Produtos plásticos em geral: o sistema de materiais básicos que sustenta a vida moderna

Plásticos gerais referem-se a um tipo de plástico com grande produção, amplas aplicações, preços baixos e moderada resistência mecânica e térmica, abrangendo principalmente cinco categorias: polietileno (PE), polipropileno (PP), policloreto de vinila (PVC), poliestireno (PS) e copolímero de acrilonitrila-butadieno-estireno (ABS). Esse tipo de material representa mais de 70% da produção global de plástico. De sacolas de compras e utensílios de mesa do dia a dia a tubulações e embalagens industriais, os produtos plásticos de uso geral tornaram-se materiais básicos indispensáveis para a produção e a vida da sociedade moderna devido à sua excelente processabilidade, diversidade e economia.

1、 Características principais e sistema de classificação de plásticos em geral

A universalidade dos plásticos universais decorre de seu desempenho equilibrado e ampla adaptabilidade. Diferentes categorias formam cenários de aplicação complementares por meio de diferenças estruturais moleculares, formando coletivamente um sistema de materiais que abrange múltiplos campos.

Características comuns: vantagens de rendimento e custo-efetividade

Os cinco principais plásticos gerais possuem as características de fontes abundantes de matéria-prima (à base de petróleo ou gás natural), processos de produção maduros (tecnologia de polimerização industrializada há mais de meio século) e diversos métodos de processamento (moldagem por injeção, moldagem por sopro, extrusão, etc.). Sua produção anual ultrapassa 10 milhões de toneladas: PE e PP juntos representam mais de 50% da produção global de plástico, PVC e PS representam cerca de 10% cada, e ABS, cerca de 5%. Em termos de preço, o preço dos plásticos gerais geralmente fica entre 8.000 e 20.000 yuans por tonelada, o que representa apenas um terço a um quinto do preço dos plásticos de engenharia, tornando-os adequados para a produção em larga escala e de baixo custo.

Em termos de desempenho, embora os plásticos comuns possam não apresentar a alta resistência e a altas temperaturas dos plásticos de engenharia, eles podem atender à maioria dos requisitos convencionais por meio de modificações: a faixa de resistência à temperatura abrange -70 ℃ a 120 ℃, a resistência à tração é de 10 a 50 MPa e o limite de desempenho pode ser expandido por meio de têmpera, reforço e outros meios. Essa característica básica de desempenho + capacidade de modificação permite que ele seja usado não apenas na fabricação de embalagens simples, mas também em componentes estruturais por meio da tecnologia de compósitos.

Diferenças individuais entre as cinco categorias principais

Diferentes plásticos universais têm propriedades únicas devido às suas diferentes estruturas moleculares:

Polietileno (PE): A cadeia molecular é composta por carbono e hidrogênio, sem grupos polares. Possui excelente resistência química, flexibilidade e baixa temperatura, com densidade de 0,91-0,97 g/cm³. É o plástico universal mais leve. De acordo com sua densidade, pode ser dividido em três categorias: baixa densidade (PEBD, macio), alta densidade (PEAD, rígido) e linear de baixa densidade (PEBDL, com excelente tenacidade).

Polipropileno (PP): A cadeia molecular contém grupos laterais metil, com alta cristalinidade (50% a 70%) e ponto de fusão de 160 a 170 °C. É o único plástico universal que suporta altas temperaturas acima de 100 °C, com densidade de 0,90 a 0,91 g/cm³. É mais leve que o PE, possui melhor rigidez, mas apresenta fragilidade mais evidente em baixas temperaturas.

Policloreto de vinila (PVC): com teor de cloro de 56%, possui retardância à chama (índice de oxigênio de 24 a 28) e resistência à corrosão química, e seu desempenho pode ser controlado por plastificantes. O PVC rígido (sem plastificantes) possui alta rigidez, enquanto o PVC macio (contendo 30% a 50% de plastificantes) apresenta boa flexibilidade, mas baixa estabilidade térmica e requer a adição de estabilizantes.

Poliestireno (PS): A cadeia molecular contém anéis de benzeno, com alta rigidez e boa transparência (transmitância GPPS de 90%), mas é quebradiça. Adicionando a fase de borracha, é possível produzir poliestireno de alto impacto (HIPS), que aumenta a resistência ao impacto em 3 a 5 vezes, mas reduz a transparência.

