转变观念 走中国热熔胶发展的新路子

编辑:wangyun 时间:2013年12月12日 访问次数:1343

转变观念 走中国热熔胶发展的新路子
绿色经济与热熔胶发展的思考
                              叶胜荣 
                     浙江大学高分子科学与工程学系,杭州 310027
 
一、引言
当今世界,环境与发展问题已成为国际社会关心的核心问题之一。进入新世纪,特别
是近十年来,世界各国普遍认识到,发展绿色经济,是化解经济发展与资源、环境矛盾的必然选择。在这次应对金融危机中,不少国家都开始实施“绿色新政”,并以此来谋划后危机时代的发展。作为正处于工业化进程中的发展中大国,中国正面临着发展经济、消除贫困和控制污染、减缓温室气体排放等多重压力,资源、环境与经济社会发展的矛盾依然突出。发达国家几百年来在各阶段出现的环境问题,中国在较短时间内集中凸显。尽管我国作出了很大努力,但节约资源、保护环境、应对气候变化的形势依然严峻。   
“绿色经济”是由英国经济学家皮尔斯于1989年出版的《绿色经济蓝皮书》中首先提出来的。绿色经济的“绿色”.不是人们感知意义上的颜色.而是一种象征性用语。一般认为绿色经济是指人们在社会经济活动中.通过正确处理人与自然及人与人之间的关系,高效地、文明地实现对自然资源的永续利用.使生态环境持续改善和生活质量持续提高的一种生产方式或经济发展形态。大力发展绿色经济,是解决环境保护与经济发展矛盾、破解当前发展的资源、环境困境、实现经济可持续增长根本出路。  
二、绿色经济的内涵与特征  
1.内涵
绿色经济是以保护和完善生态环境为前提,以珍惜并充分利用自然资源为主要内容,以社会、经济、环境协调发展为增长方式,以可持续发展为目的的一种新的经济形态。即将环境资源作为经济发展的内在要素;把实现经济、社会和环境的可持续发展作为绿色经济发展目标;把经济活动过程结果的“绿色化”、生态化作为绿色经济发展的主要内容和途径。  
2.特征:
1)绿色经济以促进经济活动的全“绿色化”、生态化为重点内容。新时期倡导的绿色经济,不仅要大力发展节能、环保等绿色产业,还要加大对传统产业的绿色化、生态化改造。这一点对于当前正处在工业化快速发展阶段的中国就显得尤为重要。因此,发展绿色经济,必须加大力度对传统“两高一资”产业进行绿色化改造,坚决淘汰落后产能,提高环境保护的准入门槛,优化经济发展的结构,提升经济发展的质量。
2)绿色经济以绿色投资为核心、以绿色产业为新的增长点
这里所指的绿色投资,既包括传统的环境保护、节能减排方面的投资,也包括一切有利于环境保护、可持续发展的投资行为。特别是在联合国环境规划署提出的几大绿色投资优先领域,要着力扶持和培育新的经济增长点,实现经济的绿色复苏和振兴。
3)绿色经济强调可持续性,充分考虑生态环境容量和自然资源的承载能力。
生存与发展是人类的永恒主题,它是建立在尊重自然规律、合理利用资源环境的基础之上的。绿色经济重点强调可持续性,必须把经济规模控制在资源再生和环境可承受的界限之内, 既要考虑当代的可开发利用,又要考虑后代的可持续利用, 全面提高人的生活质量;同时, 经济要具有可持续的发展模式,以原生资源投入为主的工业发展模式最终是不可持续的,必须发展以绿色产业为支柱的经济发展模式。绿色经济是一个广义的概念,是人类经济发展的新方向。因此,目前倡导的低碳经济和循环经济,都可以归属于绿色经济的大范畴,这些经济发展模式都是从经济活动的不同角度与层面来认识问题。其中,低碳经济强调的是以较低的碳排放实现经济的发展,循环经济是资源节约和循环利用的总称。
三、发展绿色经济是实现环境资源与经济协调发展的必然选择
 1. 发展绿色经济是中国经济发展转型的必然要求
