第一篇：抗菌塑料的研究概況

抗菌塑料的發展現狀

楊紅艷 欒道成 王紅研

（西華大學 材料科學與工程學院納米材料研究所 成都 610039）

摘要：本文介紹了抗菌塑料中抗菌劑種類及其作用機理。概述了國內外抗菌塑料的發展概況、抗菌塑料的制備及其性能檢測方法和評價標準，探討了抗菌塑料制品的應用領域及發展前景。

關鍵詞：抗菌塑料，抗菌劑，抗菌機理，評價標準，檢測方法，發展

Development of the antibacterial plastics

Yang Hongyan , Luan Daocheng(College of Materials and Engineering, Xihua university, Chengdu 610039,China Abstract: varieties of antibacterial agent and their mechanism are introduced in this paper.Development situations of antibacterial plastics as well as preparation methods, the test methods and the evaluative standards for their performance at home and abroad are summarized.Discussed the antibacterial plastics products’ application fields and development in the future.Key words: antibacterial plastics, antibacterial agents, antibacterial mechanism, the evaluative standards, test methods, development1 前言

塑料是四大工程材料之一，已廣泛應用于工業、農業、建筑、交通、通訊、醫療及日常生活等領域中。由于塑料制品在加工和使用過程中易沾染和滋生多種微生物，包括致病細菌，對人們的身體健康造成一定的危害。隨著人們環保意識的提高，越來越重視對健康環境的追求，抗菌塑料應運而生。抗菌塑料是指在塑料中添加抗菌劑，使塑料制品本身具有抗菌性達到抑菌和殺菌目的的新型功能材料，這種材料不僅能保持自身的清潔，而且能減少因使用塑料制品而發生的交叉感染。抗菌塑料于80年代興起，并于90年代迅速發展起來，在歐美一些發達國家，抗菌塑料已開始用于大型家電、通訊器材、汽車制造等方面，其中采用納米技術改性的無機抗菌劑最為人們所青睞。近幾年我國市場上也出現了許多抗菌產品，表明了我國的抗菌塑料研究開發和應用也已經獲得了長足的發展。國內外抗菌塑料的發展及應用

抗菌塑料是近年來迅速發展起來的一種具有抑制或殺滅其表面細菌能力的新型功能材料。用它們制成的各種制品具有衛生自潔功能，對保護人類健康，減少疾病，具有十分重要的意義。特別是將納米技術應用到抗菌塑料領域之后，制得的納米抗菌塑料的抗菌效果及安全性和穩定性顯著提高了，同時也擴大了其應用的范圍和應用等級。

國內外近20多年來投入了大量的人力物力，發展抗菌材料產業，取得了巨大的社會和經濟效益。國外抗菌塑料的研究始于80年代初，近年來已經逐步開始實用化。日本是研究抗菌塑料方面發展較早的國家，在80年代開始集中研究銀系無機抗菌劑及其在塑料中的應用，很快取得了進展；80年代中期以來，日本開始在家電產品中開發應用抗菌塑料，抗菌洗衣機、抗菌電話等產品；1991—1995年是日本抗菌行業發展最快的時期，在這短短的幾年中共有30多家企業進入了抗菌劑和抗菌塑料的生產廠家行列。目前日本抗菌技術協會的抗菌劑和抗菌塑料的研制、生產和用戶等企業已達250多個，抗菌塑料幾乎覆蓋PP、ABS等所有主要塑料[1]品種。

歐美在抗菌塑料的開發和應用的進程中遠比日本落后，而且主要使用有機抗菌劑。80年——————————————————————————————

基金項目：四川省應用基礎研究資助項目（042287）四川省特種材料及制備技術重點實驗室開發基金項目 楊紅艷：女。1979年出生，碩士研究生

聯系人：欒道成。男，1964年生，教授。研究生導師 代中期，一些發達國家又開始了用于食品包裝的抗菌塑料的開發，研究結果表明這些具有抗菌和殺菌功能的包裝材料的應用使得各種食品的保質期普遍延長達幾倍以上，減少了各種防腐劑的使用，隨著這類功能材料的不斷完善和發展，其應用的范圍和領域也不斷的擴大。美國近幾年也在積極地發展抗菌塑料，主要應用于食物容器、兒童用具(如兒童推車)、汽車部件(如把手、內飾件)等。目前歐美抗菌塑料主要應用于軟制聚氯乙烯而且主要使用含有砷的[2]有劑抗菌劑。歐美市場PE菜板、PVC兒童玩具等制品是抗菌塑料的最大用途。

我國科研人員也積極追蹤國際材料科學發展前沿。但由于研究條件和投入的起點較低長期以來未能形成自己的研究體系，另一方面，長期以來我國經濟相對落后于西方發達國家，人們生活水平不高，所以抗菌材料的市場需求直到近年才初露端倪。

90年代中后期，抗菌塑料在我國進人了一個飛速發展的時期。工程塑料國家工程研究中心與海爾集團的“產、學、研”聯合,使工程中心在材料科學、化學等多學科交叉領域將抗菌材料的研究成果進一步完善并推向市場，率先推出中國抗菌家電制品，形成了強大的“健康家電”沖擊波。國內一批科技型企業密切跟蹤國內外抗菌材料的最新發展方向，在無機抗菌劑、有劑抗菌劑、光觸媒抗菌劑等領域形成全方位開發的勢頭并已開始少量上市，其中不乏創新的技術路線。例如，用納米無機粒子載帶銀等金屬離子，納米級的二氧化鈦光觸媒等均是利用具有國際先進水平的材料學基礎來研制開發的抗菌劑。

目前，隨著納米技術的發展促進了抗菌技術的革命，利用納米技術在塑料中添加少量的納米無機抗菌劑即可制得高效的抗菌塑料。這種新型的抗菌塑料使塑料制品除保持原有應用

[3]性能之外，還具有優異的納米材料特性和抗菌功能。在塑料制品被廣泛應用的今天，無疑具有重要的意義。小鴨電器集團也把納米抗菌材料應用于洗衣機等家電。上海維安新型建筑材料有限公司將納米材料、抗菌劑、樹脂制成納米級有機抗菌塑料母料，應用于自產的PP-R管，該產品的抗菌性能經上海市預防醫學研究院檢測，抑菌持久性高，對革蘭氏陰陽性細菌的抑

[4]菌率超過91%。青島化工學院納米材料研究所也成功開發了納米抗菌塑料。抗菌塑料中抗菌劑的種類及抗菌機理

塑料抗菌劑是一種新型塑料添加劑，添加少量塑料抗菌劑可賦予塑料長期的抗菌和殺菌能力。一般可將抗菌劑分為有機系抗菌劑、無機系抗菌劑和天然系抗菌劑三大類。

有機抗菌劑主要是有機酸、酚、醇等，他的短期抗菌效果明顯，尤其抗真菌效果非常好。但由于有機物大多具有一定的揮發性，在加工過程中會產生刺激性氣味，容易對皮膚和眼睛等造成刺激和損傷等，且耐熱性差，易水解，使用壽命短。天然系抗菌劑受到安全和生產的制約，也尚未大規模市場化。無機抗菌劑在使用安全性、持久性、抗菌性和耐熱性等方面都優于有機抗菌劑和天然抗菌劑。由于無機抗菌劑具有這樣的許多優點及塑料制品要求的成型條件通常在200℃左右的高溫，且要經受強烈的機械剪切加工。因此，在塑料制品中使用無機