ABS: um copolímero ternário que combina a resistência química da acrilonitrila, a tenacidade do butadieno e a processabilidade do estireno. Possui uma resistência ao impacto de 10-40 kJ/m² e é fácil de galvanizar na superfície. É a variedade mais equilibrada de plásticos em geral em termos de desempenho e é frequentemente considerado um "quasi plástico de engenharia".

2. Principais produtos plásticos gerais e cenários de aplicação

Produtos plásticos em geral formaram um sistema de categorias completo, desde filmes e tubos até componentes estruturais por meio de técnicas de processamento diversificadas, penetrando em quase todos os setores, como embalagens, materiais de construção, automóveis e necessidades diárias.

Área de embalagens: O maior mercado de aplicação

A embalagem é a principal área de aplicação dos plásticos em geral, representando mais de 40%. Diversos tipos de plásticos substituem as embalagens tradicionais de papel e vidro, com suas propriedades de barreira, leveza e baixo custo.

Produtos de PE: O filme LDPE (espessura de 0,01-0,1 mm) é usado para sacos de alimentos e filmes plásticos, com propriedades autoadesivas e translúcidas; O filme stretch LLDPE (alongamento de 500% -800%) é usado para embalagens de paletes, com excelente resistência a rasgos; As garrafas de HDPE (capacidade de 500 ml-20 L) são usadas para embalar detergentes e cosméticos, com resistência química e rigidez.

Produtos PP: O filme BOPP (polipropileno biorientado, espessura de 10-30 μm) é usado para embalagens de biscoitos e cigarros, com alto brilho e boas propriedades de barreira; Copos moldados por injeção de PP (como copos de iogurte, xícaras de chá com leite) podem suportar altas temperaturas acima de 80 ℃ e são adequados para bebidas quentes; Sacos de tecido PP (com capacidade de carga de 5-50 kg) são usados para embalar fertilizantes e grãos, e sua resistência é de 3 a 5 vezes maior que a dos sacos de papel.

Produtos PS: A caixa formada a vácuo GPPS (espessura de 0,2-1 mm) é usada para embalar frutas e componentes eletrônicos, com boa transparência; A caixa de espuma EPS (densidade de 10-30 kg/m³) é usada para transporte em cadeia fria, com excelente desempenho de isolamento térmico, e seu custo é de apenas 60% do da espuma de poliuretano.

Produtos de PVC: O filme termoencolhível de PVC (taxa de encolhimento de 50% a 70%) é usado para rótulos de garrafas de bebidas, que aderem firmemente após o aquecimento; o filme macio de PVC é usado para embalagem a vácuo de carne, com excelente flexibilidade e vedação.

Arquitetura e Materiais de Construção: Integração de Estrutura e Função

Os plásticos universais substituem materiais tradicionais (madeira, metal, cimento) na indústria da construção com durabilidade e facilidade de instalação:

Produtos de PVC: Tubos de PVC rígido (diâmetro de 16 a 630 mm) representam 80% do mercado de tubos de drenagem de edifícios, são resistentes à corrosão ácida e alcalina e têm uma vida útil de mais de 50 anos; perfis de PVC (molduras de portas e janelas, linhas decorativas) foram modificados por meio de fórmula, com resistência às intempéries de mais de 10 anos e melhor desempenho de isolamento do que ligas de alumínio.

Produto de PE: Tubo corrugado de parede dupla de PEAD (diâmetro de 200-2000 mm) utilizado para drenagem municipal, com rigidez de anel de 8 kN/m² ou superior; tubos de PE-RT (polietileno resistente ao calor) são utilizados para aquecimento de piso e podem suportar água quente a 70 °C por um longo período. Possuem boa flexibilidade e são fáceis de dobrar e instalar.

Produtos PP: tubos PP-R (polipropileno copolímero aleatório) são usados para tubos de água quente e fria, com soldagem conveniente e desempenho higiênico que atende aos padrões alimentares; placa oca PP (espessura de 2 a 10 mm) é usada para fôrmas de construção, pesando apenas 1/5 da fôrma de aço e pode ser reutilizada mais de 50 vezes.

Setor automotivo e de transporte: Força principal leve

O plástico em geral é o material principal para a redução de peso dos automóveis, com um uso de 100-150 kg por veículo, representando 70% do uso total de plástico no veículo.

Produtos de PP: representam 40% do uso geral de plástico em automóveis, incluindo para-choques (reforçados com 20% a 30% de talco), painéis de instrumentos (mistura de PP/EPDP) e painéis de portas, reduzindo o peso em 30% a 50% em comparação ao metal.

