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。

  聚丙烯树脂的极限氧指数为17%至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和记者说，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、节省本金等优势。

  “我们通过中试和工业实验，在传统配方基础上一直在优化，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HB、V-2、V-1、V-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。实验结果为，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加高的要求领域的应用场景范围，如电子电气、建筑材料、汽车工业等领域。

  “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来优化，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，用起来也更方便快捷。”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。

  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，我们针对不一样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，实现了不相同的领域的产品定制化。”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高质量发展的重要方向。

  “V-2级在整个阻燃级别里不算高，我们在考虑后才决定以V-2为切入点来做这样的产品。未来我们将一直在优化，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另外功能，比如抗菌、抗静电、高抗冲等。

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