聚丙烯是一種綜合性能優異的通用塑料，在汽車、包裝、家電、電子產品、家具等領域應用廣泛。然而聚丙烯本身是一種易燃材料，一旦發生火災，將嚴重危及人類生命財產安全，因此對聚丙烯進行阻燃改性尤為重要。目前，在綠色環保的背景下，無鹵、低煙、抗滴落的膨脹型阻燃劑仍是阻燃聚丙烯材料的主要添加劑。但是由于膨脹型阻燃劑和聚丙烯基體極性相反，相容性差，故而膨脹型阻燃劑在聚丙烯基體中團聚現象嚴重，大大損害了材料的阻燃性能和力學性能。因此如何有效地改善膨脹型阻燃劑在聚丙烯基體中的分散狀況一直是學術界和工業界的一大難題。此外，如何設計并且大規模制備一種超輕、超強、高阻燃性能的聚丙烯泡沫具有重要意義。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所高分子事業部鄭文革研究員團隊在前期制備高阻燃性能聚丙烯材料(RSC Adv., 2016, 6, 112184)的基礎上通過超臨界二氧化碳發泡技術協同單向牽伸法實現了超輕、超強、高阻燃性能的聚丙烯泡沫制備（如圖1），并且其產量可高達約0.56m·s-1。所制備的聚丙烯泡沫具有獨特的結構，如同甘蔗和骨頭等材料一般均表現出明顯的各向異性結構，從而可以撕成一朵“泡沫花”。此外，所制備的聚丙烯泡沫的密度僅為0.08g·cm-3，但是卻可以舉起比自己重約30000倍的砝碼，其比強度（高達1813MPa/(g·cm-3)）遠超過已知文獻報道的聚合物泡沫。不僅如此，所制備的聚丙烯泡沫在得益于分散均勻的膨脹型阻燃劑下，還表現出優異的阻燃性能，如在水平燃燒測試中可實現離焰2s內自熄滅。相關結果已經發表于國際學術期刊Composites Part A, 2019, 116, 180–186.
圖1 超輕、超強、高阻燃性能的聚丙烯泡沫及其性能展示
此外，在上述研究工作的基礎上，鄭文革研究員團隊還通過超臨界二氧化碳發泡技術進一步研究了氣泡生長過程中所產生的不同雙向拉伸作用力對阻燃劑在基體中的影響（如圖2）。研究結果表明，結合超臨界二氧化碳在聚合物熔體中的塑化、傳質作用和泡孔生長過程中的雙向拉伸作用能夠有效改善難分散填料（/膨脹型阻燃劑）在聚合物基體（/聚丙烯）中的分散狀況。同時，在此研究結果的基礎上，鄭文革團隊通過熱壓消泡技術成功制備出優異阻燃性能和力學性能的聚丙烯材料。相關結果已經發表于國際學術期刊Compos. Sci. Technol., 2019, 171, 282–290.
圖2 工藝流程及阻燃劑在基體中分散效果示意圖
上述工作得到了國家自然科學基金（51603222，51603218，51473181）、浙江省公益性技術應用研究項目（LGG19E030003）和寧波市自然科學基金（2018A610033）的大力資助。
論文鏈接：
- 中國科大龔興龍教授團隊 CEJ：用于消防員安全監測的阻燃、輕質、力/熱防護火災報警海綿 2025-04-30
- 南昆士蘭大學王浩教授/宋平安教授/霍思奇博士 PPS 綜述：可回收阻燃生物基熱固性材料 - 從分子工程到性能和應用 2025-03-08
- 浙大曹堃教授、大連理工王東琪教授 AFM：原位催化成炭膨脹型阻燃新策略 2025-02-23
- 中科院寧波材料所鄭文革研究員團隊研發制備出可高效進行油水分離的中空梯度聚丙烯泡沫 2019-04-19
