通用塑料功能化应用技术进展

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1、通用塑料功能化应用技术进展杨明锦，陆长征（北京市塑料研究所，北京100009）摘要：概括地介绍了国内外通用塑料在导电、阻燃、稀土、降解研究领域的应用技术进展情况，为通用塑料功能化提出了新的课题。关键词：通用塑料导电阻燃稀土化合物通用塑料是指PE、PP、PVC、PS和ABS。根据中国塑料加工工业协会2003年底最新统计：我国塑料制品已突破2000万吨[1]。通用塑料占到我国塑料市场的90％以上。但它一般不能满足多种应用领域的特殊需要。因此，为拓宽通用塑料的应用范围，实现塑料的高性能化已成为高分子材料

2、科学和应用技术研究永恒的主题。从通用塑料功能化入手，开辟和扩大其应用领域，又从应用领域的各种要求出发，使通用塑料具有特殊的功能是本文乃至塑料行业共同关心和关注的问题。1通用塑料的导电化研究导电塑料的开发与应用是目前国际上一个十分活跃的研究领域，它已从初期的纯实验室研究发展到应用研究阶段。导电高分子材料按照其导电机理可分为结构型和复合型两大类。在聚合物分子中，存在两类化学键。一类是局域的σ键，它是构成聚合物分子的骨架。另一类就是非局域的π键，它在聚合物骨架平面上下形成π电子云。有机聚合物的最大特征之

3、一就是存在较长的单键和较短的双键，这使得π电子相对固定在局域双键上。因此，这样的聚合物是不导电的。要使聚合物导电，必须进行掺杂，即在材料中移去电子或加入电子（加入金属钠等）。带电的聚乙炔分子将形成"极化子"，单双键的交换使得极化子在链上可以移动。但单独的正电极化子将被负电碘离子的静电吸引而无法移动，只有当重掺杂时，极化子对变为"孤子"。这些带电孤子的移动形成聚合物链中及链间的宏观电流。聚合物不掺杂时，它的电导与玻璃、金刚石等一样，是绝缘体。掺杂后，它的电导增加，低的可以像硅、锗是半导体，高的可以像

4、铜、铁，是良导体。根据这一原理，20世纪70年代前期，日本化学家白川英树教授用一种全新的方法合成了导电黑色聚乙炔薄膜。由于他的重大发现使他与美国科学家艾伦·黑格、艾伦·马克迪尔米德一起获得2000年度诺贝尔化学奖这一高分子科学界的崇高殊荣。目前，结构型导电聚合物的合成工艺较复杂，成本较高；而复合型导电聚合物加工简单、成本低，因而被广泛应用于电子、汽车、民用等领域。复合型导电聚合物又以碳黑为主要导电填料[2]。其导电机理是填料在聚合物体系中形成导电网络。而要得到电性能均一稳定，且材料机械性能受损小的

5、导电聚合物关键在于导电填料的选择和共混方式的选择[3]。从上个世纪80—90年代我国科技工作者作了大量的工作，并取得了一定的成果。在电磁屏蔽方面，导电塑料具有防静电的特性，因此可以用于电磁屏蔽，而且其成本低，是非常理想的电磁屏蔽材料替代品，可以应用在计算机房、手机、电视机、电脑和心脏起博器上。从20世纪 80年代起，美、德、日等国先后制定了有关限制电磁干扰／射频干扰牗 EMI／RFI牘公害的规定，规定厂家生产的各种电子电气设备必须有电磁屏蔽设施，这使得导电高分子材料的研究和开发工作空前活跃，市场需

6、求量也陡然增大。日本科学家还研制出包含有几百个有机计算机芯片的柔软的导电塑料，采用这种导电塑料，制造出了新颖的平板显示器和电子标签。导电塑料制造的显示屏，可以用在移动电话、太阳能电池和微型电视等领域。在显示设备方面，根据部分导电塑料可电致发光的原理，日本先锋公司于1997年开发出一种新型可发光显示器，并且开始应用到汽车音响中，而以往汽车的表盘本身并不发光，是利用照射光线来显示画面的。先锋的这种显示器，还明显地改善了画面的切换速度，与液晶显示器相比，速度提高了近 l000倍，因此非常清晰。 此外，利

7、用导电聚合物的可塑性，提供可折叠的电视屏幕。当今顶级扁平显示屏，要形成一个完整的图像，需要数万个像素构成，如果其中一个出错就会造成整个图像失真，这使该产品的次品率具高不下，造价昂贵。而导电聚合物显示屏，使这个问题轻而易举地得到了解决，特别是超大型或弯曲型显示屏方面。在便携电源开发上，导电塑料用途广阔。越来越追求轻薄小巧的移动电话市场，使传统的镍和铅等重金属电池正面临被淘汰的境地，而使用导电塑料制造的电池更有利于保护环境。2000年，索尼公司新上市的可录放MD播放器，就已采用了导电塑料电池。而美国新

8、推出的一款导电塑料电池的一个电极，采用了被称为聚苯胺的导电塑料制造，另外一个电级是锂。该导电塑料电池仅有一枚硬币大小，可以重复充放电。德国厂商也用导电塑料制造出仅有普通明信片一般大小的薄型导电塑料电池，可提供便携式工具的电源。未来塑料电池还可应用在电动汽车上，使汽车真正实现“零污染”。导电聚合物与纳米技术相结合，可制成分子导线、分子电路以及分子器件和其他电子元件，这将推动世界 IT产业的进步，为薄型轻质电池和微型显示屏的发展开辟一个更广阔的空间。日本理化研究所的科学家已使用有机导电