泡沫 PP 以提高可持续性和成本

PP 泡沫正在汽车和包装领域取得进展，以提高轻量化和可持续性。 （照片：Avient）

聚丙烯的发泡在过去几年中获得了显着的关注，从挤出的 PP 泡沫开始，并越来越多地加入注塑和吹塑泡沫。主要市场是汽车和包装，其次是建筑和建筑、消费品和工业产品。成本效益是一个主要的激励因素，特别是在过去几年里，由于需求旺盛的供应限制，国内 PP 价格超过了全球价格。然而，对发泡 PP 需求增加的一个更重要的因素是通过简单地使用更少的树脂和提供 PS 和 EPS 的替代品来满足可持续性倡议和要求，这些 PS 和 EPS 有时被认为不太“环保”。

随着该行业对电动汽车 (EV) 的关注，汽车的轻量化正在获得进一步的关注，并有望促进发泡 PP 的增长。在可持续发展计划的推动下，包装也是如此。使泡沫的增长前景成为可能的是物理和化学发泡方面的最新技术进步——有时是两者的结合。例如，物理泡沫成型领域的领导者 Trexel 凭借其 MuCell 直接气体注射工艺在过去三年内对其技术进行了进一步改进，使薄壁成型达到以前不可能达到的水平。

同样，iD Additives、Avient 和 Trexel 等化学发泡剂 (CFA) 供应商推出了可生产微孔泡沫的配方，这些微孔泡沫具有非常小的泡孔尺寸、均匀分布和出色的美感。此外，SABIC 和 Asahi Kasei Plastics 等 PP 树脂供应商推出了具有卓越熔体强度的牌号，专门用于挤出或模制 PP 泡沫结构，以及特别适合发泡的特种增强化合物。另一家领先的 PP 树脂供应商 Borealis 的消息人士指出，该公司致力于通过 Daploy（高熔体强度）HMS-PP 产品和提供 PP 泡沫解决方案来支持挤出泡沫市场的进一步发展。该公司是将高熔体强度 PP 推向商业成果的先驱，专门致力于开发 PP 泡沫市场。

市场研究公司 Markets &Markets 2018 年的一项研究预测，到 2023 年，全球挤出 PP 泡沫市场将以每年近 7% 的速度增长。 SABIC 全球泡沫和轻质业务的消息人士指出，他们开发的超高熔体强度 PP 是为了支持挤出汽车、建筑和包装工艺，但他们看到了新的注塑和吹塑应用的机会，轻量化和可持续性是当务之急。

一位消息人士指出：“新的包装立法也是用 PP 基泡沫替代当前解决方案的关键增长动力。” Avient 添加剂业务的产品经理 Craig Sibol 表示，他的公司认为泡沫 PP 的增长速度只有两位数，但主要是注塑成型。 “PP 供应问题对建筑和建筑等行业的发泡挤出应用影响更大，因此增长受到限制。”

Todd Glogovsky，执行副总裁Asahi Kasei Plastics North America 的销售和技术负责人这样说：“不断评估发泡和薄壁，以提高成本、重量和生产周期效率。客户将始终评估所有减轻重量的选择。轻量化选项会不断地相互审查，对成本节约和性能升级影响最大的选项将被选中。”

iD Additives 总裁 Nick Sotos 指出，“今年，当 PP 价格开始飙升时，我们开始收到对发泡剂样品的要求。活动如此之多，我们决定进行一个名为“Foam It or Fill It”的 Zoom 聊天，向人们介绍帮助降低不断上涨的树脂成本的方法。这可以追溯到我创办 iD Additives 并聘请 Ron Bishop 时，他告诉我有两种方法可以降低成本：‘你可以用泡沫或填充它。’”

Trexel 总裁 Brian Bechard 评论说，他的公司还没有看到 PP 价格上涨推动成型商进行发泡的重要证据，因为使用 MuCell 以及在较小程度上使用 CFA，实现发泡部件的商业成功需要相当长的时间和承诺. “已经成型的实体部件在发泡时需要重新认证。通常，这需要对零件设计进行一些调整，以使物理特性满足要求，”Bechard 说。 “对于 MuCell，还有设备采购或修改。这些往往不是解决短期树脂价格波动的明显方法。现在，如果树脂价格上涨并且普遍认为它们会继续上涨，那么发泡的经济性就会变得更具吸引力，这自然会为我们带来更多客户。”

SPE Automotive 屡获殊荣的仪表板支架采用 SABIC 的长玻璃 Stamax PP 和发泡工艺制成，采用芯背技术，重量减轻了 15%。

汽车趋势

SABIC 全球汽车业务的消息人士指出，泡沫 PP 化合物已在汽车中使用了近二十年，以减轻零件重量，包括发泡本身和制造更薄零件的能力。作为该领域的积极参与者，SABIC 凭借 2017 Mini Countryman 的仪表板 (IP) 载体在 2017 年获得了 SPE 汽车创新奖，该载体使用 SABIC 的长玻璃 Stamax PP 化合物和带芯背技术的发泡工艺与未发泡部件相比，重量减轻了约 15%。

