[科普中國]-熱塑性聚烯烴

熱塑性聚烯烴(簡稱TPO)是由橡膠和聚烯烴兩組分構(gòu)成的彈性體材料。世界TPO主要生產(chǎn)方法有機械摻混法、反應(yīng)器合成法和動態(tài)全硫化法三種工藝。熱塑性彈性體(TPE)又稱熱塑性橡膠(TPR)，是一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性，在常溫下顯示橡膠高彈性，高溫下又能塑化成型的高分子材料，是繼天然橡膠、合成橡膠之后的第三代橡膠。包括以下主要品種：苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)；聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)；聚氨酯類熱塑性彈性體(TPU)；聚酯類熱塑性彈性體(PET)。聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)，當前用得較多的是EPDM和PP，由橡膠和聚烯烴構(gòu)成，生產(chǎn)的彈性體通常稱為熱塑性硫化膠TPV(Thermoplastic Vulcanizate) 。

簡介它熱塑性彈性體(TPE)又稱熱塑性橡膠(TPR)，是一種兼具橡膠和熱塑性塑料特性，在常溫下顯示橡膠高彈性，高溫下又能塑化成型的高分子材料，是繼天然橡膠、合成橡膠之后的第三代橡膠。包括以下主要品種：苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS)；聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)；聚氨酯類熱塑性彈性體(TPU)；聚酯類熱塑性彈性體(PET)。聚烯烴類熱塑性彈性體(TPO)，當前用得較多的是EPDM和PP，由橡膠和聚烯烴構(gòu)成，生產(chǎn)的彈性體通常稱為熱塑性硫化膠TPV(Thermoplastic Vulcanizate) 。其制品具有優(yōu)異的耐候、耐油、耐臭氧、耐紫外線性能；抗動態(tài)疲勞性能優(yōu)越、耐磨性好、抗撕裂強度大、壓縮永久變形??；還具有加工工藝簡單、周期短、能耗小、無“三廢”等特點。作為橡膠換代產(chǎn)品，廣泛用于汽車生產(chǎn)、建筑材料、交通運輸、電線電纜、醫(yī)療器械、電子電器、運動器材、印刷印染等行業(yè)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦筒牧?。

熱塑性聚烯烴彈性體的生產(chǎn)方法世界上最早的熱塑性彈性體—聚氨酯是德國拜爾公司在1958年首先研制成功的。熱塑性聚烯烴彈性體(簡稱TPO)是由橡膠和聚烯烴兩組分構(gòu)成的彈性體材料。世界TPO主要生產(chǎn)方法有機械摻混法、反應(yīng)器合成法和動態(tài)全硫化法三種工藝。

機械摻混法是開發(fā)最早、技術(shù)最成熟的生產(chǎn)工藝，它通過雙螺桿擠出機將乙丙橡膠與聚丙烯進行摻混；反應(yīng)器合成法是新開發(fā)的生產(chǎn)工藝，先通入丙烯在反應(yīng)器中生成均聚丙烯，再通入乙烯、丙烯，生成乙烯丙烯共聚物；動態(tài)全硫化法則是通過動態(tài)硫化和摻混過程，將完全硫化的橡膠微粒均勻分散在聚烯烴熱塑性材料構(gòu)成的連續(xù)基質(zhì)中。通常機械摻混法和反應(yīng)器合成法生產(chǎn)的熱塑性聚烯烴彈性體的橡膠組分含量低于50%，一般只能作為高抗沖聚丙烯用于汽車(保險杠)及家用電器等領(lǐng)域；而動態(tài)全硫化法生產(chǎn)的熱塑性聚烯烴彈性體，橡膠組分含量可高達60-70%，產(chǎn)品綜合性能相當于乙丙硫化膠，可部分代替三元乙丙硫化膠用于制造汽車配件、建筑材料、電子電氣、工業(yè)用品和消費品。

TPV在相態(tài)上是完全交聯(lián)了的EPDM 顆粒分散在PP基質(zhì)中。這是一種在組成、結(jié)構(gòu)與前兩種方法迥然不同的體系。在TPV中由于橡膠組分已被充分交聯(lián)，所以材料的強度、彈性、耐熱性及抗壓縮永久變形性，較前兩種方法有很大提高，同時，耐疲勞、耐化學品以及加工穩(wěn)定性有明顯改善，而且橡塑共混比可在較大范圍內(nèi)變更，使材料在性能上有更大調(diào)節(jié)余地。這種動態(tài)硫化的共混技術(shù)是TPV生產(chǎn)技術(shù)的一個突破。TPV有效地克服了常規(guī)TPO產(chǎn)品的致命弱點，即耐熱性、耐壓縮變形性差等缺陷，材料性能進一步得到改善，已遠遠優(yōu)于熱塑性樹脂。壓縮變形可控制在40%以下，使用溫度可達100～120℃，對于要求壓縮變形不嚴格、使用溫度不高的橡膠制品，完全可以代替橡膠；對于環(huán)保要求嚴格、無毒衛(wèi)生的橡膠制品，更是非TPV莫屬。世界TPV最主要的生產(chǎn)及消費國家或地區(qū)是美國、西歐和日本。動態(tài)全硫化法最主要代表生產(chǎn)商是AES公司和DSM公司，而AES公司商品SANTO PRENE占有絕對優(yōu)勢。AES公司的專利已經(jīng)失效，世界多家公司也開始生產(chǎn)TPV，競爭將越來越激烈2。