    改革开放以来,我国经济发展取得了举世瞩目的伟大成就,但是经济发展所付出的生态环境代价是巨大的,从某种意义上说,我国取得的经济成就是以大量的生态环境污染和破坏为代价换来的。目前,环境、资源短板已经成为我国众多发展短板中最短的短板,根据经济学中的“木桶”理论,要保证经济的增长总量,必须改进生态环境短板,要把环境保护、资源节约这条短板“拉长”。从环境与发展的关系看,中国目前已经进入了一个重要的战略转型期。特别是近几年来,中国政府以科学发展观为指导,提出了大力推进生态文明和小康社会建设,确定了建设资源节约型和环境友好型社会的奋斗目标。中国经济发展转型的核心是转变经济增长方式, 调整经济和产业结构,从“又快又好” 转向“ 又好又快”, 走“ 科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥”的新型工业化道路,最终实现以人为本、全面协调可持续的科学发展。
2. 加快建立绿色技术创新体系
发展绿色经济,必须要有绿色技术支撑。许多发达国家都认为,绿色经济可能会引领新一轮的技术和产业革命,并积极利用应对金融危机的难得机遇,大力发展包括新能源、新材料、新型汽车等领域的绿色技术,我国应当对绿色技术发展给予必要的资金和政策扶持,促进绿色生产技术开发示范,进一步加快环境友好型技术的产业化进程,为发展绿色经济提供坚实的技术支撑,并建立绿色技术创新体系。
 1)绿色技术创新的特点
传统技术使企业沿着“大量索取、大量生产、大量消耗、大量废弃”的生产工艺模式运行,它以大量消耗自然资源和大量排放废物为特征,是一种高消耗、低收益、高污染的不可持续发展的技术。绿色技术是与污染环境、破坏生态平衡的传统技术相对立的技术。绿色技术创新一是绿色产品创新,即开发各种节约能源和原材料的产品,这些产品在使用过程中以及在使用后不危害或少危害人体健康和生态环境,并且易于回收和再生。二是绿色工艺创新,包括清洁工艺技术和末端治理技术两个方面,主要指能减少废气污染物的产生和排放,降低工业活动对环境的污染以及降低成本、物耗等工艺技术。绿色技术创新与普通的技术创新相比具有以下特征:
首先,绿色技术创新将生态、经济和技术视为社会系统中几个互相推动、相互促进的要素。在这个系统中,技术在创造经济利益的同时也要保护生态环境。生态环境对经济发展具有反作用。技术作为中介,是实现人与自然和谐统一,经济与生态协调发展的杠杆。
其次,绿色技术创新以循环经济为经济发展模式。循环经济倡导将同一资源多次使用,提高资源利用效率,变废为宝,循环使用,增加效益。与传统的技术创新相比,绿色技术创新增加了反馈机制。因此,从微观上讲,绿色技术创新要求创新主体强化生产链条,改进工业流程,将生产中的废弃物进行回收利用,降低资源的净消耗。从宏观层次上,要求整个社会体系实现网络化,使资源实现跨产业循环利用,将生产中产生的废弃物进行产业化、无害化处理。
再次,绿色技术创新是一项综合性的创新活动,它集生态化、科学化、制度化为一体。它强调经济系统与生态系统的和谐。此外,绿色技术的创新与推广不仅需要技术的内在创新,同时,也需要外在的制度激励与推动,如培养公众“绿色”意识、为企业制定“绿色”标准等等。因此,绿色技术创新不是一种单纯的技术活动,而是以可持续发展的科学价值观为指导思想,以生态学和经济学为理论基础的制度与技术的综合创新。
2)实施绿色技术创新的途径与对策      
 绿色技术具有技术含量高、节约能源、资源的优势,适应我国经济结构由粗放型向集约型转变的需要。在我国实行绿色技术创新势在必行。针对目前在绿色技术创新中遇到的问题, 需要观念的转变、政府的重视、企业的参与、科研部门的努力、公众的配合!通过绿色技术创新,提高资源利用率,减少对环境的污染和生态的破坏,实现由传统经济发展模式向绿色经济发展模式的转换。 
①制定和实施绿色技术创新战略,建立起复合机制体系,推进绿色技术创新。
绿色技术创新是生产要素和生产条件的新组合,要求建立现代企业制度,进行企业内部的制度创新和组织创新,形成良好的绿色技术创新组织体系、产品开发过程管理体系。 
②扶持和发展绿色技术创新,为绿色经济发展提供强大的技术支撑。 