[5]抗菌劑要比使用有機抗菌劑好得多。3.1 無機抗菌劑

無機類抗菌劑多為金屬離子類抗菌劑，由無機物載體和抗菌成分組成。利用銀、銅、鋅等金屬本身所具有的抗菌能力，通過物理吸附或離子交換等方法，將銀、銅、鋅等金屬(或其離子)固定在沸石、硅膠等多孔材料的表面制成抗菌劑，然后將其加入到制品中就可獲得具有抗菌性的材料。

3.1.1 載銀抗菌劑

無機抗菌劑中銀系抗菌劑占據著主導地位。Ag是一種廣譜的抗菌劑。然而，銀的抑菌機理直到現在還不很清楚。目前對銀的抗菌機理有兩種觀點：(1)銀離子接觸反應,造成微生物共有成分破壞或產生阻礙。當微量銀離子到達微生物細胞膜時,因后者帶有負電荷,依靠庫侖引力,使二者牢固吸附,銀離子穿透細胞壁進入細胞內,使蛋白質凝固,破壞細胞合成酶的活性,細胞喪失分裂增殖能力而死亡。同時,銀離子也能破壞微生物電子傳輸系統、呼吸系統、物質傳送系統。持此觀點者認為,銀離子具有較高的氧化還原電位(±0.798ev,25℃),反應活性很大,通過反應達到穩定的結構狀態。(2)催化假說認為,物質表面分布的微量銀離子能起到催化活性中心的作用,銀激活空氣或水中的氧,產生羥基自由基(·0H)及活性氧離子(Ｏ),它們能破壞微生物細胞

[6]的增殖能力,抑制或殺滅細菌。3.1.2 納米無機抗菌劑

經納米技術改性的無機抗菌劑由于粒徑超細，增加了與細菌的接觸面積，同時依靠庫侖引力可穿透細胞體內，破壞細胞合成酶的活性，使細胞喪失分裂增值能力而死亡。近年來，利用納米半導體粒子的光催化效應殺菌的技術研究較多。其殺菌機理為：在日光燈、陽光的照射下TiO2中位于價帶的電子越遷至導帶，導帶中被激發的電子有強的還原性，而價帶中的_2空穴則具有強的氧化能力，則分布在表面的空穴h可以將吸附在TiO2表面的OH--和H2O分子氧化成·0H。·0H的氧化能力是水體中存在的氧化劑中最強的，能氧化大部分有機污染物及部

[7] 分無機污染物，將其最終降解為C02、H20等無害物質。4 塑料用抗菌劑的選擇原則(1)最小抑菌濃度和最小殺菌濃度

抗菌效果主要是通過最小抑制濃度值〔MIC〕——即阻止細菌繁殖的抗菌劑最小濃度；最小殺菌濃度(MBC)值——致使細菌死亡的抗菌劑最低濃度和殺菌率體現出來。MIC和MBC值越低，材料的抗菌、殺菌效果越好。(2)抗菌譜

抗菌劑對之能表現出抗菌活性的微生物種類集合稱為該抗菌劑的抗菌譜。能對許多種微生物同時表現抗菌活性的抗菌劑稱為廣譜抗菌劑。在選擇抗菌劑的時候應盡量選擇廣譜抗菌劑。

(3)穩定性

抗菌劑的穩定性指抗菌劑本身物理化學性能隨時間和環境變化保持穩定的能力，包括外觀顏色和抗菌效果(4)持久性

抗菌劑在使用過程中可能要經歷洗滌溶出等作用，或逐漸散發到環境中，也會引起抗菌材料抗菌性能的變化(5)加工適應性

一般抗菌劑都需要結合材料才能制備成相應制品使用，所以選擇的抗菌劑要能夠適應基材的加工要求。(6)反應惰性

抗菌劑在使用過程中盡可能不要和基材中的物質發生物理和化學作用，特別是不要影響高分子抗菌材料和制品的耐候性。對于特殊的反應性抗菌劑，使用時一定要充分考慮其這方[8]面的影響。

另外，在選擇抗菌劑時還要考慮到安全性和經濟性。

+ 5 抗菌塑料的制備方法

目前，用于塑料的抗菌劑多為無機抗菌劑。由于抗菌劑多為粉狀，這就給加工帶來了不便。因此，現在通用的方法是將抗菌劑做成抗菌母粒，再以一定的比例與樹脂參混進行后加工[9]（制備工藝流程見下圖[10]）。在抗菌塑料的制備中，無機抗菌劑屬于一種功能型添加劑，以填料的形式混入樹脂。為了保證抗菌劑與有機物有較好的相容性、混合均勻，制備抗菌塑料前預先對抗菌劑進行了表面處理，分子結構產生一個較長的非極性烴基，一個較短的極性基，使添加物便于定向排列在材料表面或兩相界面上，使表面或界面容易相容。抗菌塑料成型工藝中的關鍵是濃縮抗菌母粒、分散劑與樹脂的混合。它們的混合關系到濃縮母粒能否在塑料中均勻分散，同時關系到抗菌材料在塑料制品中均勻、持久的抗菌功能。通過篩選，選用了性能很好的分散劑是很重要的。

抗菌塑料制備工藝流程圖 抗菌性能測試

抗菌性是衡量抗菌性能的重要指標。要客觀地評價抗菌性，首先要對一些相關概念有科學的認識。在醫學、微生物學方面，抑制微生物生長主要采用物理和化學方法，按照抑制的程度不同，可分為滅菌、消毒、抗菌等，其涵義有所不同。

滅菌：殺滅物體中所有微生物(包括病原菌和非病原菌)的繁殖體和芽胞的方法或作用叫做滅菌。

消毒：殺死病原菌的方法或作用叫做消毒。具有消毒作用的藥物稱為消毒劑。一般消毒劑在常用的濃度下只對細菌的繁殖體有效，對于芽胞則無殺害作用。

抗菌：防止或抑制微生物生長的方法或作用叫做抑菌或防腐。用于抑菌的藥物，稱為抑菌劑或防腐劑。許多藥品在低濃度時只有抑菌作用，濃度增大或作用時間長時，可起殺菌作

[11]用，殺菌作用和抑菌作用總稱為抗菌作用。

抗菌塑料的抗菌性能測試方法主要有抑菌圈實驗法、試片貼膜法、振蕩實驗法。

[12]6.1.1 抑菌圈實驗

判定一種物質是否有抗菌活性，通常可通過微生物學中抑菌圈實驗的方法來進行。可通過抑菌圈的大小來定性表明被測物質抗菌性的強弱。這一方法具有快速簡便的特點，在抗生素等藥物篩選中也常使用。早期，有人使用這一方法來研究抗菌塑料的抗菌性。但抑菌圈法不能得出抗菌率的定量結果。抑菌圈的大小雖在一定條件下可反映抗菌效果的好壞，但不同抗菌物質之間，此數值的可比性較差。