但直到最近，根据 SABIC 团队的说法，由于表面质量差，泡沫 PP 应用主要限于结构性的、不可见的应用。对轻质、美观的内饰件的需求，加上对缩短周期时间、材料使用和成本的强烈兴趣，激发了开发具有更高质量表面光洁度的下一代 PP 泡沫材料的努力。汽车内饰美学部件的轻量化是降低油耗和排放的大趋势的一部分。

SABIC Automotive 的一位消息人士表示：“电动汽车产量的急剧增加促成了这一趋势，因为电动汽车的重量与效率和续航里程息息相关。发泡 PP 化合物可以做出重要贡献，有助于实现密度降低 8% 至 10% 的应用。此外，发泡 PP 的更高流动性可以实现更薄的部件和更大的设计自由度，从而进一步减轻重量。” SABIC 估计，与非泡沫部件相比，这些因素加在一起有可能使部件重量减少 20% 至 25%。

近年来，SABIC 专注于生产一系列可发泡的 PP 化合物，这些化合物有助于减轻重量，同时提供出色的表面美感。一个关键的改进是最大限度地减少表面条纹和缺陷，第二个是潜在地避免缩痕，即使在薄壁部件中也是如此。通常，内部零件的设计壁厚不超过 3 毫米，不是出于结构或刚度目的，而是因为较厚的壁会降低下沉的可能性。发泡会在成型零件内产生足够的内部压力，以抵消过度收缩并减少缩痕。据 SABIC 汽车团队称，优化设计和加工是充分发挥 PP 泡沫材料价值的关键，包括最大限度地减轻重量。他们的下一步是进一步增强该技术在外部应用中的美感。

Trexel 的 Bechard 表示，在使用 MuCell 发泡填充 PP 用于汽车部件（如 IP、门板和发动机罩下壳/罩盖）的丰富行业经验之后，现在在发泡未填充方面的活动有所增加 用于汽车和包装的 PP。 Trexel 的 TecoCell CFA 因通过化学发泡产生出色的表面光洁度而被公认为汽车内饰可见部件市场之一。 “我们有几个可见的 A 级汽车内饰部件，它们很快将使用 TecoCell 进行商业化，因为这种 CFA 在提供 A 级表面光洁度的能力方面非常独特。”

尽管发泡 PP 主要用于非 A 级、非结构性领域，例如电池底座和盖等引擎盖下组件，但 Glogovsky 表示 Asahi Kasei Plastics 的目标是扩展到半结构性应用。他指出，未来一个潜在的例子是地板控制台。一些现有的应用包括地图袋、顶篷和一些较低的内饰部件。”

Borealis 的消息人士指出，Daploy HMS-PP 的整个系列都是长支链材料，在熔体相中结合了高熔体强度和延展性。此外，这些材料可以与全系列标准 PP 挤出等级和其他聚烯烃基材料混合。因此，它们提供了广泛定制泡沫特性的机会，以满足汽车以及包装、建筑和施工中最终用途应用的特定需求。

Avient 的 Sibol 指出，由于对轻量化的关注，PP 泡沫在汽车领域的潜力仍然很大，而且现在美国政府将 CAFE 标准列入议程，这一点更是如此。汽车以外的交通领域也出现了良好的增长。 Avient 重点关注的大多数发泡 PP 用途是注塑成型，例如大型汽车部件和某些包装应用。尽管如此，它的CFAs既被用作注射成型的轻量化剂，又被用作直接注气挤出的成核剂，以形成更精细的泡沫结构。

Trexel 未填充 PP 的第二个目标增长领域是薄壁包装应用，因为 MuCell 增强了材料的自由流动能力并填充在相同尺寸的压力机上成型的更薄的部件。

包装的增长

Trexel 针对空缺的第二个目标增长领域 PP 是薄壁包装应用，如容器、杯子、碗、盖子和壶嘴。 Bechard 说：“通过 MuCell，我们增强了材料的自由流动能力，这使得可以在相同尺寸的设备上成型更薄的部件。我们正在与几个品牌所有者和大型包装成型商密切合作，以使用这项技术将商业产品推向市场。”他指出，在最近的中国国际橡塑展上，中国注塑机制造商伊之密（美国伊之密 HPM 的母公司）使用 MuCell 模制了一个碗，与. 坚固成型。上一届K展用黄油容器也取得了类似的效果。

SABIC 泡沫和轻质业务的消息人士看到，电子商务可回收箱和托盘、食品包装和保护性包装对泡沫 PP 的需求正在增加。 SABIC 于 2017 年底推出了其 PP-UMS（超熔体强度）材料。团队消息人士表示，“开发市场和应用需要时间。尤其是在发泡行业，这可能是相当保守的。自那时以来一直在增长，但它肯定会在 2020 年得到提振，并且在 2021 年仍在继续。”