在发展绿色经济中,应大力开发绿色技术,重点推广消除污染物的环境工程技术、进行废弃物再利用的资源化技术和生产过程的无废少废及生产绿色产品的清洁生产技术等。特别是积极推广清洁生产技术,通过采用无害或低害新工艺、新技术,大力降低原材料和能源的消耗,实现少投入、高产出、低污染,尽可能把对环境污染物的排放消除在生产过程中。
③积极发挥政府在绿色技术创新中的宏观规划和协调作用
一是要加强绿色技术创新的研究与开发工作。政府可以牵头组织制订绿色技术创新规划,将绿色技术创新战略纳入国民经济的整体发展战略。二是要建立和健全绿色技术创新激励和保障机制,为绿色科技创新提供足够的人才和资金保障。三是运用法律和经济政策为企业开展绿色技术创新服务。
④加强绿色技术创新立法,使之成为保障和促进绿色经济发展的有力武器。 
绿色技术创新成果的合理应用,需要法律加以确认、维护、规范、调节和保障,良好的法律环境是推动绿色科技创新的可靠保证。对技术创新可能造成生态破坏的,应以相应的立法预先做出规范,通过立法强调生态环境保护的重要性。
四、我国热熔胶工业发展概况
进入新世纪以来,资源、环境等问题已严重威胁到人类社会的可持续发展,应对气候变化已成为全球面临的重大挑战。正是在这种大背景下,无溶剂的环保型胶粘剂逐渐成为胶粘剂工业发展的主流。这也为热熔胶粘剂的进一步发展提供了难得的机遇。近十几年来,该行业已进入快速发展期,热熔胶的产量以每年以10-20%速度增长,是胶粘剂中增长最快的品种。2012年我国热熔胶总产量已达到51万吨(包括热熔压敏胶)。随着经济的快速发展和科技的不断进步及热熔胶的优越性能,使其应用范围不断扩大. 热熔胶已从传统的卫生制品、包装、书刊装钉等方面扩展到服装、制鞋、地毯、胶带、纺织、建筑、汽车、电子电器、复合材料、航空航天、军工等部门
例:热熔胶在纺织、服装等部门的应用
目前纺织品用胶粘剂主要有热熔胶溶液胶和乳液胶热熔胶的用量最大特别是服装加工衬布制造等基本上全部使用热熔胶溶液胶一般用于织物与其他材料的粘接)
1. 聚乙烯类热熔胶
聚乙烯类热熔胶包括高密度低压聚乙烯(HDPE) 和低密度高压聚乙烯LDPE) LDPE 是由乙烯在高压(98250 MPa) 下制得的聚乙烯,其密度较低(0. 910. 92 g/ cm3 ) ,大分子链上支链较多,100 个碳原子的分子主链上就有2035 个分支,分子规整性较差,从而结晶较低、熔点较低,因此LDPE 耐水、耐溶剂性能较差,LDPE 可用于衬衫补强衬及要求较低的衬布。HDPE 是由乙烯气体在1.0 MPa 压力下用R3Al - TiCl4 或茂金属催化剂聚合而成。聚合物的密度较高(0. 940.96g/ cm3) ,是典型的线性规整结构的聚合物,大分子链支链少,结晶度高,并有较高的熔点和硬度。在粘合衬工业中主要用于衬衫领衬,其优点是来源丰富、价廉、耐水洗性能好,缺点是手感硬、压烫温度高。这类热熔胶主要用于制作中、低档服装粘合衬,国外生产的HDPELDPE 胶品种较多,价格较高;国内山东、广东、浙江等地都有生产,其价格较低,但品种较少,而总体质量与国外相当,基本上能满足服装工业的要求。
2 . 乙烯—乙酸乙烯共聚物类热熔胶
乙烯—乙酸乙烯共聚物类热熔胶包括乙烯—乙酸乙烯共聚物( EVA) 和乙烯—乙烯醇共聚物( EVAL ) 两种。EVA 热熔胶是以一定规格的EVA 树脂为原料,通过化学或物理粉碎的方法,将颗粒状EVA 变为一定粒度的粉末状热熔胶。EVAL 是以EVA 树脂为原料,经皂化水解生成乙烯—乙烯醇共聚物。这类热熔胶由于其熔融温度低,适合制作皮革、裘皮、毛皮等热敏材料用的粘合剂,但其耐水性较差。由于EVAL有一定的耐水性,近年来其其用量有明显的增加。满足了热敏材料粘合衬生产的需要。目前国内江苏、浙江、广东等地都有批量生产。
3. 共聚酰胺类热熔胶
