新的聚丙烯应对工程应用和可持续性

作者:本刊记者 Lilli Manolis Sherman 文章来源:PT塑料网 发布时间:2021-05-20
超多用途聚丙烯(PP)材料的新牌号可与更昂贵的“工程”树脂竞争,并且增强了从汽车、电子/电气到包装、消费品和建筑施工等应用的可持续性。

聚丙烯(PP)具有广泛的性能和用途,新一代更高性能PP树脂及其混合物聚焦两大主题:一是不仅要与其他大宗商品树脂(如PS和PET)竞争,而且要与更昂贵的工程聚合物(如尼龙和PC)进行竞争;二是在不降低性能的情况下大力推进可持续性。体现这些趋势的新产品包括可扩大轻量化机会的牌号,例如发泡PP、短玻璃纤维和长玻璃纤维增强混合物、碳纤维增强PP以及含有可回收物或用生物基原料制成的聚丙烯牌号。

在过去的两年中,我们已经报道了收购回收公司的PP供应商和配混商,如Borealis公司和Albis塑料公司。我们还报道了从生物基丙烷生产PP的进展。Borealis公司目前在两家比利时工厂中都采用由Neste专有的Nexblt技术制成的可再生原料来商业化生产PP。2019年,LyondellBasell是第一家使用Nexbtl技术成功生产生物基PP和LDPE的公司,现在正在验证这些产品的市场需求。

可持续的聚丙烯

如先前报道,SABIC公司的Trucircle产品组合包括其经过认证的可再生纯PP聚合物,它是用第二代、不含动物成分的生物基原料(例如木浆废料)制成的。 Trucircle不仅有机械回收产品及用混合的塑料废料制成的认证循环产品,还包括针对可回收性设计的牌号,以帮助减少废料和鼓励回收。

Braskem公司PE和PP的“I'm Green”品牌包括生物基树脂、消费后回收(PCR)树脂以及生物基塑料和PCR的混合产品,其中的PP目前尚未实现工业化规模生产。2020年7月,Braskem公司成为PP回收联盟的主要创始成员,旨在改善美国的PP回收和再循环。

三家领先的PP树脂生产商——埃克森美孚化工、SABIC和Braskem——以及两家主要的“工程”配混商——RTP公司和Albis塑料公司都参与了新的PP和未来PP的开发。

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可重复使用的Tupperware EcoStraw和一款新的饮用杯均由SABIC认证的循环PP聚合物制成,该聚合物是用混合的塑料废料制成的

高性能聚丙烯用于汽车等应用

先进的汽车用PP材料似乎主导了最新的开发。RTP说:“随着树脂制造商不断提高纯PP的性能,配混商可以利用这些改进的牌号来提高PP基混合物的性能(如TPO)。例如,新型高流动性共聚PP正具有越来越好的抗冲击和弯曲模量的平衡,它可以通过添加改性剂或矿物填料来进一步获得改善。”

埃克森美孚化工的ExxonMobil PP、Vistmaxx和胶粘业务的全球市场经理Olivier Lorge表示,埃克森美孚化工推出的两款高性能新牌号均通过实现更轻、更薄的零部件同时保持其冲击性能和刚性来推动汽车轻量化。适用于北美的新型先进ExxonMobil PP7925E1和适用于亚太地区的ExxonMobil PP7495E1专门满足各自区域客户对性能要求的偏好。两种牌号均可提供100 MFR或更高的流动性,能高效地成型更薄的零部件。Lorge指出,由于轻量化将继续成为内燃机和电动汽车的目标,因此这一领域有望实现进一步的创新。

例如,Lorge指出在流行的跨界SUV上的大型升举门,越来越多地采用PP/玻璃纤维混合物代替钢制成。他预计电动汽车将会扩大PP的市场份额。“电动汽车由于没有内燃机(ICE)的高热源,使PP可以代替发动机罩下和罩本身中的工程树脂与金属。就像升举门的例子一样,发动机罩本身也可以使用PP。甚至在ICE车辆中,缩小尺寸也提供了在进气歧管和发动机罩等应用中增加PP用量的机会。另外,低温LED允许在灯罩中使用更多的PP,即使是处于“始终开启”模式。”

SABIC公司的PP业务全球总监Lada Kurelec指出,SABIC的新型无卤阻燃PP混合物采用短玻纤和长玻纤增强,可在要求苛刻的应用中提供低密度解决方案。这些混合物具有良好的耐温性、电气性能和机械性能,适用于汽车以及电气/电子(E&E)、建筑结构和家用电器中的零部件。这些材料兼具出色的可加工性、机械性能和电气性能以及低可燃性,终端应用包括:电动动力总成、充电基础设施,以及微型断路器、配电箱、连接器、开关和插座、电动工具外壳和建筑结构中的结构部件。该产品组合瞄准需要连续使用温度在100℃以内的材料,足以替代尼龙6和尼龙66。

