作為五大通用塑料之一，聚丙烯在交通運輸、建筑、電工器材、航空航天等領(lǐng)域有著極為廣泛的應用。然而，隨著下游應用的發(fā)展，很多場景對聚丙烯提出了阻燃的需求。長期以來，聚丙烯的阻燃改性一直是業(yè)界關(guān)注的重點。
此前，聚丙烯要實現(xiàn)阻燃，通常只能由下游改性廠進行二次加工改性。由中石化(北京)化工研究院有限公司(以下簡稱北化院)自主開發(fā)的V-2級阻燃聚丙烯樹脂實現(xiàn)了突破：從樹脂粉體造粒階段加入高效阻燃劑，一次加工生成V-2級阻燃聚丙烯。該產(chǎn)品因此獲評中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品。
中國石化致力于研發(fā)生產(chǎn)具有阻燃功能的特殊材料，織就“真金不怕火煉”的防護服、提高車輛遇到火源時的安全性、為家居用品提供阻燃保護……為各行各業(yè)筑起守護安全的堅強防線。
1、實現(xiàn)在線阻燃改性——填補石化裝置生產(chǎn)阻燃聚丙烯空白
聚丙烯樹脂的極限氧指數(shù)為17%至18%，一經(jīng)點燃迅速燃燒至完全，并產(chǎn)生大量帶焰熔滴，導致火焰的二次傳播，具有較高的火災風險，對生命財產(chǎn)造成威脅。因此，近年來阻燃聚丙烯市場持續(xù)擴大。
“我國阻燃聚丙烯市場規(guī)模已超過150萬噸/年，現(xiàn)有生成方式是下游改性廠對聚丙烯樹脂二次加工改性，原料的生產(chǎn)與阻燃劑的添加相互獨立。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題。”北化院塑料加工研究所李杰教授告訴記者，項目組采用在線改性，將阻燃改性引入石化生產(chǎn)線，在樹脂粉體造粒階段加入阻燃劑，在石化廠直接生成V-2級阻燃聚丙烯產(chǎn)品，具有阻燃效率高、減少樹脂性能損失、節(jié)約成本等優(yōu)勢。
“我們通過中試和工業(yè)實驗，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，得到了適用于石化生產(chǎn)裝置的V-2級阻燃聚丙烯用復合阻燃助劑包，填補了石化裝置生產(chǎn)阻燃聚丙烯的空白。”項目組王宇韜博士介紹說。
據(jù)了解，聚丙烯阻燃改性后，按照UL94標準測試樣品的垂直燃燒性能，阻燃等級分為HB、V-2、V-1、V-0，阻燃效果依次遞增。通用聚丙烯樹脂達到的阻燃等級一般為HB級或更低，達到V-2級則意味著阻燃性能有了明顯提升。實驗結(jié)果顯示，與HB級材料相比，V-2級材料在火焰移開后能在更短時間內(nèi)自行熄滅，減少了火災蔓延的風險。這不僅提高了材料的安全性，也擴大了聚丙烯樹脂在對阻燃性能有更高要求領(lǐng)域的應用范圍，如電子電氣、建筑材料、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。
2、阻燃PP材料在包裝領(lǐng)域的應用
PP塑料密度低、透明度好、無毒無味、易加工成型、價格低廉等特點，使其在包裝領(lǐng)域有著巨大的應用價值，但PP塑料易燃、耐高溫性能較差等缺陷限制了它在包裝領(lǐng)域的發(fā)展。因此近年來，眾多學者致力于研究具有高阻燃性能的PP包裝材料。
01
汽車電池外殼
電池是新能源汽車最為重要的部件之一，同時負責保護電池安全的電池外殼也尤為重要，要求電池包裝具有絕緣、耐沖擊、防腐蝕、阻燃性能好等特性，傳統(tǒng)的電池包裝主要為金屬材料和片狀模塑料（SMC）材料。但這兩種材料有的成型工藝復雜且密度大，對新能源汽車的輕量化造成了影響，因此低密度、耐沖擊性好的PP材料受到了人們的關(guān)注。