[12]6.1.2 試片貼膜法

目前眾多抗菌測試方法中，貼膜法最接近于實際情況，是定量測定抗菌塑料抗菌性的試驗方法。它反映了抗菌塑料的接觸抗菌原理，并在實驗設計中充分考慮了抗菌塑料的實際使用條件等外部因素，能較客觀地反映抗菌塑料抗菌功能。試片貼膜法是將抗菌試樣與空白樣經菌液處理，經過一定時間后，分別測出抗菌試樣和空白樣上的細菌數，從而算出抗菌率。抗菌率＝(空白樣細菌數—抗菌試樣細菌數)／空白樣細菌數*100％，抗菌率可以定量地表征抗菌材料抗菌性，是評價抗菌材料的常用方法，注塑件常用此法。試驗菌種為金黃色葡萄球菌(staphylococcus aureus)和大腸桿菌(Escherichiaco1i)。

[11]6.1.3 浸漬培養法

該法是將菌液均勻浸人樣品，不需貼膜的培養方法，培養一段時間后，平板計數測出菌數，與未加抗菌劑的樣品比較，計算出抗菌率。主要適用于纖維制品、發泡塑料等，對不同

的材料培養時間也不同。

[14]6.1.4 接觸法或包埋法 此法是將樣品直接接觸混有菌液的培養基或包埋基內，培養不同時間后，觀察細菌在樣品及其周圍的生長情況和樣品受侵蝕情況。適用于不同材質樣品的抗菌性檢測和深人研究，但不能定量檢測抗菌性，且檢測周期較長。國際標準ISO846，德國標準DIN53793，美國ASTM G22—96等均采用此法對高分子材料的抗菌性能進行檢測。

[15]6.1.5 接觸抗菌法

此方法也稱表面動態測試方法，適合于抗菌織物、發泡塑料一次性衛生用品等的抗菌性評價。將抗菌材料浸泡于一定濃度的菌液中，在25℃下不斷振蕩，定時采用活菌計數，計算抗

菌率，由于強烈振蕩，菌液易起泡沫，對抗菌性能評價有一定影響。

[12]6.1.6 防霉性能測試法

塑料防霉性測試可參照GB 2423.16-1990《電工電子產品基本環境試驗規程試驗J:長霉試驗方法》，ISO846-1978(E)《塑料在真菌和細菌作用下的行為的測試——用直觀檢驗法或用測量質量或物性變化的方法評價》。工程塑料國家工程研究中心《抗菌防霉塑料防霉等級測試方法》(1999)中對八種菌種進行了防霉測試。根據微生物在塑料上的生長程度,將塑料的防霉等級分為0、1、2、3級。最高防霉等級是0級，被試樣品在結果判斷時，放大50倍觀察不到霉菌生長。抗菌塑料制品的應用領域

(1)廚房衛生用具：餐具、碗、筷子、杯子、刀柄、菜板、保溫瓶殼、砧板、水桶、牙刷、食品托盤、拖鞋、鞋墊、飯盒等

(2)包裝材料：塑料袋用薄膜、各種保鮮膜，中空容器如塑料飲料瓶、化妝品瓶、過濾網等(3)家用電器及日用品：冰箱、電話機、傳真機、計算器、凈化器、飲水機、空調機、洗衣機、加濕器、換氣扇、電腦鍵盤等

(4)紡織品：淋浴防水帷幔 空調過濾網、帽子、假發、運動服、被褥用品：如床單、被罩、枕心、枕套，手套、圍裙、鞋墊、紗布、口罩、地毯

(5)建材居室：裝飾板、內墻涂料、壁紙、家具、門窗、瓷磚、管道、門把手、洗滌盆、便器、澡盆、電源開關、栽培容器、臺燈

(6)辦公用品：紙制品：如辦公用紙、卡片、記事本、衛生紙：文具：如鉛筆、鋼筆、圓珠筆、橡皮、圓規、墊板、訂書機、文件夾

(7)醫藥衛生：包裝紙、藥箱、聽診器、體溫計、體重計、助聽器、醫院設施、醫護人員和病人服裝、注射器、輸液器、一次性手套

[1](8)其他：塑料玩具類、鋼琴琴鍵、公共設施如公共汽車地鐵等吊環把手、交通工具內飾件 抗菌塑料的發展前景

抗菌塑料的開發和應用為保護人類健康樹起了一道綠色屏障，對于改善人類生存環境，減少疾病，保護全民健康，具有十分重要的意義。正因為抗菌塑料及其制品為提高全民生活質量創造了良好條件，所以抗菌家電和日用品一經投放市場就受到廣大消費者的青睞。據預測，在家電和日用品中得到應用后，抗菌塑料發展的第二階段市場將主要是抗菌建材和室內裝飾材料。高檔轎車的內飾件也將越來越多地采用抗菌材料，如日產轎車的方向盤、內飾絨

[16] 布、座位、把手等均已實現抗菌化。隨著抗菌塑料應用領域不斷擴展，抗菌塑料的研究發展方向將向著更好的解決抗菌劑添加到塑料中實現抗菌功能的制作過程中引起的三個問題：(1)抗菌劑在樹脂中的分散(2)抗菌劑與樹脂的結合(3)抗菌劑與樹脂等混后引起的色變；以及開發出適合塑料使用的質優價廉的新型的抗菌劑以便獲得性能優異、價格低廉、用量少、抗菌性能高的優異的抗菌塑料；并且未來的產品將向著抗菌、防霉并兼具抗紫外、防靜電等多功能復合的方向發展。隨著人們對抗菌塑科研究開發的深入和人們的衛生保健意識增強，抗菌塑料的應用前景十分廣闊。

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第二篇：導電塑料的國內外發展概況

導電塑料的國內外發展概況

導電性高分子材料一般分為結構型和復合型兩大類。結構型導電高分子聚合物是1977年才發現的，它是有機聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導率。而純粹的結構型導電高分子聚合物至今只有聚氮化硫類，其它許多導電聚合物幾乎均需采用氧化還原、離子化或電化學等手段進行摻雜之后才能有較高的導電性。其代表性的產物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱分解導電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結構相近的物質，從而獲得導電性。這些熱分解導電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優異的穩定性。結構型導電高分子材料的主要用途是導電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導體材料，其研究開發主要集中在以下幾方面：①具有與金屬相同的電導率；②在空氣中是穩定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

另一類被稱之為復合型導電高分子材料，它是由導電性物質與高分子材料復合而成。這是一類已被廣泛應用的功能性高分子材料。本文主要介紹復合型導電高分子材料。

一、復合型導電高分子材料的分類及用途。復合型導電高分子材料的分類有很多種，根據電阻值的不同可分為：半導電體、除靜電體、導電體、高導電體；根據導電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系(炭黑、石墨等)、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)；根據樹脂的形態不同可分為：導電塑料、導電橡膠、導電涂料、導電膠粘劑、導電薄膜等；還可根據其功能不同分為：防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發熱體材料、電磁波屏蔽材料。本文主要介紹復合型導電高分子材料中導電塑料的用途。(1)在電子、電器領域中作集成電路、晶片、傳感器護套等精密電子元件生產過程中使用的防靜電周轉箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。(2)防爆產品的外殼及結構件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃氣體等場合中使用的電器產品外殼及結構件。(3)中、高壓電纜中使用的半導電屏蔽料。

(4)電訊、電腦，自動化系統、工業用電子產品、消費用電子產品、汽車用電子產品等領域中的電器產品EMI屏蔽外殼。

二、復合型導電塑料的國內外發展概況

1、抗靜電劑填充型 抗靜電劑填充型產品的優點是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產品性能影響不大。但低分子抗靜電劑填充型產品的電性能會隨著時間的推移而逐漸喪失。國外目前的主要開發動向是研制生產高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜電劑，它不會像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時間使用后便喪失其導電性。高分子型抗靜電劑的主要品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。

