、PET/PA、PE/Al箔、PU泡沫/PE等，如果能找到一種用途，同時能發揮兩種材料的優勢，而又能解決材料性能和加工兩方面的問題，那么對廢棄塑料的合理使用將能大大前進一步。在這方面相容劑的設計和制造尤為重要。

5.塑料產業的發展和環境保護的問題

塑料制品使用后被丟棄在市井街頭、江河湖海，造成了視覺污染和環境污染，不僅引起社會各方面的廣泛關注，還關系著行業的發展、人民的生活與健康和生態環境的優劣等諸多問題。從建設資源節約型和環境友好型社會、實施循環經濟的科學發展觀出發，對廢舊塑料的處理堅持以回收再利用為主，以填埋或焚燒等辦法為輔的方針，是當前最符合時代要求的、促進塑料工業與環境保護協調發展的最佳途徑。

無論是回收再生利用，還是填埋焚燒都需要有相應的塑料改性技術與之匹配。針對那些一次性使用后不便回收利用的塑料袋、餐盒等，在最初制造時加入無機礦物粉體材料，使之具有可環境消納性，是近年來最具實際效果和發展前景的主張和辦法。現在的問題是如何讓政府和社會承認，如何讓使用者接受，同時如何讓生產企業贏利，也就是在“可環境消納”的效果上和對其評價的方法及指標方面需要進一步作深入地探討。

總之，塑料改性技術的出現具有很重要的現實意義，取得了一定的社會效益和經濟效益；但是，現在還有許多技術難題制約著塑料改性行業的發展。如果把這些瓶頸問題解決了，那么勢必會為塑料改性行業的發展，乃至整個塑料工業持續、快速、健康的發展做出重大貢獻。