以PP樹脂為基體，聚磷酸銨/三嗪類復配體系為阻燃劑，乙烯-辛烯共聚物、丙烯基彈性體和三元乙丙膠為增韌劑，通過熔融共混法制備出一種具備阻燃性能的PP材料，將其作為新能源汽車電池外殼。此PP材料在保持低密度的同時也具有良好的阻燃性能和耐沖擊強度，且密封性好，防水性能強，現(xiàn)已批量投入生產(chǎn)。
02
零部件包裝
對堿式硫酸鎂晶須（MHSH）和氧化鋁（Al2O3）進行改性，將交聯(lián)劑KH-550引入兩者表面，再加入氮-磷復配阻燃劑和PP基體，通過熔融共混法制備了PP/MHSH/Al2O3/N-P復合材料，并進一步加工成膜。
其中氮-磷復配阻燃劑除了在高溫下促進PP基體形成膨脹炭層外，還能與MHSH反應生成具有良好熱穩(wěn)定性的磷酸鎂鹽，而磷酸鎂鹽的存在能夠增強膨脹炭層的強度，對其起到骨架支撐作用。
而Al2O3的加入能提高材料的導熱能力，使材料內(nèi)部熱量快速傳遞到表面，起到散熱作用，從而提高材料的耐熱性。同時MHSH和Al2O3為剛性填料，有良好的力學強度，能夠提高PP/MHSH/Al2O3/N-P復合膜的力學性能。因此PP/MHSH/Al2O3/N-P復合膜同時擁有優(yōu)異的阻燃性能和較高的力學強度，擴大了PP復合材料的適用范圍。
03
食品餐盒
以聚磷酸銨為氣源和酸源，三嗪類成炭劑為碳源，再配以協(xié)效劑，共同組成IFR，再將其與潔凈處理后的回收聚丙烯餐盒通過熔融共混法制備出具有高阻燃性能的PP復合材料，證明了PP餐盒在循環(huán)利用方面有著巨大的潛力。
文章來源： 中國化工報，聚烯烴人
原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_551098.html
來源：賢集網(wǎng)
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此前，聚丙烯要實現(xiàn)阻燃，通常只能由下游改性廠進行二次加工改性。由中石化(北京)化工研究院有限公司(以下簡稱北化院)自主開發(fā)的V-2級阻燃聚丙烯樹脂實現(xiàn)了突破：從樹脂粉體造粒階段加入高效阻燃劑，一次加工生成V-2級阻燃聚丙烯。該產(chǎn)品因此獲評中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會2023年度化工新材料創(chuàng)新產(chǎn)品。
中國石化致力于研發(fā)生產(chǎn)具有阻燃功能的特殊材料，織就“真金不怕火煉”的防護服、提高車輛遇到火源時的安全性、為家居用品提供阻燃保護……為各行各業(yè)筑起守護安全的堅強防線。
1、實現(xiàn)在線阻燃改性——填補石化裝置生產(chǎn)阻燃聚丙烯空白
聚丙烯樹脂的極限氧指數(shù)為17%至18%，一經(jīng)點燃迅速燃燒至完全，并產(chǎn)生大量帶焰熔滴，導致火焰的二次傳播，具有較高的火災風險，對生命財產(chǎn)造成威脅。因此，近年來阻燃聚丙烯市場持續(xù)擴大。
“我國阻燃聚丙烯市場規(guī)模已超過150萬噸/年，現(xiàn)有生成方式是下游改性廠對聚丙烯樹脂二次加工改性，原料的生產(chǎn)與阻燃劑的添加相互獨立。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題。”北化院塑料加工研究所李杰教授告訴記者，項目組采用在線改性，將阻燃改性引入石化生產(chǎn)線，在樹脂粉體造粒階段加入阻燃劑，在石化廠直接生成V-2級阻燃聚丙烯產(chǎn)品，具有阻燃效率高、減少樹脂性能損失、節(jié)約成本等優(yōu)勢。
