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　　此前，聚丙烯要實(shí)現(xiàn)阻燃，通常只能由下游改性廠進(jìn)行二次加工改性。由中石化(北京)化工研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱北化院)自主開(kāi)發(fā)的V-2級(jí)阻燃聚丙烯樹(shù)脂實(shí)現(xiàn)了突破：從樹(shù)脂粉體造粒階段加入高效阻燃劑，一次加工生成V-2級(jí)阻燃聚丙烯。該產(chǎn)品因此獲評(píng)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品。

　　近日，《中國(guó)化工報(bào)》記者采訪了V-2級(jí)阻燃聚丙烯樹(shù)脂項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的4位成員。

　　實(shí)現(xiàn)在線阻燃改性——填補(bǔ)石化裝置生產(chǎn)阻燃聚丙烯空白

　　聚丙烯樹(shù)脂的極限氧指數(shù)為17%至18%，一經(jīng)點(diǎn)燃迅速燃燒至完全，并產(chǎn)生大量帶焰熔滴，導(dǎo)致火焰的二次傳播，具有較高的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。因此，近年來(lái)阻燃聚丙烯市場(chǎng)持續(xù)擴(kuò)大。

　　“我國(guó)阻燃聚丙烯市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)150萬(wàn)噸/年，現(xiàn)有生成方式是下游改性廠對(duì)聚丙烯樹(shù)脂二次加工改性，原料的生產(chǎn)與阻燃劑的添加相互獨(dú)立。該方式存在阻燃劑在聚丙烯基體中分散效果不佳、阻燃效率降低、產(chǎn)品綜合性能易衰減等問(wèn)題。”北化院塑料加工研究所李杰教授告訴記者，項(xiàng)目組采用在線改性，將阻燃改性引入石化生產(chǎn)線，在樹(shù)脂粉體造粒階段加入阻燃劑，在石化廠直接生成V-2級(jí)阻燃聚丙烯產(chǎn)品，具有阻燃效率高、減少樹(shù)脂性能損失、節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)。

　　“我們通過(guò)中試和工業(yè)實(shí)驗(yàn)，在傳統(tǒng)配方基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化，克服阻燃效率低、裝備適配性差等難點(diǎn)，得到了適用于石化生產(chǎn)裝置的V-2級(jí)阻燃聚丙烯用復(fù)合阻燃助劑包，填補(bǔ)了石化裝置生產(chǎn)阻燃聚丙烯的空白。”項(xiàng)目組王宇韜博士介紹說(shuō)。

　　據(jù)了解，聚丙烯阻燃改性后，按照UL94標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣品的垂直燃燒性能，阻燃等級(jí)分為HB、V-2、V-1、V-0，阻燃效果依次遞增。通用聚丙烯樹(shù)脂達(dá)到的阻燃等級(jí)一般為HB級(jí)或更低，達(dá)到V-2級(jí)則意味著阻燃性能有了明顯提升。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與HB級(jí)材料相比，V-2級(jí)材料在火焰移開(kāi)后能在更短時(shí)間內(nèi)自行熄滅，減少了火災(zāi)蔓延的風(fēng)險(xiǎn)。這不僅提高了材料的安全性，也擴(kuò)大了聚丙烯樹(shù)脂在對(duì)阻燃性能有更高要求領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，如電子電氣、建筑材料、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。

　　優(yōu)化阻燃體系——平衡阻燃性能和力學(xué)性能

　　“加入阻燃劑后，如果分散性不好、與聚丙烯基材的相容性不好，會(huì)讓基材本身的性能發(fā)生衰減。也就是說(shuō)，加入阻燃劑提高聚丙烯阻燃性能的同時(shí)，可能會(huì)影響材料的力學(xué)性能和耐候性能。如何調(diào)和這一矛盾成為關(guān)鍵。”王宇韜表示，篩選合適的阻燃體系并確定其最佳配比，是V-2級(jí)阻燃聚丙烯樹(shù)脂研發(fā)的難點(diǎn)所在。此外，研發(fā)中還需確保阻燃劑均勻分散在聚丙烯中，讓兩者相輔相成、和諧相容，避免因團(tuán)聚而降低阻燃效果。

　　為此，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位附載和表面改性形成高效阻燃分散體系，提升阻燃劑在樹(shù)脂基體中的分散性。

　　“傳統(tǒng)二次改性過(guò)程中，如果阻燃劑在聚丙烯基材里分散得不好，做出的制品會(huì)出現(xiàn)表面瑕疵，如膜材料上的白點(diǎn)、馬桶蓋上的熔接痕。”項(xiàng)目組成員王興國(guó)博士介紹說(shuō)，“我們采用了高效的分散體系，生產(chǎn)出的阻燃聚丙烯后續(xù)再做片材、膜等材料時(shí)，產(chǎn)品的外觀性能較后改性產(chǎn)品有了提升，制品的合格率也相應(yīng)提高。”

　　“二次改性加工會(huì)帶來(lái)性能上的衰減與下降。此外，下游改性廠二次改性添加的阻燃劑較多。而我們?cè)谧枞紕┑倪x擇和配方設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)添加較少的阻燃劑，就能實(shí)現(xiàn)同樣的阻燃功能。這樣免去了二次改性的加工成本，又減少了阻燃劑添加量，阻燃聚丙烯產(chǎn)品的成本就降低了，使用起來(lái)也更加便捷。”李杰表示。

　　此外，隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，開(kāi)發(fā)無(wú)毒、低煙、無(wú)鹵的環(huán)保型阻燃劑成為必然趨勢(shì)。王興國(guó)介紹說(shuō)，他們的產(chǎn)品在具備阻燃效果的同時(shí)，還滿足環(huán)保要求，減少了對(duì)環(huán)境和人體健康的影響。

　　不同領(lǐng)域定制化——通過(guò)功能化提高聚丙烯附加值

　　利用該技術(shù)， 2023年廣州石化生產(chǎn)了牌號(hào)為PPH-M12-HR的阻燃均聚聚丙烯產(chǎn)品65噸，已嘗試應(yīng)用于衛(wèi)浴產(chǎn)品。

　　據(jù)了解，目前V-2級(jí)阻燃聚丙烯樹(shù)脂的注塑級(jí)產(chǎn)品可用于開(kāi)關(guān)、衛(wèi)浴等方面；片材擠出級(jí)產(chǎn)品可用于土工格柵，以及電子電氣的封裝膜等領(lǐng)域。“不同下游領(lǐng)域?qū)υ蠘?shù)脂的性能要求不一樣，為此，我們針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域選用不同的基礎(chǔ)樹(shù)脂，然后確定阻燃配方，再解決工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了不同領(lǐng)域的產(chǎn)品定制化。”項(xiàng)目組李書(shū)亮博士說(shuō)。

　　李杰認(rèn)為，當(dāng)前聚丙烯通用料供需失衡，開(kāi)發(fā)功能性聚烯烴樹(shù)脂成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

　　“V-2級(jí)在整個(gè)阻燃級(jí)別里不算高，我們?cè)诰C合考慮后才決定以V-2為切入點(diǎn)來(lái)做這個(gè)產(chǎn)品。未來(lái)我們將不斷優(yōu)化，從縱向維度把阻燃做深，把產(chǎn)品的阻燃效率做高。”王宇韜表示，他們還計(jì)劃在廣度上增加其他功能，比如抗菌、抗靜電、高抗沖等。