Produtos de PE: O PEAD é usado em tanques de óleo (melhor resistência ao óleo) e dutos de ar; o PEBD é usado em revestimento de chicotes elétricos, com bom isolamento e flexibilidade.

Produtos ABS: usados para peças de decoração de interiores de automóveis (como volante, console central), a superfície pode ser pintada ou galvanizada, com beleza e resistência a impactos; HIPS é usado para revestimento de painéis de portas internas, com baixo custo e fácil moldagem de formas complexas.

Produtos de PVC: utilizados em faixas de vedação automotivas (PVC macio) e tapetes (PVC espumoso), com resistência às intempéries e ao desgaste que atendem aos requisitos de ambientes de uso automotivo.

No campo dos bens de primeira necessidade e eletrodomésticos: produtos diversificados e próximos da vida

Os plásticos universais, com suas cores ricas e características de fácil processamento, tornaram-se as principais matérias-primas para necessidades diárias e eletrodomésticos

Produtos PP: representando 30% do mercado de necessidades diárias, incluindo caixas para conservação de alimentos frescos (resistentes a micro-ondas), cabos de escova de dentes, cabides, resistentes a altas temperaturas e que não proliferam bactérias; componentes de eletrodomésticos, como câmara de ar de máquina de lavar (PP reforçado) e revestimento externo de ar condicionado (PP retardante de chamas).

Produtos de PE: mangueiras de LDPE (como tubos de pasta de dente e mangueiras de cosméticos) podem ser extrudadas para extrair o conteúdo; tambores de HDPE (5-50 L) são usados para armazenamento de água e produtos químicos, são resistentes a impactos e não quebram facilmente.

Produtos PS: GPPS fabrica artigos de papelaria transparentes (réguas, pastas), abajures; HIPS é usado para brinquedos como blocos de construção e bonecas, com boa tenacidade e fácil coloração, atendendo aos padrões de segurança para produtos infantis.

Produtos ABS: carcaças de eletrodomésticos (como televisores e impressoras) representam 25% do uso de ABS, fornecendo rigidez e resistência a choques; pequenos componentes de eletrodomésticos, como suportes de lâminas de espremedor, são moldados com precisão por meio de moldagem por injeção.

3、 Processo de produção: processamento completo da cadeia, da resina ao produto

A diversificação de produtos plásticos em geral decorre de um sistema de processamento maduro, desde a produção básica de resina até a moldagem do produto, formando um processo industrial padronizado e em larga escala.

Polimerização de resina: processo maduro industrializado

Os processos de polimerização dos cinco plásticos gerais foram altamente automatizados, e diferentes variedades adotam rotas técnicas diferenciadas:

PE: O LDPE adota o método tubular de alta pressão (100-300 MPa, 200-300 ℃), com alto grau de ramificação da cadeia molecular; o HDPE e o LLDPE são produzidos pelo método de baixa pressão (0,1-5 MPa) por meio de polimerização em pasta e polimerização em fase gasosa, respectivamente, com boa regularidade da cadeia molecular.

PP: O processo predominante é a polimerização em massa em fase gasosa (como o processo Spheripol), que utiliza propileno como monômero e polimeriza sob a ação do catalisador Ziegler Natta. Produtos com diferentes índices de fusão são produzidos pela regulação da distribuição do peso molecular.

PVC: A polimerização em suspensão é utilizada em mais de 80%, e o monômero de cloreto de vinila é disperso em gotículas na água, desencadeando a polimerização para formar um pó de resina com tamanho de partícula de 0,1 a 2 mm. Posteriormente, as propriedades macias e duras são ajustadas com a adição de aditivos.

PS: O GPPS adota a polimerização em massa, enquanto o HIPS introduz a fase de borracha (polibutadieno) por meio da copolimerização por enxerto, formando uma estrutura de ilha "sea para aumentar a resistência ao impacto.

ABS: O processo principal é o método de mistura em massa com enxerto de loção. Primeiro, a loção de borracha de butadieno é preparada, depois enxertada com estireno e acrilonitrila e, por fim, fundida com resina SAN (copolímero de estireno e acrilonitrila).

Processamento de produtos: tecnologias de conformação diversificadas

A moldagem de produtos plásticos em geral depende de quatro processos principais, que podem ser selecionados de acordo com o formato do produto:

Moldagem por extrusão: adequada para tubos (tubos de PVC, tubos de PE), chapas (placas de PS, placas de PP) e filmes (filmes de PE, filmes de BOPP). O plástico fundido é extrudado através de moldes usando parafusos para produzir continuamente produtos lineares a uma velocidade de 10 a 100 m/min.