“我們通過中試和工業(yè)實驗，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，得到了適用于石化生產(chǎn)裝置的V-2級阻燃聚丙烯用復合阻燃助劑包，填補了石化裝置生產(chǎn)阻燃聚丙烯的空白。”項目組王宇韜博士介紹說。
據(jù)了解，聚丙烯阻燃改性后，按照UL94標準測試樣品的垂直燃燒性能，阻燃等級分為HB、V-2、V-1、V-0，阻燃效果依次遞增。通用聚丙烯樹脂達到的阻燃等級一般為HB級或更低，達到V-2級則意味著阻燃性能有了明顯提升。實驗結(jié)果顯示，與HB級材料相比，V-2級材料在火焰移開后能在更短時間內(nèi)自行熄滅，減少了火災蔓延的風險。這不僅提高了材料的安全性，也擴大了聚丙烯樹脂在對阻燃性能有更高要求領(lǐng)域的應用范圍，如電子電氣、建筑材料、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。
2、阻燃PP材料在包裝領(lǐng)域的應用
PP塑料密度低、透明度好、無毒無味、易加工成型、價格低廉等特點，使其在包裝領(lǐng)域有著巨大的應用價值，但PP塑料易燃、耐高溫性能較差等缺陷限制了它在包裝領(lǐng)域的發(fā)展。因此近年來，眾多學者致力于研究具有高阻燃性能的PP包裝材料。
01
汽車電池外殼
電池是新能源汽車最為重要的部件之一，同時負責保護電池安全的電池外殼也尤為重要，要求電池包裝具有絕緣、耐沖擊、防腐蝕、阻燃性能好等特性，傳統(tǒng)的電池包裝主要為金屬材料和片狀模塑料（SMC）材料。但這兩種材料有的成型工藝復雜且密度大，對新能源汽車的輕量化造成了影響，因此低密度、耐沖擊性好的PP材料受到了人們的關(guān)注。
以PP樹脂為基體，聚磷酸銨/三嗪類復配體系為阻燃劑，乙烯-辛烯共聚物、丙烯基彈性體和三元乙丙膠為增韌劑，通過熔融共混法制備出一種具備阻燃性能的PP材料，將其作為新能源汽車電池外殼。此PP材料在保持低密度的同時也具有良好的阻燃性能和耐沖擊強度，且密封性好，防水性能強，現(xiàn)已批量投入生產(chǎn)。
02
零部件包裝
對堿式硫酸鎂晶須（MHSH）和氧化鋁（Al2O3）進行改性，將交聯(lián)劑KH-550引入兩者表面，再加入氮-磷復配阻燃劑和PP基體，通過熔融共混法制備了PP/MHSH/Al2O3/N-P復合材料，并進一步加工成膜。
其中氮-磷復配阻燃劑除了在高溫下促進PP基體形成膨脹炭層外，還能與MHSH反應生成具有良好熱穩(wěn)定性的磷酸鎂鹽，而磷酸鎂鹽的存在能夠增強膨脹炭層的強度，對其起到骨架支撐作用。
而Al2O3的加入能提高材料的導熱能力，使材料內(nèi)部熱量快速傳遞到表面，起到散熱作用，從而提高材料的耐熱性。同時MHSH和Al2O3為剛性填料，有良好的力學強度，能夠提高PP/MHSH/Al2O3/N-P復合膜的力學性能。因此PP/MHSH/Al2O3/N-P復合膜同時擁有優(yōu)異的阻燃性能和較高的力學強度，擴大了PP復合材料的適用范圍。
03
食品餐盒
以聚磷酸銨為氣源和酸源，三嗪類成炭劑為碳源，再配以協(xié)效劑，共同組成IFR，再將其與潔凈處理后的回收聚丙烯餐盒通過熔融共混法制備出具有高阻燃性能的PP復合材料，證明了PP餐盒在循環(huán)利用方面有著巨大的潛力。
文章來源： 中國化工報，聚烯烴人
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