主要生產廠家有日本的三洋化成、住友精化、住友科學工業、第一工業制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，同時還要考慮其與樹脂的相容性從而選擇適用的相容劑，因受到成本的制約使其應用受到一定限制。國內目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型 這一系列的填充物主要是導電炭黑、石墨和碳纖維。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因為導電炭黑價格較為低廉；其二是因為炭黑能根據不同的導電性需求有較大的選擇余地；三是導電性持久、穩定；因此是理想的抗靜電材料。但是它的制成品僅限于黑色，并對材料性能影響較大，需要配套改性技術。炭黑填充型導電塑料的主要用途是：(1)與集成電路相關的領域 集成電路塊、場效應管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運輸等生產過程中，常常會因震動、摩擦產生的靜電而損壞，甚至造成整臺機器的報廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產生的，有實驗表明：人在低溫度環境中的干燥地毯上行走時，可產生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時，可產生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會產生200伏的靜電。由此可見，在這一領域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導電塑料完全可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產品有：電子元器件在周轉、保管、搬運過程中使用的周轉箱、托盤、支架、封裝等。(2)醫療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環境。導電塑料在這些場合用作電器設備的外殼或結構件。(3)高壓電纜、通訊電纜領域。近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發展。為使制造工程簡化，需要新的被覆構造，即用導電塑料作半導電層。這是為了緩和導體表面電位梯度，防止導體與半導體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。(4)面狀發熱體。導電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產生焦爾熱量的原理，這類材料的體積電阻為100-104 Ω/cm。在國外，碳系填充型導電塑料已經形成為一個十分成熟的市場，較大的生產廠商有美國的卡伯特公司、原聯碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學、住友酚醛塑料是主要廠商，還有東麗、東洋油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。與工程塑料相比，導電塑料是一個很小的品種。關于電子設備用導電塑料的市場用量，據一份日文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機器(筆記本電腦、手機等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。目前對于上述產品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導電涂料、導電塑料，其表面加工費用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭的PREMIX公司導電塑料生產量約為200t／a，據稱在歐洲占有很

大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜的半導電層屏蔽料，國內的市場需求約為數千噸，其中高壓電纜料基本依靠進口。國內碳系填充導電塑料業已形成工業化生產，但在品種、質量穩定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關的導電塑料的工業化生產基本空白。目前使用的材料大部分為進口。

3、金屬填充型 這類導電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規模集成電路技術的發展，數字化電子機器已從工業用向民用品發展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波與控制信號相接近。此外，電子設備也向外放射電磁波，因此很容易造成電子機器的誤動作、圖象和聲音干擾。進入80年代，電子機器的殼體大多采用塑料材料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質輕且強度高、耐腐蝕、易加工、生產效率高、總成本低等優點。但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導電層的方法和將導電性填料混入到塑料中制成導電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優缺點和適用范圍，以往應用較多的是鋅噴鍍和導電涂料法。近年來，導電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究報道很多，這是由于導電塑料法具有3個顯著的優點：①無需二次加工；②屏蔽性與成型制品一次完成(省力、經濟)；③在長期使用過程中(如震動、濕熱環境因素下)安全、可靠，不會像表面法那樣產生剝離和脫落現象。EMI屏蔽塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳纖維等。制成品的體積電阻為10-1-10-3Ω?cm，電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應用。當一些制品在比較苛刻的使用環境中要求具有強度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動等特點時，就要采用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機殼體材料即是采用碳纖維填充的PC／ABS合金。黃銅短纖維填充的復合體系具有優異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優異的電性能，但由于價格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導電炭黑填充的復合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6―10μm，填加10％左右即可滿足實際應用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復合體系的物理機械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。國外金屬填充型導電塑料已形成工業化生產規模，這類材料的價格較為昂貴。國內只有北京市化工研究院、中山大學、中科院、成都科技大等少數幾個單位對此開展了研究，但均沒有工業化生產。

第三篇：導電塑料的國內外發展概況

導電塑料的國內外發展概況

相關專題： 導電塑料

時間：2006-04-07 14:26

導電性高

結構型導電高分子聚合物是1977年才發現的，它是有機聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導率。而純粹的結構型導電高分子聚合物至今只有聚氮化硫類，其它許多導電聚合物幾平均需采用氧化還原、離子化或電化學等手段進行摻雜之后才能有較高的導電性。其代表性的產物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱分解導電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結構相近的物質，從而獲得導電性。這些熱分解導電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優異的穩定性。結構型導電高分子材料的主要用途是導電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導體材料，其研究開發主要集中在以T4個方面：①具有與金屬相同的電導率；②在空氣中是穩定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

另一類被稱之為復合型導電高分子材料，它是由導電性物質與高分子材料復合而成。這是一類已被廣泛應用的功能性高分子材料。本文主要介紹復合型導電高分子材料。

一、復合型導電高分子材料的分類及用途

復合型導電高分子材料的分類有很多種，根據電阻值的不同可分為：半導電體、除靜電體、導電體、高導電體；根據導電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系(炭黑、石墨等)、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)；根據樹脂的形態不同可分為：導電塑料、導電橡膠、導電涂料、導電膠粘劑、導電薄膜等；還可根據其功料、電極材料、發熱體材料、電磁波屏蔽材料。本文主要介紹復合型導電高分子材料中導電塑料的用途。

(1)在電子、電器領域中作集成電路、晶片、傳感器護套等精密電子元件生產過程中使用的防靜電周轉箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。

(2)防爆產品的外殼及結構件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃氣體等場合中使用的電器產品外殼及結構件。

(3)中、高壓電纜中使用的半導電屏蔽料。

(4)電訊、電腦，自動化系統、工業用電子產品、消費用電子產品、汽車用電子產品等領域中的電器產品EMI屏蔽外殼。

二、復合型導電塑料的國內外發展概況

1、抗靜電劑填充型

抗靜電劑填充型產品的優點是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產品性能影響不大，其表面電阻率為1010-1013Ω。但低分子抗靜電劑填充型產品的電性能會隨著時間的推移而逐漸喪失。

國外目前的主要開發動向是研制生產高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜電劑，它不會像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時間使用后便喪失其導電性。高分子型抗靜電劑的主要品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。主要生產廠家有日本的三洋化成、住友精化、住友科學工業、第一工業制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，一定限制。國內目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型

這一系列的填充物主要是導電炭黑、石墨和碳纖維，制成品的體積電阻率為102-109Ω?cm。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因為導電炭黑價格較為低廉；其二是因為炭黑能根據不同的導電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在102-109Ω之間的寬廣范圍內變化；其三是導電性持久、穩定；因此是理想的抗靜電材料。但是它性技術。炭黑填充型導電塑料的主要用途是：

(1)集成電路塊、場效應管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運輸等生產過程報廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產生的，有實驗表明：人在低溫度環境中的干燥地毯上行走時，可產生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時，可產生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會產生200伏的靜電。由此可見，在這一領域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導電塑料的電阻值可在102-109Ω間調節，完全可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產品有：電子元器件在周轉、保管、搬運過程中使用的周轉箱、托盤、支架、封裝等。

(2)醫療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環境 導電塑料在這些場合用作電器設備的外殼或結構件。

(3)高壓電纜、通訊電纜領域近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發展。為使制造工程簡化，需要新的被覆構造，即用導電塑料作半導電層。這是為了緩和導體表面電位梯度，防止導體與半導體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