Moldagem por injeção: usada para produtos 3D (como copos de PP, conchas de ABS), injetando plástico derretido em um molde fechado, resfriando-o e moldando-o antes da desmoldagem, com um ciclo curto (10-60 segundos/molde), adequado para produção em massa e precisão dimensional de até ± 0,1 mm.

Moldagem por sopro: dividida em moldagem por sopro oca (como garrafas de PEAD) e moldagem por sopro de filme (como sacos de PEBD), o plástico fundido é expandido e moldado por pressão de ar, adequado para a produção de produtos ocos. A velocidade de produção de garrafas pode atingir de 1.000 a 6.000 peças/hora.

Espumante: Utilizado para espumas de PS e PE. Ao adicionar um agente espumante (como pentano), a estrutura de células fechadas é formada dentro do plástico para reduzir a densidade (para 0,01-0,1 g/cm³) e melhorar o isolamento térmico e o desempenho de amortecimento.

Durante o processamento, os parâmetros precisam ser ajustados de acordo com as características do plástico: a temperatura de processamento do PE e PP deve ser de 150 a 250 °C, a do PVC deve ser controlada a 160 a 200 °C (para evitar a decomposição) e a do PS e ABS deve ser de 200 a 250 °C. A adição de masterbatch de cor, antioxidantes, lubrificantes e outros aditivos permite que o produto alcance funções como coloração, resistência ao envelhecimento e fácil desmoldagem.

4、 Desafios ambientais e caminhos de desenvolvimento sustentável

Produtos plásticos em geral enfrentam há muito tempo controvérsias sobre poluição branca devido ao seu amplo uso e à dificuldade de degradação. Nos últimos anos, por meio da reciclagem, inovação de materiais e orientação política, um sistema de desenvolvimento sustentável foi gradualmente estabelecido.

Questões ambientais: poluição e pressão de governança

Os desafios ambientais dos plásticos universais refletem-se principalmente em três aspetos:

Poluição de produtos descartáveis: produtos descartáveis como sacolas plásticas de PE e lancheiras de isopor têm vida útil curta (apenas algumas horas), mas a degradação natural leva centenas de anos. O descarte aleatório leva à poluição do solo e do mar. Todos os anos, cerca de 8 milhões de toneladas de plástico são despejadas no mar.

O sistema de reciclagem não é perfeito: a reciclagem geral de plástico depende principalmente da reciclagem física, mas devido a dificuldades na classificação (como a semelhança na aparência entre PE e PP), altas impurezas e grandes flutuações na qualidade dos materiais reciclados, a taxa global de reciclagem é de apenas 15% a 20%, muito menor que a de metais e vidro.

Riscos específicos do material: O PVC contém cloro e, se a temperatura for insuficiente durante a incineração, dioxinas serão liberadas; A espuma de PS tradicional tem grande volume e alto custo de transporte e recuperação; Alguns plastificantes, como ftalatos no PVC, apresentam risco de desregulação endócrina.

Reciclagem: Atualização Tecnológica da Física para a Química

A tecnologia geral de reciclagem de plástico continua a avançar, formando um sistema de reciclagem multinível:

Reciclagem física: o método de reciclagem mais avançado, onde os resíduos são separados, limpos, triturados, derretidos e granulados, e o PE reciclado pode ser usado para fazer sacos de lixo e tubulações; o PP reciclado é usado para interiores de automóveis e bancos de plástico; o PS regenerado é usado para molduras de fotos e faixas decorativas. Por meio de tecnologias inteligentes de triagem, como seleção de cores e separação magnética, a eficiência da triagem foi aprimorada para mais de 90%.

Reciclagem química: Para resíduos altamente poluídos ou mistos, os plásticos são decompostos em monômeros ou combustíveis por meio de pirólise (300-800 ℃), como PE e PP, que podem ser decompostos em componentes de gasolina e diesel; o PS pode ser despolimerizado em monômero de estireno com pureza de mais de 99% e reutilizado para polimerização para atingir circulação em circuito fechado.

Recuperação de energia: Os resíduos que não podem ser recuperados são incinerados para gerar eletricidade, com um poder calorífico de aproximadamente 40 MJ por quilo de plástico (equivalente a 1,5 vezes o do carvão), mas requerem instalações de tratamento de gases de escape para controlar as emissões de dioxinas.