来自 iD Additives 的 Sotos 说，他公司的一个巨大的发泡 PP 市场一直是工业包装，如 gaylords 和托盘“我们还使用我们的微孔微细发泡剂进入吹塑瓶和瓶盖和瓶盖。”

Asahi Kasei 的 Glogovsky 看到了扩展到包装市场的潜力，特别是垫料，因为其壁厚，为周期时间改进留有空间。 “对于厚截面的零件，由于散热需要冷却时间，因此成型过程非常长。通过发泡，冷却时间会更短，因为材料质量会减少。这可以节省 5% 到 35% 的周期时间。”

北欧化工消息人士指出，Daploy HMS-PP 树脂及其混合物未交联。这意味着由此产生的挤出 PP 泡沫是完全可回收的，这在塑料行业的包装和其他行业领域中是一个越来越重要的因素。

iD Additives 的 Ron Bishop (r.) 和一位成型技术人员检查了用新型 Micro Fine Cell CFA 制成的泡沫。

建筑/施工和其他应用

Sotos 将塑料木材视为 PP 泡沫的明显候选者，但他的公司还在屋顶部件和其他相关应用（例如工具箱和建筑水平仪）方面做了一些工作。

结构泡沫和预制建筑组件，如房屋、管道和地板衬垫的绝缘材料，是 SABIC 的泡沫与轻质团队追求的应用。 Asahi Kasei 的 Glogovsky 并不认为轻量化是这个市场的关键驱动因素，只是因为它会影响运输成本。 “如果应用扩展到建筑和施工市场，原因很可能是由于材料使用量和周期时间减少而降低成本。”

同时，Glogovsky 将消费者和医疗保健应用视为泡沫 PP 的可能性，具体取决于循环时间改进的可能性。 Bechard 指出，Trexel 正在与一家主要的家用产品公司合作，该公司正在探索使用该公司的 TecoCell CFA 来降低其整个产品线的成本和树脂消耗。 ID Additives 已与多家公司合作开发发泡 PP 塑料衣架等消费品。 SABIC 的 Foam &Lightweight 团队引用了鞋类等利基应用。

Asahi Kasei 的 Thermylene 短玻纤增强、化学偶联 PP 已用于发泡天窗模块，以取代未发泡的长玻纤/PP。 （照片：SPE 汽车）增强聚丙烯。

最新进展

到 2022 年初，SABIC 的汽车团队将推出新的发泡 PP 化合物产品组合，用于美观的汽车内饰应用。据说三种初始化合物可以改善此类零件的表面光洁度。

Asahi Kasei 开发了发泡材料，可提供改进的化妆品和轻量化。这些技术包括 Thermylene 短玻璃增强、化学偶联 PP，它已用于发泡天窗模块，能够替代更昂贵的未发泡长玻璃 PP，并被吹捧为提供良好的化妆品。

iD Additives 的 Sotos 表示，其 Micro Fine Cell CFA 的推出改变了该公司的游戏规则，因为它使其能够瞄准更薄壁的应用。

同样，在 NPE2018 上，Trexel 推出了专为快速循环、薄壁包装解决方案设计的 MuCell P 系列气体系统。 Bechard 表示，“从那时起，我们通过提供螺杆尖端计量，大大提高了实施 MuCell 的灵活性，我们在更短的区域内管理气体引入和混合，这使我们能够为标准螺杆配备特殊的螺杆尖端加药气体。这对于产量至关重要的包装应用尤为重要，因为这种设计不会像我们传统的螺杆设计那样限制塑化产量。”

Trexel 最近还用低成本、强大的中央气体增压器系列补充了其基于卫星的计量装置，这为将使用 MuCell 运行多台机器的成型商提供了灵活且低成本的实施选项。

据 Sibol 称，Avient 扩展的液体和固体 CFA 产品组合以及测试支持可以帮助那些希望在保持机械性能（尤其是技术部件）的同时扩大轻量化极限的客户。 “更小的细胞尺寸和操纵表面美感的能力很重要，但我们也能够操纵表面特性。我们已开发出无需电晕或其他表面处理即可油漆和/或贴花贴纸的技术。客户研究表明，我们也可以提高效率。例如，有时，根据实施固体 CFA 所需的运营和投资，在印刷机中泵入的液体 CFA 更有意义。”

SABIC 的 Foam &Lightweight 团队将其 PP-UMS 吹捧为下一代高熔体强度可发泡 PP。它的熔体强度超过 65 cN，已被证明具有良好的发泡性，尤其是在需要高膨胀比的情况下。它正在商业上应用于汽车、包装（包括作为 EPS 替代品的食品容器）和建筑/建筑。

SABIC的PP-UMS可生产可替代EPS的发泡食品容器。