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氢氧化镁阻燃剂:技术打破垄断 产业道阻且长

时间:2017-11-13 07:17 点击: 次来源:网络整理

工人在盐湖中作业

调试车间

氧化镁阻燃剂

驶入盐湖区域

氢氧化镁是一种新型填充型阻燃剂,通过受热分解时释放出结合水,吸收大量的潜热,来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度,具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。

长期以来,氢氧化镁阻燃剂在我国是高端产品,基本上属于空白。我国每年进口约3万吨,多为在中国的外资企业使用,主要用于高端材料,如通讯设备、高铁的绝缘材料、核电站的电线电缆等领域。

但如今,这样的情况正在被打破。在中科院青海盐湖所李丽娟团队的努力下,中国的科研人员成功研发出国产氢氧化镁阻燃剂。尽管几经波折,目前,具有自主知识产权的氢氧化镁阻燃剂的产业化之路正在逐步铺开。

不可或缺的材料

氢氧化镁受热分解生成的氧化镁是良好的耐火材料,也能帮助提高合成材料的抗火性能,同时它分解时放出的水蒸气也有抑烟效果。因此,氢氧化镁是公认的橡塑行业中具有阻燃、抑烟、填充三重功能的优秀阻燃剂。目前,在通讯电缆领域,国外如美国、日本、欧盟无机阻燃剂用量超过64%,中国才占到8%。

“氢氧化镁作为无机阻燃剂,不仅能够阻燃而且能够抑烟。在火灾中,超过八成的遇难者不是被烧死的,而是因浓烟窒息而死。一旦加了氢氧化镁阻燃剂,将大大降低燃烧时的烟密度,降低人们被呛死的风险。”中科院青海盐湖所研究员李丽娟向《中国科学报》记者介绍,添加氢氧化镁的高分子材料具备绝热的功能,一旦燃烧它会形成一层氧化镁薄膜,该薄膜耐高温,可以阻止进一步燃烧,把空气和其他易燃物隔绝,提高人们在遇到火灾时的生存几率。

“国外的高端别墅,其墙体材料都要添加氢氧化镁,隔热效果非常好。很多机场、大型超市的屋顶也都使用氢氧化镁阻燃材料,冬天保暖夏天隔热。国外的用量很大,但目前这种材料在国内用得并不多。”李丽娟说。

据介绍,目前用于提取氢氧化镁的原料以水镁石矿为主。我国大量的水镁石矿主要在东北的丹东地区,而原矿中的氢氧化镁纯度只有95%,只能用作低端的阻燃剂,比如用于地铁座椅、车厢的材料中。“在高端的绝缘材料中,氢氧化镁的纯度要达到99%以上,才能满足要求。以光纤为例,光纤芯与包层的直径均为微米极,与人的头发丝相当,又对拉伸强度、加工性能有较高的要求,因此,必须要实现对氢氧化镁阻燃剂的形貌、粒径等参数的严格控制。”李丽娟说。

什么样的产品才符合高端氢氧化镁阻燃剂产品的要求呢?简单来说,只有实现了对形貌、粒径、粒径、纯度、白度这五个方面参数的精确控制,才能做出和进口产品媲美的高端产品。

目前,高端氢氧化镁阻燃剂市场仍主要被来自美国、日本、以色列的5家厂商所垄断,每吨产品的价值,从2.4万元到3.7万元不等。然而,经过多年的努力,中科院青海盐湖所的科研人员已经成功掌握了制备氢氧化镁阻燃剂产品的核心工艺,正逐步打破高端氢氧化镁阻燃剂被外国厂商所垄断的局面。

偶然中的灵感

与氢氧化镁阻燃剂的结缘,在李丽娟看来,“基本是一个巧合”。

在一次偶然的商业会谈中,青海昆仑镁盐公司的负责人说,他们原来生产的是普通氢氧化镁,而对高端的氢氧化镁阻燃剂的研发始终进展不大,他对李丽娟随口一问:“你们青海盐湖所是否能研发这样的产品?”

回忆起当时的情景,李丽娟说:“要提高氢氧化镁的纯度,进行合成当然没问题,但能不能研发出合格的阻燃剂在当时还是未知数。不过,我们一直在从事锂的相关工作,镁和锂的化学性质非常接近,对研发出合格的高端氢氧化镁阻燃剂,我们团队还是有信心的。”

经过双方反复交流,2006年6月,中科院青海盐湖所与昆仑镁盐有限责任公司签署了合作协议,该公司提供了20万元的经费,用于高端氢氧化镁阻燃剂制备工艺的研究。

尽管这不是一个“大项目”,但李丽娟十分上心。她开始查阅大量外文文献,发现可以通过添加添加剂来控制氢氧化镁产品形貌。当时她灵光一现——能不能把氢氧化铝加进去,来控制氢氧化镁产品的形貌?

功夫不负有心人。实验结果显示非常成功。2006年,经过一系列研发工作,他们将样品寄到美国相关的公司进行检验。

“美国方面出具报告显示,产品的纯度等参数都达标,但是白度不达标,那时候我们还没有白度的概念。除此之外,产品的粒径也太大。”李丽娟说,“当时恰逢中科院理化所的研究人员来盐湖所交流,我知道理化所在感光材料领域很有优势,在合成纳米材料方面技术实力很强,于是,我们团队和理化所进行了沟通。”经过几次相互探讨,李丽娟团队使用了中科院理化所研发的纳米智能反应器,最终成功研发出白度和产品粒径都达到国际标准的氢氧化镁阻燃剂产品。

“这个时候,我们的产品基本定型,但是在黑点控制等方面还有一些小瑕疵,但这都可以通过后续的质量控制来克服。”李丽娟介绍道。随后,李丽娟团队向青海省科技厅申请了“年产两千吨高端氢氧化镁阻燃剂的关键技术研发”项目,继续进行技术攻关。后来,该项目又得到中科院“科技支青工程”的资助。

此后,李丽娟团队找到昆仑镁盐进行合作,在车间进行小规模生产。2007年7月,第一批产品成功走出车间,走向市场。在寄送给国外厂商进行试销的过程中,高端氢氧化镁阻燃剂产品在市场上大受好评。而青海昆仑镁盐有限责任公司也因为氢氧化镁阻燃剂产品,扭亏为盈,年利润超过千万。

曲折的产业化之路

中国人终于成功研发了氢氧化镁阻燃剂,这无疑是一个令人兴奋的消息。

“本着严谨的态度,当时我们给国外很多检测机构寄送了样品,检测报告都是合格的。”李丽娟说。

2008年,他们去在上海举办的阻燃剂会议做展销工作,一家国外公司看中了他们的技术,前来青海谈技术转让。

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