SABIC公司推出了Hapsoft S3615、S3620和S3625 PP混合物,它们可提供柔软的触感,并且具有出色的耐刮擦性,适用于未上漆的低光泽度应用。这些注射级牌号有豪华的触感和表面修饰性能,可以通过避免二次操作,帮助制造商将成本降低多达50%。应用包括汽车内饰、小家电和消费类电子产品。

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在2020 Land Rover Defender的中控台装饰、前座靠背板和仪表板装饰中均采用了Hapsoft PP混合物

通过与葡萄牙Solaris-Protevs公司的最新合作,SABIC公司提供了一种特殊的PP混合物,用于注射成型Solaris-Protevs的浮动式太阳能电池板系统中的浮子。这些轻质、高刚度的浮动太阳能电池板可以放置在内陆水面上,比如湖泊,能够连接到电网,为城市提供可再生能源。

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SABIC公司的专用PP混合物用于为Solaris-Protev的浮动太阳能电池板系统成型浮子

Albis塑料公司现在以新的Mocom品牌运营,因为母公司Otto Krahn集团将其配混业务和树脂分销业务(保留Albis品牌)分拆为两个独立的公司。据该公司全球销售和市场开发副总裁Bernd Sparenberg称,新的和未来的高性能PP混合物包括缩小和尼龙6差距的产品。其中包括短玻纤混合物Altech NXT PP,它具有高刚度、较低的密度、出色的耐化学性及较低的吸湿性,在150℃下可经受2000h的热老化;对紫外线稳定的NXT PP,其最新的应用是新型大众SUV的后备箱开启器。

Mocom的另一个高度工程化产品系列是Alcom LB PP混合物,专用于替代反光片和LED外壳(例如用于汽车仪表)中的PC。据称,Alcom LB PP能够在密闭的空间内分离不同的光源。该材料在0.5mm厚度时的透光率<0.2%,光反射率高达97%。其他特性还包括流动性好、热稳定性高、良好的强度和刚度平衡性,以及尺寸稳定性高和低翘曲。当前的汽车应用是一款本田反光片,据称它在薄壁厚度下具有高的不透明性和高反射率,并且增加光输出。这种新型PP混合物还可用于电子/电气、家电、消费品、医疗保健以及草坪和花园应用。

Mocom与兄弟公司Wipag(一家德国塑料回收商)合作,还提供含有可回收成分的混合物,包括接近于标准PP性能的混合物Altech Eco、Altech IQ(工业质量)牌号、Wipelast PP/EPDM和Wipaflex PP/PE/EPDM,主要用于汽车。

RTP公司称,诸如长玻璃纤维和短碳纤维增强PP之类的混合物在汽车设计中非常有意义,可以增加燃油经济性或电动汽车的续航里程。RTP公司预计长玻璃纤维增强PP会进一步增长,这是因为人们继续转向使用更轻和更环保的材料来替代更重的工程混合物,比如短玻璃纤维尼龙或PBT。Mocom正在对含有30%长玻璃纤维的工业后回收PP进行试验,以期实现首个应用——大众汽车ID3电动汽车的后挡板。

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RTP公司称,长玻璃纤维或短碳纤维增强PP混合物在汽车零部件的应用对于增加燃油经济性或电动汽车的续航里程非常有意义,比如这种“老式”零部件

RTP公司还新开发了一种新的短碳纤维PP混合物产品线,可使汽车零部件实现更轻的轻量化。Mocom还致力于开发名为WIC PP的碳纤维PP混合物,用于目前使用多达60%玻璃纤维填充尼龙6的应用中。该材料的关键是使用了兄弟公司Wipag提供的低成本回收碳纤维。这种回收碳纤维的成本不到原始纤维的10%。该材料的一个应用是宝马、奥迪轿车上的加油口盖铰链臂,因采用WIC PP 30替代了50%玻璃纤维的尼龙6,使重量和成本降低了32%;另一个应用是保时捷的新型电动车Taycan,采用WIC PP替代玻璃纤维填充尼龙6和尼龙66来生产仪表板和行李箱的支撑梁。

发泡PP有望实现大幅增长

无论是用于包装、汽车、建筑还是消费品,传统的固状材料都在向轻质泡沫结构发展。SABIC公司的Kurelec表示,新一代热塑性泡沫解决方案是随着不断发展和创新的多种加工技术而出现的,它们提高了尺寸稳定性、刚度,使翘曲更少。

从历史上看,泡沫应用一直以无定形聚合物(如PS、PUR和PVC)为主。埃克森美孚化工的Lorge说,泡沫半结晶聚丙烯是一种相对较新的产品,尚未形成较大的商业吸引力。该公司新推出的可发泡的Achieve Advanced PP6302E1,被描述为适用于大批量应用、易加工且可持续的解决方案。这种新的高熔体强度(HMS)PP与标准HMS PP泡沫相比,刚度提高了30%,在一系列应用中大大降低了成本。

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在工业包装中,埃克森美孚化工的Achieve Advanced PP6302E1发泡聚丙烯具有韧性和强度、温度稳定性、防潮和耐化学性以及重量轻的特点