(4)面狀發熱體 流通過后電阻產生焦爾熱量的原理，這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

在國外，較大的生產廠商有美國的卡伯特公司、原聯碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學、住友酚醛塑料要廠商，還有東麗、東洋油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。

據一份日文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機器(筆記本電腦、手機等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。目前對于上述產品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導電涂料、導電塑料，其表面加工費用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭的PREMIX公司導電塑料生產量約為200t／a，據稱在歐洲占有很大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜的半導電層屏蔽料，國內的市場需求約為數千噸，其中高壓電纜料基本依靠進口。國內碳系填充導電塑料業已形成工業化生產，但在品種、質量穩定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關的導電塑料的工業化生產基本空白。目前使用的材料大部分為進口。

3、金屬填充型

這類導電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規模集的發展，數字化電子機器已從工業用向民用品發展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波與控制信號相接近。此外，電子設備也向外放射電磁波，因此很容易造成電子機器的誤動作、圖象和聲音干擾。進入80年代，電子機器的殼體大多采用塑料材料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質輕且強度高、耐腐蝕、易加工、生產效率高、總成本低等優點。但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導電層的方法和將導電性填料混入到塑料中制成導電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優缺點和適用范圍，以往應用較多的是鋅噴鍍和導電涂料法。近年來，導電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究報道很多，這是由于導電塑料法具有3個顯著的優點：①無需二次加工；②屏蔽性與成型制品一次完成(省力、經濟)；③在長期使用過程中(如震動、濕熱環境因素下)安全、可靠，不會像表面法那樣產生剝離和脫落現象。

EMI屏蔽塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳纖維等。制成品的體積電阻為10-1-10-3Ω?cm，電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應用。當一些制品在比較苛刻的使用環境中要求具有強度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動等特點時，就要采用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機殼體材料即是PC／ABS合金。

黃銅短纖維填充的復合體系具有優異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優異的電性能，但由于價格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導電炭黑填充的復合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6―10μm，填加10％左右即可滿足實際應用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復合體系的物理機械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。

國外金屬填充型導電塑料已形成工業化生產規模，這類材料的價格較為昂貴。國內只有北京市化工研究院、中山大學、中科院、成都科技大等少數幾個單位對此開展了研究，但均沒有工業化生產。

三、發展展望

高分子材料代替金屬材料是今后材料學科領域的發展趨勢。由此帶來導電性聚合物的市場需求日益增長，其應用領域逐步擴大，這就必然對導電性聚合物提出更高的要求。對于結構型導電性聚合物來說，要想進一步實用化，必須解決目前存在的下述主要問題：

(1)穩定性欠缺

導電性高分子中的氧原子對水是極不穩定的，這是防礙其實用化的最大問題。

(2)摻雜劑多是有毒的如AsF5、I2、Br2等。

(3)成型困難

導電聚合物主鏈中的共軛結構使分子鏈僵硬，不溶不融，從而給自由地成形加工帶來困難。

(4)經濟性差

其價格比金屬及普通塑料高，難以實用化。

對于復合型導電塑料來說，當前需要著重研究的是金屬纖維填充的電磁波屏蔽材料，需

對于導電性聚合物的未來展望，最主要的是開發以下三種材料：①高導電性高分子；②有機太陽能電池；③有機超電導材料。

更為長遠的課題是分子性薄膜和分子電子裝置。

第四篇：導電塑料的國內外發展概況

導電塑料的國內外發展概況

導電性高分子材料一般分為結構型和復合型兩大類。結構型導電高分子聚合物是1977年才發現的，它是有機聚合摻雜后的聚乙炔，具有類似金屬的電導率。而純粹的結構型導電高分子聚合物至今只有聚氮化硫類，其它許多導電聚合物幾平均需采用氧化還原、離子化或電化學等手段進行摻雜之后才能有較高的導電性。其代表性的產物有聚乙炔、聚對苯撐、聚吡咯、聚噻吩、聚吡啶、聚苯硫醚等。還有一種叫作熱分解導電高分子，這是把聚酰亞胺、聚丙烯腈等在高溫下熱處理，使之生成與石墨結構相近的物質，從而獲得導電性。這些熱分解導電高分子的特征是無須摻雜處理，故具有優異的穩定性。結構型導電高分子材料的主要用途是導電材料、蓄電池電極材料、光功能元件、半導體材料，其研究開發主要集中在以T4個方面：①具有與金屬相同的電導率；②在空氣中是穩定的；③具有高功能；④具有良好的加工成型性。

另一類被稱之為復合型導電高分子材料，它是由導電性物質與高分子材料復合而成。這是一類已被廣泛應用的功能性高分子材料。本文主要介紹復合型導電高分子材料。

一、復合型導電高分子材料的分類及用途

復合型導電高分子材料的分類有很多種，根據電阻值的不同可分為：半導電體、除靜電體、導電體、高導電體；根據導電填料的不同可分為：抗靜電劑系、碳系(炭黑、石墨等)、金屬系(各種金屬粉末、纖維、片等)；根據樹脂的形態不同可分為：導電塑料、導電橡膠、導電涂料、導電膠粘劑、導電薄膜等；還可根據其功能不同分為：防靜電材料、除靜電材料、電極材料、發熱體材料、電磁波屏蔽材料。本文主要介紹復合型導電高分子材料中導電塑料的用途。

(1)在電子、電器領域中作集成電路、晶片、傳感器護套等精密電子元件生產過程中使用的防靜電周轉箱、IC及LCD托盤、IC封裝、晶片載體、薄膜袋等。

(2)防爆產品的外殼及結構件，如：煤礦、油船、油田、粉塵及可燃氣體等場合中使用的電器產品外殼及結構件。

(3)中、高壓電纜中使用的半導電屏蔽料。

(4)電訊、電腦，自動化系統、工業用電子產品、消費用電子產品、汽車用電子產品等領域中的電器產品EMI屏蔽外殼。

二、復合型導電塑料的國內外發展概況

1、抗靜電劑填充型

抗靜電劑填充型產品的優點是制品著色不受限制，其中低分子型抗靜電劑對產品性能影響不大，其表面電阻率為1010-1013Ω。但低分子抗靜電劑填充型產品的電性能會隨著時間的推移而逐漸喪失。

國外目前的主要開發動向是研制生產高分子型抗靜電劑，高分子型抗靜電劑亦可稱為永久性抗靜電劑，它不會像低分子型抗靜電劑那樣水洗后或長時間使用后便喪失其導電性。高分子型抗靜電劑的主要品種有：聚醚型、季氨鹽型、磺酸型、酸的接枝共聚物、離子型。主要生產廠家有日本的三洋化成、住友精化、住友科學工業、第一工業制藥，瑞士的汽巴精化、科萊恩，美國的威科、大湖等。高分子型抗靜電劑的添加量是低分子型抗靜電劑的5-15倍，同時還要考慮其與樹脂的相容性從而選擇適用的相容劑，因受到成本的制約使其應用受到一定限制。國內目前主要是低分子型抗靜電劑，代表性的廠家有杭州塑料研究所、北京市化工研究院等。