共聚酰胺类热熔胶是上世纪60 年代中期才被用于服装粘合衬,之后发展很快,现已成为中、高档粘合衬的主要胶种之一,具有粘接力强、柔软性好、耐干洗性突出等优点,但其吸湿性强,耐水洗性能欠佳。经改性耐水洗性能有较大的提高,但价格较贵。国外这类热熔胶是以PA6/PA66/ PA12 三元共聚物最为普遍,PA12 单体(月桂内酰胺含量在60 %以上时才有好的耐水洗性能。由于PA12 单体国内没有生产,这类热熔胶还依靠进口或由部分外资企业供给。因此,发展共聚酰胺热熔胶原材料(单体)是个很关键的问题,我国没有尼龙12单体,但有尼龙(nylon1010 和长碳链二元酸。长链二元酸是指含有1 0个以上碳原子的直链二羧酸。长链二元酸是一类用途很广的重要精细化工原料,是许多化工产业中必用的重要中间体。长链二元酸在自然界不存在,生产这种产品有两种方法:一种是化学合成法,一种是生物发酵法。化工合成法生产危险性大,成本高。微生物发酵法生产工艺简单,成本低。化工合成法很难合成C11c18的所有长链二元酸,而发酵法可以制得。用生物发酵法生产长链二元酸是节约能源、保护环境的朝阳产业。而值得中国人自豪的是世界上唯一应用微生物发酵法工业化生产长链二元酸的国家只有中国。目前,国外生产长链二元酸主要是利用化学合成法,但其合成条件苛刻,需要二百度以上高温,100个以上大气压,合成步骤复杂,还需要防火、防爆、防毒设备。采用化学合成法其收率低、成本高、环境污 染严重。生物发酵生产长链二元酸的研究是通过微生物的胞内酶将正烷烃催化合成为长链二元酸。这一过程在细胞内的微粒体中完成的,有着化学合成不可比拟的优越性。其生产工艺 简单,生产条件温和,整个生产过程是在常温下进行的,收率高、成本低、没有环境污染,是名副其实的绿色生物工业。近十多年来,国内很多单位在利用生物发酵法生产的长链二元酸开发服装用高档热熔胶方面作了很多工作,取得了显著的效果,如开发了耐水洗、耐酵素洗等高性能PA热熔胶。
4.共聚酯类热熔胶     
共聚酯类热熔胶是六、七十年代发展起来的热熔胶的新品种,它是一类饱和共聚酯,大都是通过两种以上的二元羧酸和二元醇经共缩聚反应而制成。采用共聚的方法使聚合物的结晶度、玻璃化温度、熔融温度等大大降低以符合热熔胶的使用要求。聚酯类热熔胶具有较高的粘接强度及韧性、耐热、耐寒、耐水等性能,适用于织物、皮革、木材、玻璃、橡胶、塑料、金属等材料的粘接。已广泛用于服装、纺织、汽车、制鞋、电器、建筑等行业。特别是在纺织、服装领域的应用有独特的优势。聚酯类热熔胶具有粘合力强,手感好,吸湿性小,耐水性优良,且应用面广,耐干洗较差,但经改性后也能耐干洗。且价格较聚酰胺类热熔胶低 。因此,共聚酯类热熔胶有着广阔的发展前景。
   5.聚氨酯热熔胶 
聚氨酯热熔胶具有弹性好,耐低温,耐磨,能粘接多种材料,粘接强度高等优点,近年来发展特别迅速。聚氨酯热熔胶主要有热塑性聚氨酯弹性体热熔胶和反应型聚氨酯热熔胶两大类。
1)热塑性聚氨酯热熔胶:热塑性聚氨酯弹性体热熔胶是以聚酯(聚醚)多元醇为软段,二异氰酸酯与扩链剂为硬段,采用预聚体法制备。其软、硬段组成、结构、相对分子质量、扩链剂、异氰酸酯指数等对聚氨酯热熔胶的力学性能、结晶性能、粘接性能及耐热性能有很大的影响。
热熔胶分子量是影响粘接强度的一个重要因素,若要获得较高的粘接强度,热熔胶的分子量应控制在9万左右。当热熔胶分子量低于8万时粘接强度明显下降。当分子量大于10万时,热熔胶的粘接强度有下降趋势。
热塑性聚氨酯热熔胶可用于服装(织物)、制鞋,包装等方面。关于织物用聚氨酯热熔胶,总体来说,目前我国还处在研究、开发阶段。由于聚氨酯型热熔胶具有弹性好、耐低温、耐磨、能黏接多种材料(包括某些难粘材料)、强度高等优势,潜在市场大。
2) 反应型聚氨酯热熔胶:热熔胶一般都是以热塑性聚合物为基料,易产生蠕变且耐热有一
