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V-2级阻燃聚丙烯树脂:让阻燃聚丙烯“一键直出”

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-05-24  浏览次数:177
核心提示:作为五大通用塑料之一,聚丙烯在交通运输、建筑、电工器材、航空航天等领域有着极为广泛的应用。然而,随着下游应用的发展,很多

作为五大通用塑料之一,聚丙烯在交通运输、建筑、电工器材、航空航天等领域有着极为广泛的应用。然而,随着下游应用的发展,很多场景对聚丙烯提出了阻燃的需求。长期以来,聚丙烯的阻燃改性一直是业界关注的重点。

此前,聚丙烯要实现阻燃,通常只能由下游改性厂进行二次加工改性。由中石化(北京)化工研究院有限公司(以下简称北化院)自主开发的V-2级阻燃聚丙烯树脂实现了突破:从树脂粉体造粒阶段加入高效阻燃剂,一次加工生成V-2级阻燃聚丙烯。该产品因此获评中国石油和化学工业联合会2023年度化工新材料创新产品。

近日,《中国化工报》记者采访了V-2级阻燃聚丙烯树脂项目团队的4位成员。

实现在线阻燃改性——填补石化装置生产阻燃聚丙烯空白

聚丙烯树脂的极限氧指数为17%18%,一经点燃迅速燃烧至完全,并产生大量带焰熔滴,导致火焰的二次传播,具有较高的火灾风险,对生命财产造成威胁。因此,近年来阻燃聚丙烯市场持续扩大。

我国阻燃聚丙烯市场规模已超过150万吨/年,现有生成方式是下游改性厂对聚丙烯树脂二次加工改性,原料的生产与阻燃剂的添加相互独立。该方式存在阻燃剂在聚丙烯基体中分散效果不佳、阻燃效率降低、产品综合性能易衰减等问题。北化院塑料加工研究所李杰教授告诉记者,项目组采用在线改性,将阻燃改性引入石化生产线,在树脂粉体造粒阶段加入阻燃剂,在石化厂直接生成V-2级阻燃聚丙烯产品,具有阻燃效率高、减少树脂性能损失、节约成本等优势。

我们通过中试和工业实验,在传统配方基础上不断优化,克服阻燃效率低、装备适配性差等难点,得到了适用于石化生产装置的V-2级阻燃聚丙烯用复合阻燃助剂包,填补了石化装置生产阻燃聚丙烯的空白。项目组王宇韬博士介绍说。

据了解,聚丙烯阻燃改性后,按照UL94标准测试样品的垂直燃烧性能,阻燃等级分为HBV-2V-1V-0,阻燃效果依次递增。通用聚丙烯树脂达到的阻燃等级一般为HB级或更低,达到V-2级则意味着阻燃性能有了明显提升。实验结果显示,与HB级材料相比,V-2级材料在火焰移开后能在更短时间内自行熄灭,减少了火灾蔓延的风险。这不仅提高了材料的安全性,也扩大了聚丙烯树脂在对阻燃性能有更高要求领域的应用范围,如电子电气、建筑材料、汽车工业等领域。

优化阻燃体系——平衡阻燃性能和力学性能

加入阻燃剂后,如果分散性不好、与聚丙烯基材的相容性不好,会让基材本身的性能发生衰减。也就是说,加入阻燃剂提高聚丙烯阻燃性能的同时,可能会影响材料的力学性能和耐候性能。如何调和这一矛盾成为关键。王宇韬表示,筛选合适的阻燃体系并确定其最佳配比,是V-2级阻燃聚丙烯树脂研发的难点所在。此外,研发中还需确保阻燃剂均匀分散在聚丙烯中,让两者相辅相成、和谐相容,避免因团聚而降低阻燃效果。

为此,项目团队通过原位附载和表面改性形成高效阻燃分散体系,提升阻燃剂在树脂基体中的分散性。

传统二次改性过程中,如果阻燃剂在聚丙烯基材里分散得不好,做出的制品会出现表面瑕疵,如膜材料上的白点、马桶盖上的熔接痕。项目组成员王兴国博士介绍说,我们采用了高效的分散体系,生产出的阻燃聚丙烯后续再做片材、膜等材料时,产品的外观性能较后改性产品有了提升,制品的合格率也相应提高。

二次改性加工会带来性能上的衰减与下降。此外,下游改性厂二次改性添加的阻燃剂较多。而我们在阻燃剂的选择和配方设计上进行优化,通过添加较少的阻燃剂,就能实现同样的阻燃功能。这样免去了二次改性的加工成本,又减少了阻燃剂添加量,阻燃聚丙烯产品的成本就降低了,使用起来也更加便捷。李杰表示。

此外,随着环保法规日益严格,开发无毒、低烟、无卤的环保型阻燃剂成为必然趋势。王兴国介绍说,他们的产品在具备阻燃效果的同时,还满足环保要求,减少了对环境和人体健康的影响。

不同领域定制化——通过功能化提高聚丙烯附加值

利用该技术, 2023年广州石化生产了牌号为PPH-M12-HR的阻燃均聚聚丙烯产品65吨,已尝试应用于卫浴产品。

据了解,目前V-2级阻燃聚丙烯树脂的注塑级产品可用于开关、卫浴等方面;片材挤出级产品可用于土工格栅,以及电子电气的封装膜等领域。不同下游领域对原料树脂的性能要求不一样,为此,我们针对不同的应用领域选用不同的基础树脂,然后确定阻燃配方,再解决工业化连续生产的问题,实现了不同领域的产品定制化。项目组李书亮博士说。

李杰认为,当前聚丙烯通用料供需失衡,开发功能性聚烯烃树脂成为产业发展的重要方向。

“V-2级在整个阻燃级别里不算高,我们在综合考虑后才决定以V-2为切入点来做这个产品。未来我们将不断优化,从纵向维度把阻燃做深,把产品的阻燃效率做高。王宇韬表示,他们还计划在广度上增加其他功能,比如抗菌、抗静电、高抗冲等。

 
 
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