2、碳系填充型

這一系列的填充物主要是導電炭黑、石墨和碳纖維，制成品的體積電阻率為102-109Ω?cm。其中炭黑填充是主流，炭黑填充型導電聚合物之所以被廣泛采用，其一是因為導電炭黑價格較為低廉；其二是因為炭黑能根據不同的導電性需求有較大的選擇余地，它的制成品的電阻值可在102-109Ω之間的寬廣范圍內變化；其三是導電性持久、穩定；因此是理想的抗靜電材料。但是它的制成品僅限于黑色，并對材料性能影響較大，需要配套改性技術。炭黑填充型導電塑料的主要用途是：

(1)與集成電路相關的領域 集成電路塊、場效應管、晶體管等電子元器件在加工、裝配、包裝、運輸等生產過程中，常常會因震動、摩擦產生的靜電而損壞，甚至造成整臺機器的報廢。這些電子元器件對靜電的敏感程度小至100伏，大至上萬伏不等。幾百伏以至上千伏的靜電是非常容易產生的，有實驗表明：人在低溫度環境中的干燥地毯上行走時，可產生5000伏的靜電，戴著橡膠手套與塑料容器接觸時，可產生6000伏的靜電，即使是不戴手套用手直接與塑料容器接觸，也會產生200伏的靜電。由此可見，在這一領域中防靜電、除靜電措施的重要。炭黑填充型導電塑料的電阻值可在102-109Ω間調節，完全可以滿足這類材料的防靜電、除靜電需求。其主要產品有：電子元器件在周轉、保管、搬運過程中使用的周轉箱、托盤、支架、封裝等。

(2)醫療、煤礦、紡織等潔凈、易爆環境導電塑料在這些場合用作電器設備的外殼或結構件。

(3)高壓電纜、通訊電纜領域近年來，隨著用電量的增加，使電纜朝著高壓化的方向發展。為使制造工程簡化，需要新的被覆構造，即用導電塑料作半導電層。這是為了緩和導體表面電位梯度，防止導體與半導體問的部分放電。這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

(4)面狀發熱體導電塑料還可以作為熱源被利用。這是利用在導電塑料上施加電壓，電流通過后電阻產生焦爾熱量的原理，這類材料的體積電阻為100-104Ω?cm。

在國外，碳系填充型導電塑料已經形成為一個十分成熟的市場，較大的生產廠商有美國的卡伯特公司、原聯碳公司、GE公司、3M公司等，日本的東芝化學、住友酚醛塑料是主要廠商，還有東麗、東洋油墨制造、東京油墨、日本合成橡膠、神戶制鋼所等，芬蘭的PREMIX，韓國的LG公司。

與工程塑料相比，導電塑料是一個很小的品種。關于電子設備用導電塑料的市場用量，據一份日文資料顯示，日本1996年用于便攜電子機器(筆記本電腦、手機等)的工程塑料為3500t，約為20億日元。目前對于上述產品的EMI屏蔽對策一般是采用無電解鍍、高頻離子電鍍、導電涂料、導電塑料，其表面加工費用的水平分別為：40億日元、26億日元、3億日元、2億日元。芬蘭的PREMIX公司導電塑料生產量約為200t／a，據稱在歐洲占有很大的市場份額。在碳系填充的品種中用量較大的是用于中、高壓電纜的半導電層屏蔽料，國內的市場需求約為數千噸，其中高壓電纜料基本依靠進口。國內碳系填充導電塑料業已形成工業化生產，但在品種、質量穩定性等方面與國外有較大差距。特別是與集成電路相關的導電塑料的工業化生產基本空白。目前使用的材料大部分為進口。

3、金屬填充型

這類導電塑料主要用于電磁波屏蔽場合。近年來由于集成電路和大規模集成電路技術的發展，數字化電子機器已從工業用向民用品發展。為了提高處理能力，使用的電子線路和元件越來越集成微型化、高速化，其信號水平減小，這使從外部侵入的電磁波與控制信號相接近。此外，電子設備也向外放射電磁波，因此很容易造成電子機器的誤動作、圖象和聲音干擾。進入80年代，電子機器的殼體大多采用塑料材料代替金屬。這是由于塑料作為殼體具有質輕且強度高、耐腐蝕、易加工、生產效率高、總成本低等優點。但是，塑料是絕緣體，對于電磁波來說，完全可以透過。因此，賦予塑料殼體電磁波屏蔽能力就成為一個有待研究的十分迫切的課題。目前，具體實施的屏蔽方法很多，大致分為在塑料表面形成導電層的方法和將導電性填料混入到塑料中制成導電塑料的方法兩種。不同的屏蔽方法各有其優缺點和適用范圍，以往應用較多的是鋅噴鍍和導電涂料法。近年來，導電塑料法引起了人們的興趣，這方面的研究報道很多，這是由于導電塑料法具有3個顯著的優點：①無需二次加工；②屏蔽性與成型制品一次完成(省力、經濟)；③在長期使用過程中(如震動、濕熱環境因素下)安全、可靠，不會像表面法那樣產生剝離和脫落現象。

EMI屏蔽塑料多以各種工程塑料為基材，使用的金屬填料主要是不銹鋼纖維，也有的使用黃銅短纖維、鋁片、鎳纖維等。制成品的體積電阻為10-1-10-3Ω?cm，電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳纖維、特種導電炭黑雖然不是金屬填料，但其制成品也可在電磁波屏蔽場合應用。當一些制品在比較苛刻的使用環境中要求具有強度高、體積輕、壁薄、注射成型易流動等特點時，就要采用碳纖維填充的材料，目前市售的高檔筆記本電腦、手機殼體材料即是采用碳纖維填充的PC／ABS合金。

黃銅短纖維填充的復合體系具有優異的電磁波屏蔽效果，卻難以滿足實用化提出的阻燃、低比重、良好的制品外觀等要求；鎳及鍍鎳石墨纖維雖也具有優異的電性能，但由于價格昂貴而限制了其使用性；碳纖維、特種導電炭黑填充的復合體系屏蔽效果較差，適用性受到限制；不銹鋼纖維的直徑一般為6―10μm，填加10％左右即可滿足實際應用中要求的電性能，由于填加量少，因此對復合體系的物理機械性能影響較小，是理想的EMI屏蔽塑料填充材料。

國外金屬填充型導電塑料已形成工業化生產規模，這類材料的價格較為昂貴。國內只有北京市化工研究院、中山大學、中科院、成都科技大等少數幾個單位對此開展了研究，但均沒有工業化生產。

三、發展展望

高分子材料代替金屬材料是今后材料學科領域的發展趨勢。由此帶來導電性聚合物的市場需求日益增長，其應用領域逐步擴大，這就必然對導電性聚合物提出更高的要求。對于結構型導電性聚合物來說，要想進一步實用化，必須解決目前存在的下述主要問題：