PP6302E1可回收利用,减少了材料消耗。“基于对PS泡沫中有机挥发物(VOC)和单体问题的监管日益严格,PP6302E1是一种可行的替代品,而且重要的是,它可以在采用不同发泡剂的PS泡沫生产线上加工。”Lorge说。加工商、品牌所有者和代工商(OEM)们可以使多个应用领域从发泡PP的轻量化和保温性中受益:

1.食品和饮料包装

用于肉盘、微波加热的碗/餐具/托盘、翻盖包装和杯子。PP6302E1具有更高的刚度和更低的成本,并有出色的保温性能及良好的可回收性,即使在微波炉和洗碗机中在高温下也具有持久的耐油脂性和耐湿性。制得的包装可在运输过程中保持内容物的温度,并提供舒适的触感表面。

2.工业包装

用于盒子、分隔器和片材。PP6302E1具有韧性和强度、温度稳定性、耐湿和耐化学性且重量轻。制成的包装坚固耐用,可以重复使用,非常适合替换瓦楞纸,以保护有价值的材料。

3.建筑产品

用于保温和混凝土接缝。PP6302E1具有耐用性和灵活性,易于安装。该产品在很宽的温度范围内热稳定性良好,并有防潮性,保持尺寸稳定。

4.汽车零部件

用于车顶内衬、管道和地板衬。PP6302E1具有更高的刚度,使制造商在保持性能的同时减轻重量、提高燃油效率。

埃克森美孚化工的Lorge补充说:“对微波的耐热性仍然是关键的差异化因素,这使得发泡PP成为食品包装中比PS更有吸引力的选择。与纸相比,PP6302E1具有价格可承受的保温性能,可在包装应用中提供更好的消费者体验。韧性/刚度还有助于提高耐用性,使产品能够重复使用。”

SABIC公司位于荷兰的泡沫创新中心配备了泡沫加工和分析设备,使SABIC能够进行创新泡沫技术的开发以及与价值链合作伙伴开展合作项目,以减少材料足迹、降低能源消耗和成本,并缩短产品上市时间。Kurelec说:“与客户的紧密合作,使SABIC在各种发泡工艺技术方面积累了丰富的知识,并以此开发了适用于几乎所有终端应用的专用多元化泡沫产品组合。”

在这些新的泡沫解决方案中,有SABIC PP-UMS(超熔体强度)可发泡PP树脂。据称,它在市场上是独一无二的,具有出色的发泡性,并由于高效率的加工而节省了成本,同时还满足了严格的行业排放要求。其轻质和保温性能对汽车、包装和建筑结构十分具有吸引力。

用于包装的新一代PP

聚丙烯供应商表示,对可持续性的关注正促使注射硬质包装从PS转向PP。据SABIC公司的Kuralec称,由于PP的密度低于PS,因此PP和PP泡沫与使用浮球/水槽分离的回收系统兼容,而PS会下沉并有污染PET瓶回收流的风险。

SABIC公司推出了Flowpact FPC75,这是一种用于注射成型的新型无邻苯二甲酸酯PP抗冲共聚物。据称,这种材料为食品和非食品的薄壁包装提供了更小厚度和更快的加工速度。

Braskem公司最新推出了一种可以替代PET的Inspire热成型新牌号。它具有与PET相似的光学性能,以及比PET或无规共聚PP更好的耐热性。其目标应用是要求透明度和耐热性达到很高平衡的应用,比如商店和饭店售卖的餐食的包装。改进的耐热性使这些容器可以在洗碗机中清洗以重复使用。

Braskem公司还拥有一种新的由PCR制成的均聚PP。据称,它非常适合配混,及在包装、汽车、家庭用品和消费品中使用。

SABIC公司有一种用于软包装的新型抗冲击聚丙烯SABIC PP BCT18F,专用于熟食包装的层压膜中。客户的试验证实,该材料在包括流延、吹塑和拉伸生产线在内的所有薄膜挤出工艺中均具有非常好的加工性能和产品性能。此外,该牌号在冷冻食品包装的低温(-20℃)下也具有非常好的冲击强度,其性能优于市场上的同类材料。

SABIC的另一款新产品是用于BOPP薄膜的高刚度PP 5212P,最终的用途是制作标签、胶带以及食品包装,如糖果、零食、烘焙食品、干果、面食和新鲜食品包装等。据称,其宽广的分子量分布使其易于加工,在高达525m/min的高速生产中也不会发生薄膜断裂。据报道,它提供了优化的MFR、高刚度和高阻隔性能。

Lorge说,埃克森美孚化工也在探索其现有产品系列的新组合。例如,将ExxonMobil PP2252 PP与Exceed XP高性能PE结合使用,可以制造出具有更高抗落镖冲击性能的薄膜,同时也改善了蠕变性能,减少了因收缩引起的薄膜变形,从而提高了吹塑薄膜的性能。组合树脂的耐高温性能和收缩性能为用于压缩衬里、热灌装包装和直立式包装袋创造了机会。

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