定的局限性;反应型热熔胶就是能在冷却固化后还能进一步反应—交联固化(二次固化),能大大提高热熔胶的耐热性、耐介质性。反应型聚氨酯热熔胶是集热熔胶粘剂、反应型胶粘剂、聚氨酯胶粘剂的优点于一体,自问世以来发展迅速。近十年来,国内对湿固化聚氨酯热熔胶也开展了研发工作,已有一定批量的生产,湿固化型聚氨酯胶在纺织工业上也有用武之地,例:功能性纺织品--防水透湿层压织物的制造中,使用了湿固化聚氨酯热熔胶的热熔粘合技术,该类粘合剂适用于粘接多种类型的材料,即使在涂胶量极低的情况下也具有很高的粘接强度。这种织物不仅能满足严寒雨雪和大风等恶劣环境中人们活动时的穿着需求,能防水、防风、保暖、透气(汗水能向外转移)、而且也适用于人们的日常生活需求具有广阔的发展前景 
五、热熔胶的发展趋势
     从绿色经济的角度可把热熔胶分为两大类:一类是传统型热熔胶,另一类是可降解型热熔胶。传统热熔胶的基体树脂如EVA、PES 、PA等热塑性树脂均属于高分子有机物,由于其特殊的化学结构与特性,不能被环境中的微生物降解或水解,它们在环境中长期滞留,这已成为社会的一大隐患和威胁。近十年来,国内外科技工作者正致力于研发符合绿色经济要求的新型热熔胶—可降解型热熔胶,即其基料具有可生物降解性而受到胶粘剂等行业的极大关注。
生物降解是指有机化学品在生物所分泌的各种酶的催化作用下,通过氧化、还原、水解、脱氢、脱卤等一系列化学反应,使复杂的、高分子量的有机化合物转化为简单的有机物或无机物(二氧化碳和水)的过程。生物降解除生物化学作用外,还有生物物理作用,即微生物侵蚀聚合物后,由于细胞的增大,致使高分子材料发生机械性破坏。因此,生物降解并非单一机理,而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用,相互促进的物理化学过程。可生物降解型热熔胶主要有以下几类:
1. 聚乳酸(PLA)热熔胶
它可在湿气中无光照条件下即可发生水解,在微生物和酶作用下进一步分解为CO2和H2O,在已经开发的生物降解高分子中,聚乳酸被誉为最具发展潜力的品种之一。其原因一是具有可完全生物降解性,二是以可再生资源为原料,而且是一种维持自然界碳循环平衡的材料。因此它是一种环境友好材料。也是目前可生物降解热熔胶中研究最多的一种材料。
制备方法:玉米-----→乳酸-----→聚乳酸( PLA )
PLA的合成主要有直接缩聚和丙交酯开环聚合两种方法。
2.聚酯酰胺热熔胶
聚酯酰胺集聚酯和聚酰胺二者优点,是一种新型的热熔胶基料,聚合物中的酯键和酰胺键可在酸碱催化下水解,然后在微生物、酶催化下进行降解。
 例:30%-70%的脂肪族二元醇+二元羧酸--→ 共聚酯+ 70%-30%的酰胺二元醇--→ 聚酯酰胺热熔胶。
3.聚羟基烷酸酯热熔胶
      聚羟基烷酸酯是一类存在于微生物细胞内生物高分子,具有生物活性和完全的生物降解性,可作为生物降解热熔胶的基体树脂。为提高其性能、降低成本,一般采用其他高分子材料进行改性。在生物降解热熔胶的研究中,以聚羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)用得最多。
例:20%-90%的3-羟基丁酸+9%-35%的3-羟基戊酸进行反应+增粘剂+增塑剂+稳定剂-----→聚羟基烷酸酯热熔胶。
4.天然高分子生物降解热熔胶
    利用天然高分子制备的热熔胶已经在热熔胶研究中越来越多,许多天然高分子如木质素、淀粉、树皮等均属天然可再生资源,来源丰富,价格低廉。如淀粉胶、植物蛋白胶等。
可生物降解热熔胶目前存在的主要缺点是使用时稳定性较差,粘接强度有待于进一步提高。在人们环保意识日益增强的今天,社会对环境友好材料的需求也大大增加,因此可生物降解热熔胶有着巨大的潜在市场,是一种很有发展前景的胶粘剂。
六. 结束语
当前,随着环保法的日趋严格和人们环保意识的不断增强,环保型胶粘剂已成为我国合成胶粘剂发展的主流。在热熔胶发展进程中,也需要转变观念,实现由传统经济发展模式向绿色经济发展模式的转换。加快建立绿色技术创新体系,大力发展更加低碳和可再生及循环利用的热熔胶胶粘剂,符合胶粘剂产业结构调整方向,符合科学发展观,顺应时代潮流!热熔胶的明天一定会更加美好!