(1)穩定性欠缺

導電性高分子中的氧原子對水是極不穩定的，這是防礙其實用化的最大問題。

(2)摻雜劑多是有毒的如AsF5、I2、Br2等。

(3)成型困難

導電聚合物主鏈中的共軛結構使分子鏈僵硬，不溶不融，從而給自由地成形加工帶來困難。

(4)經濟性差

其價格比金屬及普通塑料高，難以實用化。

對于復合型導電塑料來說，當前需要著重研究的是金屬纖維填充的電磁波屏蔽材料，需要解決的主要課題是：①減小比重；②使導電性均一；③降低成本；④改善外觀。

對于導電性聚合物的未來展望，最主要的是開發以下三種材料：①高導電性高分子；②有機太陽能電池；③有機超電導材料。

更為長遠的課題是分子性薄膜和分子電子裝置。

第五篇：淀粉塑料研究現狀

畢業設計（論文）

淀粉塑料研究現狀

Starch plastics Research

班級 高聚物111 學生姓名 楊 振 學號 1132403127 指導教師 楊 昭 職稱 講師

導師單位 材料工程系 論文提交日期 2013年1月7日

淀粉塑料研究現狀

楊 振

徐工院高聚物111

徐州

221400

摘要：

發展淀粉降解塑料有利于節省石油資源、保護環境。國內外這方面的研究較多, 并且在技術的實用性方面也取得了較大進展。目前研究熱點集中在3 個方向: 淀粉與其它可生物降解高分子的直接填充;對淀粉表面修飾使其能與合成高分子相容;在淀粉與合成高分子體系中加入增塑劑。雖然淀粉基可生物降解塑料在綜合性能上還不能與合成高分子相比, 但由于淀粉的綜合優勢, 淀粉基可生物降解塑料的研究和發展極具潛力。

關鍵詞：淀粉 降解塑料 環境污染 淀粉塑料

Starch plastics Research

Yang Chen The Xugong Institute polymer 111

Xuzhou

221400

Abstract：

Development of starch biodegradable plastic in favor of saving oil resources and protect the environment.More research in this area at home and abroad, and has made great progress in the practical aspects of the technology.Current research focus is concentrated in three directions: starch with other biodegradable polymer directly filled;modified starch surface so that it can be compatible with the synthetic polymer;adding plasticizers in starch and synthetic polymer systems.The starch-based biodegradable plastics in the overall performance can not be compared with the synthetic polymer, but great potential due to the comprehensive advantages of starch, starch based biodegradable plastics research and development.Key Words：Starch Degradable plastics

Environmental pollution

Starch plastics

引言

近10多年來，全球為應對石油資源日趨貧乏、油價不斷飛漲以及環境污染、氣候變暖日益嚴峻的資源、環境問題，引發了對可再生資源為原料的生物質材料的極大關注。目前已產業化生產的生物質塑料主要包括兩大類，一類為以淀粉、植物纖維素等天然高分子為原料，經改性后單獨或以不同比例與其它生物降解塑料或與普通塑料共混（或合金化），然后通過熱塑料性加工制得可完全生物降解或部分生物降解塑料，如淀粉基塑料。另一類為以淀粉、糖蜜等可再生資源通過微生物或基因工程直接合成生物降解塑料，如聚羥基烷酸酯（PHA）等；或以淀粉、秸稈等農副產品為原料，通過發酵合成單體，再經化學合成生物降解塑料，如聚乳酸（PLA）等。

淀粉基塑料是當前技術較成熟、產業化規模較大、性價比較適中、市場占有率較高的一類生物質塑料。其性價比可與普通塑料PE相比擬，有利于推向市場，這為堆肥化處理用垃圾袋提供了可再生、可持續發展和生物降解的選擇。

一、國內外現狀分析

1、國外現狀

塑料制品應用廣泛, 但廢棄物污染環境。國外于80 年代對塑料的生物降解開展了研究, 淀粉塑料的生物降解已開發成功并已工業化。

淀粉塑料分為兩大類型: 淀粉填充型生物降解塑料和全淀粉或基本全淀粉的生物降解塑料.前者是在普通塑料中加入淀粉或改性淀粉和其他添加劑制成, 后者以淀粉為主要原料, 添加少量其他助劑經反應制成。國外概況

淀粉塑料在美國和加拿大都已商品化, 玉米淀粉塑料的重要用途之一是生產垃圾袋, 它是由43 寫玉米淀粉和47 % 聚乙烯以及10 %各種助劑組成的。

2、國內現狀

我國的地膜覆蓋栽培技術雖然在70 年代才開始推廣, 比國際上遲了20 年, 但發展迅速。19 8 0 年生產地膜0.25 萬t , 覆蓋面積16 67 公頃(2.5 萬畝), 1 9 9 1 年生產約50 萬t , 筱蓋面積達46 萬公頃(7 0 0 0 萬畝), 預計到2 0 0 0 年, 我國地膜覆蓋面積將達到6 67 萬~ 1 0 0 0 萬公頃(1 ~ 1.5 億畝)。地膜栽培技術推廣, 據測算可提高產量15 % ~ 20 % , 但由于地膜殘留于土壤中, 污染嚴重, 據對北京近郊調查, 使用多年地膜筱蓋的地上每畝殘留地膜竟達2 3 kg , 使小麥減產20 % , 其他作物的減產幅度為8.3 % 一54.2% 不等, 且其殘留膜纏繞在秸桿上被牲畜吃了患病甚至死亡。其他的塑料制品如快餐盒、塑料袋、各種容器殘留也到處可見。

二、淀粉的性質及淀粉塑料降解分類

1、淀粉的基本性質

天然淀粉的高分子鏈間存在氫鍵, 分子間作用力較強, 因此, 溶解性差, 親水而不易溶于水, 且加熱不熔融, 300℃以后分解, 成型性能較差。為改善其加工工藝性能, 一般可通過打開淀粉鏈間的氫鍵, 使其失去結晶性的方法來完成。具體有兩種方法, 一種是加熱含水量大于90% 的淀粉, 在60~ 70 ℃ 間淀粉顆粒開始溶脹, 達到90℃以后淀粉顆粒崩裂, 高分子鏈間氫鍵被打開, 產生凝膠化;另一種是在密封狀態下加熱, 塑煉擠出含水量小于28%的淀粉。這種過程中淀粉可以熔融, 稱為解體淀粉或凝膠化淀粉。這種淀粉與天然顆粒狀淀粉不同, 因其加熱可塑, 故稱之為熱塑性淀粉。其實, 解體淀粉與熱塑性淀粉是有區別的, 從根源上說二者的區別主要是前者仍然具有結晶狀的結構, 后者基本沒有這種結構。圖1 淀粉的分子結構

圖1淀粉的分子結構

Fig.1 The molecular structure of starch 淀粉作為高分子物質, 其性質自然與分子量、支鏈以及直支鏈兩種成分的比例有關。實驗證明, 高直鏈含量的淀粉比較適合于制備塑料, 所得材料具有較好的機械性能。

2、淀粉塑料的分類

一般而言，依照其發展過程，淀粉降解塑料前后共經歷了三個主要技術發展階段，分別為第一階段的填充型淀粉塑料、第二階段的淀粉基塑料和第三階段的全淀粉熱塑性塑料。

（1）填充型淀粉塑料：此階段的產品多由淀粉（約6~20wt%）與聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）等高分子的共混物制備，其最大缺點為產品的淀粉組成經降解后會留下一個不能再降解的塑料聚合物，因此此類塑料亦被稱為淀粉填充型塑料或假降解塑料。

（2）淀粉基塑料：此階段的產品使用聚乙烯醇等親水性高分子與含量大于50%的淀粉高分子進行共混制備，藉由淀粉高分子和親水性高分子間的物理和化學反應，此類材料具有較優異的生物可降解特性與可加工性，此類塑料亦被稱為生質塑料。