國內(nèi)熱塑性聚烯烴彈性體的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)對TPV的開發(fā)應(yīng)用相對較晚。最初是為引進的幾條汽車生產(chǎn)線的國產(chǎn)化配套而開展研究。當時EPDM國內(nèi)還不能大量生產(chǎn)，需從國外進口，而且研究進展較慢，只在有關(guān)高校和研究院所的試驗室開展。隨著引進的轎車生產(chǎn)線相繼建成投產(chǎn)及汽車配件國產(chǎn)化率的不斷提高，國內(nèi)對生產(chǎn)汽車配件的EPDM/PP需求量日趨增加，國內(nèi)對EPDM/PP的研究進展加快，一些廠家陸續(xù)生產(chǎn)出一些產(chǎn)品，供應(yīng)汽車配件廠來生產(chǎn)各種汽車配件和其它產(chǎn)品。為滿足汽車領(lǐng)域?qū)PDM/PP的需求，燕山石化集團公司于1998年底與日本三菱化學株式會社、豐田通商株式會社成立了北京聚菱燕塑料有限公司，采用機械摻混工藝生產(chǎn)汽車專用料。

國內(nèi)熱塑性聚烯烴彈性體只有幾個生產(chǎn)廠，每個生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)能力在1000噸/年左右，大多采用機械摻混法生產(chǎn)工藝，年產(chǎn)TPV總和約500-600噸，無論是銷售價格還是銷售量都遠低于國外同類產(chǎn)品。這主要是因為產(chǎn)品性能還達不到國外產(chǎn)品的質(zhì)量水平，客戶處于試用階段。

南京金陵奧普特高分子材料有限公司是由中國石化集團金陵石化有限責任公司和芬蘭OPTATECH公司合資成立的一家高新技術(shù)公司。該公司引進先進技術(shù)，采用動態(tài)全硫化法生產(chǎn)熱塑性聚烯烴彈性體，生產(chǎn)能力為1000噸/年左右，產(chǎn)品商標為百可韌(PACREL)。是由PP和EPDM組成，其中橡膠體系已經(jīng)完全交聯(lián)。

湖北省鄂州鄂豐橡塑有限公司利用湖北大學承擔的“863”計劃《轎車傳動軸用EPDM/ PP熱塑性彈性體的應(yīng)用開發(fā)研制》科研成果，其關(guān)鍵技術(shù)是采用動態(tài)混合- 靜態(tài)硫化- 聚丙烯共混的獨創(chuàng)工藝，將EPDM完全硫化并以1～2μm粒子分散于PP連續(xù)相中，正在建設(shè)年產(chǎn)1000 噸的TPV 工業(yè)化裝置，主要產(chǎn)品EPDM/ PP 熱塑性彈性體，根據(jù)市場需求，已開發(fā)、研制出7個硬度等級2。

國內(nèi)消費情況自20世紀90年代初TPV進入國內(nèi)市場以來，經(jīng)過10年尤其是1998年后的發(fā)展，TPV 市場已經(jīng)初具規(guī)模，伴隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展及WTO的加入，未來將有更大的增長。EPDM/PP型TPV是國內(nèi)銷量最大的品種，國內(nèi)2002年消費量約6000 噸左右。美國AES 公司、Uniroyal Chemcal公司、荷蘭DSM公司及臺灣南帝公司的相關(guān)產(chǎn)品在國內(nèi)均有代理。廣州匯邦聚合物公司代理AES 公司的SANTOPRENE產(chǎn)品較早，并且在全國有多家分銷商，2002年在國內(nèi)銷售量約4000噸左右，銷售價格也是國內(nèi)最高的。DSM公司、Uniroyal Chemcal公司TRS產(chǎn)品、臺灣南帝公司的產(chǎn)品進入國內(nèi)市場較晚，銷量的總和約1500噸。而國產(chǎn)TPV 銷售量僅在500～600噸。2002年國內(nèi)TPV消費量約6000噸左右，主要用于汽車行業(yè)，占總消費量的46 %；其次用于建筑行業(yè)和電子電氣行業(yè)，分別占總消費量的30%和20%3。

總結(jié)綜上所述，TPV是極具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧?。未來我國TPV的供求關(guān)系將得到進一步改善，但我國的產(chǎn)品在品種和質(zhì)量上近期尚不能完全滿足國內(nèi)市場的需要，仍需進口一定數(shù)量的產(chǎn)品來補充市場需求。我國已將汽車工業(yè)列為支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)要真正成為支柱產(chǎn)業(yè)，其相關(guān)工業(yè)必須有很大的發(fā)展。隨著我國汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車保險杠及儀表板等方面對TPV的需求會不斷上升。

未來我國電線電纜領(lǐng)域也將發(fā)生巨大變化。隨著通訊領(lǐng)域的迅速發(fā)展，原來落后的電線電纜生產(chǎn)工藝將隨著與世界接軌而被淘汰，TPV因可回收再利用必將有大的發(fā)展。

此外，未來機械配件領(lǐng)域TPV的消費也將有一定的發(fā)展；在建筑領(lǐng)域，未來TPV用于防水卷材也將有較大的市場需求；隨著我國對外貿(mào)易不斷擴大，TPV在集裝箱方面的用量將會有很大增長。

汽車行業(yè)是TPV最主要的需求領(lǐng)域，而建筑行業(yè)和電線電纜是TPV需求增長最快的領(lǐng)域。相信TPV這種新型材料勢必會在不久的將來愈加顯示出其勃勃生機，得到快速發(fā)展。因此，如果能夠依托國內(nèi)原料基地和快速增長的市場需求，引進國際先進技術(shù)，投資建設(shè)熱塑性聚烯烴彈性體裝置，將會獲得較豐厚的回報1。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

張靜 - 副教授 - 西南大學