Inovação de Materiais: Direção Alternativa e Verde

A inovação verde dos plásticos em geral concentra-se em três direções:

Alternativas degradáveis: introdução de componentes degradáveis por meio de mistura ou copolimerização, como PE e PBAT (polibutileno adipato tereftalato) misturados para fazer sacolas plásticas compostáveis, que se degradam no ambiente natural por 6 a 12 meses; o PS é substituído por espuma à base de amido para amortecimento de embalagens.

Plásticos universais de base biológica: Utilizando matérias-primas de biomassa para produzir plásticos, como PE de base biológica (utilizando etanol de cana-de-açúcar como matéria-prima) e PP de base biológica (utilizando óleo vegetal como matéria-prima), o desempenho é consistente com os produtos tradicionais e a pegada de carbono é reduzida em mais de 50%. Coca-Cola, Nestlé e outras empresas já os aplicam em larga escala.

Redução de alto desempenho: reduz o consumo de material por meio da otimização estrutural, como a redução de peso da garrafa PET (de 30 g para 9 g); o PP melhora a resistência por meio de nanocompósitos, reduzindo a espessura da parede do produto em 20%, mantendo o mesmo desempenho.

5. Tendências futuras: iteração tecnológica e atualização industrial

Produtos plásticos em geral estão se desenvolvendo na direção de alto desempenho, baixo consumo e reciclabilidade, e a inovação tecnológica e as políticas impulsionadas remodelarão o cenário industrial.

Atualização de desempenho: de universal para dedicado

Por meio de modificações precisas, os plásticos universais penetram gradualmente no segmento médio e alto:

Funcionalização: Desenvolver filme de PE antibacteriano (com íons de prata adicionados) para preservação de alimentos, estendendo a vida útil em 3 a 5 dias; PP retardante de chamas é usado para embalagens eletrônicas, atingindo o nível UL94 V0; PS resistente às intempéries estende sua vida útil ao ar livre de 1 ano para 5 anos adicionando absorvedores de UV.

Liga: A mistura ABS/PC (liga ABS/PC) aumenta a resistência ao calor e é usada em invólucros de baterias de veículos de nova energia; a mistura PP/PA (liga PP/PA) melhora a resistência ao óleo e é usada em componentes do motor.

Economia Circular: Gestão do Ciclo de Vida Inteiro

Com a promoção de políticas, a cadeia geral da indústria plástica está se transformando em um modelo de ciclo fechado:

Responsabilidade Estendida do Produtor (EPR): As empresas são obrigadas a assumir a responsabilidade pela reciclagem de produtos, como a exigência da UE de uma taxa de reciclagem de garrafas plásticas de 90% até 2030, a política de dupla emissão de carbono da China que incentiva o uso de materiais reciclados, e o uso de plásticos reciclados pelas montadoras deve atingir 30% ou mais.

Escala de reciclagem química: Instalações de reciclagem química de milhões de toneladas foram construídas no mundo todo, como o processo de reciclagem química de PE/PP da Shell, que pode converter resíduos mistos em matérias-primas de qualidade primária a um custo que se aproxima gradualmente dos processos tradicionais.

Produção Inteligente: Eficiência e Melhoria da Qualidade

A tecnologia de fabricação inteligente capacita a produção universal de plástico:

Otimização de IA: ao otimizar os parâmetros de injeção por meio de aprendizado de máquina, a taxa de refugo é reduzida em 50%; monitoramento em tempo real da espessura da pré-forma durante o processo de moldagem por sopro, ajuste automático da pressão do ar e melhoria da uniformidade da espessura da parede em até ± 5%.

Gêmeo digital: crie modelos virtuais de produção para simular o desempenho do produto sob diferentes matérias-primas e processos e encurte o ciclo de desenvolvimento de novos produtos (de 3 meses para 1 mês).

Como pedra angular da indústria moderna, o desenvolvimento de produtos plásticos universais reflete o progresso coordenado da ciência dos materiais e da demanda social. De embalagens simples a componentes automotivos complexos, de produtos descartáveis a materiais recicláveis, a General Plastics está superando gargalos ambientais por meio da inovação tecnológica e continua a desempenhar um papel insubstituível no desenvolvimento sustentável. No futuro, com a maturidade dos materiais de base biológica, da reciclagem química e da manufatura inteligente, os plásticos universais alcançarão uma dupla atualização: alto desempenho e verde, contribuindo para um estilo de vida moderno mais ecológico e eficiente.