（3）全淀粉熱塑性塑料：利用改性方式使淀粉高分子的結構以無序化排列并具有熱塑特性，在淀粉含量90% 以上的前提下，于高溫、高壓和高濕條件下制備全生物可降解塑料，因此全淀粉塑料是真正完全可降解的塑料。此外，雖然所有的塑料加工方法均可應用于淀粉塑料加工，但全淀粉塑料的加工卻需要少量的水與高分子加工添加劑做為增塑劑（如甘油），研究發現，在進行全淀粉塑料加工時，添加20~30% 的水與甘油10~20% 當作增塑劑為最適宜條件。

三、淀粉塑料的性能

1、生物可分解特性

全淀粉熱塑性塑料含有80% 的淀粉，其制作過程中額外添加的各類助劑亦具有生物可降解性，因此全淀粉塑料能在使用完后，于短時間內被光或微生物完全降解，全淀粉塑料經降解后生成二氧化碳和水，不會對環境造成任何污染。

2、熱塑可加工特性

具有熱塑特性的淀粉就像聚乙烯或聚丙烯等泛用塑料一樣，可以重復進行塑化加工，全淀粉熱塑性塑料可透過剪切速率的調節來調整黏度，以優化其加工性能，透過傳統塑料的成形加工技術（如擠出、吹塑、流延、注塑等），可以得到各種淀粉塑料制品，淀粉生質合膠亦為近年來研究之主流。此外，研究顯示，其機械物性如拉伸強度約為8~10Mpa、拉伸長度約為150~200%，可以滿足一般塑料制品的需求；而以此類淀粉為基材之熱可塑性高分子易受到來源種類與增塑劑所影響，如高直鏈淀粉因其結晶度較低，以及增塑劑對材料物性嚴重下降而影響其加工性，是故材料篩選與來源規格控管于此領域格外重要。

3、高經濟價值

全淀粉熱塑性塑料其原料成本較傳統塑料低約20%，也較生物可分解塑料（如PLA 或PHB 等）減少50%以上，極具市場競爭力。

淀粉塑料的物理性質如表1

表1 淀粉塑料的物理性質

Tab.1 Physical properties of pure starch plastic

性能

指標 薄膜密度/(g·cm-3)

1.15 薄膜厚度/mm

0.4 光澤度/%

拉伸強度/MPa

7~10 斷裂伸長率/%

180~260 撕裂強度/(N·mm-1)

四、淀粉塑料存在的問題

1、填充型塑料的降解性為達到標準

填充型塑料的降解性能尚不能完全達到滿意的程度。大部分所謂的可生物降解淀粉塑料都是部分失重、裂成碎片, 雖然有菌落生長和力學性能降低等特征, 但均不能說明產品完全消失。尤其在淀粉填充型塑料中的PE、PVC 等均不能短時間內降解。因此該類產品應歸屬在淘汰行列。

2、價格不具有競爭力

國內外公認降解塑料比同類塑料產品的價格高50%以上, 其中能完全降解的高4~ 8 倍。

3、綜合性能不高

淀粉基塑料力學性能一般可以與同類應用的傳統塑料相比, 但其綜合性能不令人滿意。主要缺點是含淀粉的塑料耐水性都不好, 濕強度差, 遇水后力學性能顯著降低, 而耐水性好是傳統塑料在使用過程中的主要優點。在不同場合使用時也產生不同問題, 如主要在列車上使用的光/ 生物降解聚丙烯餐盒與聚苯乙烯泡沫餐盒相比, 顯出質軟、裝熱食品易變形, 因而實用性較差。而且這種餐盒比較費原料, 每個餐盒重量比聚苯乙烯泡沫塑料餐盒重1~ 2 倍。

4、評價方法不一致

由于生物降解塑料的發展較晚也較快, 各國都正在建立健全生物降解塑料的評價方法。由于世界各地的氣候、土壤等自然因素迥異, 致使評價標準很難在短時間內達到統一。

五、淀粉塑料的發展

開發全淀粉熱塑性塑料最常使用的方式即是針對天然淀粉進行物理處理或化學處理，經過處理后的淀粉高分子除具備優異的熱塑加工性與自然降解特性之外，也帶有傳統塑料樹脂的優異物理性質，與原來的淀粉基塑料比較，其優點有：

（1）綠色環保素材經全分解后形成二氧化碳及水；（2）經適當改性與高分子加工可下游產業之需求；（3）價格優勢，淀粉取之自然、量多且來源充足，因此全淀粉熱塑性塑料的成本低于淀粉基塑料和傳統塑料。

我們也應看到，生物降解塑料的潛在市場是巨大的，目前適于使用降解塑料的包裝、農用制品及一次性塑料用品約占塑料總產量的30%，全世界降解塑料市場估計為4 000萬t，我國則為300萬t，因而大家都希望完全降解塑料盡快工業化生產。

國內外眾多科學家仍在不斷努力，隨著技術不斷進步，現在已有多種完全降解的降解塑料問世，而且在進一步完善，而國內則研究甚少，有些還是空白，我們必須加強對真正完全降解的塑料研究。

阻礙它發展的首要問題是成本。就目前問世的完全降解塑料品種而言，成本降低可能性最大的要數全淀粉塑料，因為不管如何，它所需的原料淀粉是可再生資源，其單位價格遠比傳統塑料原料低，更不說與現在合成的可降解樹脂比了。

現在對于可降解塑料的定義逐漸清晰化。所謂可降解塑料就是必需在廢棄后短期內能百分之百降解為無害物質(如CO2和H 2O)的塑料。上文所述的淀粉直接填充型塑料不能完全降解, 因此它不能算作真正意義上的可降解塑料。降解塑料的研究還不成熟, 在發展過程中出現問題和爭議是可以理解的。可降解塑料總體的發展趨勢為: 根據不同用途,開發準時可控性環境降解塑料;開發高效價廉的各種功能性助劑, 進一步提高準時可控性、用后快速降解性和完全降解性;加強對全淀粉塑料(熱塑性淀粉塑料)的研究;加速研究和建立系統的降解塑料的講解實驗評價方法和標準。作為可降解塑料的一個重要發展分支的全淀粉型塑料的發展優勢在于: 淀粉在一般環境中就具備完全可生物降解性;降解產物對土壤或空氣不產生毒害;開拓淀粉新的利用途徑可促進農業發展。但是全淀粉塑料研究的程度不深, 顯然這方面仍然有巨大的研究空間。

結論

淀粉塑料的開發應用，其主要優點是集實用性、經濟性于一體，其原料來自可年年再資源，作為日益減少的石化資源的補充替代，對于擺脫對石化資源的長期依賴、緩解石化資源的供求矛盾有著十分重要的作用，也是當今各國尋求可再生資源替代不可再生資源，確保經濟可持續發展的主要方向；另外，當前低碳經濟已成為全球瞻目的熱點和不可抗拒的發展潮流，淀粉基塑料垃圾袋作為PE塑料垃圾袋的替代品，每年可實現相當可觀數量的碳減排。未來有機會逐步取代傳統不可分解塑料之產品，減少塑料廢棄物造成的白色污染及焚化處理時生成的廢氣污染。參考文獻

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致謝

大學生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實，當我寫完這篇畢業論文的時候，有一種如釋重負的感覺，感慨良多。首先誠摯的感謝我的論文指導老師-------老師，她在忙碌的教學工作中擠出時間來審查、修改我的論文。還有教過我的所有老師們，你們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝三年中陪伴在我身邊的同學、朋友，感謝他們為我提出的有益的建議和意見，有了他們的支持、鼓勵和幫助，我才能充實的度過了三年的學習生活。