【正文】 材料由于在阻燃抑煙性能上有大幅度的提升，可以廣泛應(yīng)用于電力、電子信息、化工、合成材料、建材、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，具有很高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度。同時(shí)，對促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整也具有積極意義。6）開發(fā)的系列高抑煙阻燃復(fù)合材料主要以PE、PP、PVC、EVA、PA、PC、ABS、PET、PU等為基材，可以提高這些產(chǎn)品的附加值。制備成電線電纜護(hù)套料、填充料、絕緣料、家電的抑煙阻燃料、新型防火材料以及農(nóng)膜、節(jié)水灌溉器材等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施材料后將體現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。7）開發(fā)的系列高抑煙阻燃復(fù)合材料生產(chǎn)成本較低、科技含量高、市場應(yīng)用前景廣闊，符合國家倡導(dǎo)的環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。在本項(xiàng)目前期工作中，通過對系列產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，在突破系列關(guān)鍵制備技術(shù)以后實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)，構(gòu)筑了較為完整的知識產(chǎn)權(quán)體系，系列產(chǎn)品2004年納入了國家發(fā)改委產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃。由于系列產(chǎn)品及其制備技術(shù)的先進(jìn)性和新穎性，已經(jīng)作為了應(yīng)對歐盟技術(shù)及貿(mào)易壁壘的有效措施之一。目前正在申請國家“十一五”攻關(guān)計(jì)劃的支持，使系列鎂基高抑煙阻燃材料在象海爾集團(tuán)公司這樣的大型出口、外向型企業(yè)獲得全面應(yīng)用，從而對社會進(jìn)步起到積極的推動作用。4．產(chǎn)品的主要用途、性能和社會經(jīng)濟(jì)效益（1）產(chǎn)品的主要用途以PE、PP、PVC、EVA、PA、PC、ABS、PET、PU等為基材，以開發(fā)的系列鎂基高抑煙阻燃劑作為功能助劑制備的高抑煙阻燃復(fù)合材料產(chǎn)品可用于建筑、交通、航空、電器、家具、日用品等國民經(jīng)濟(jì)多個領(lǐng)域。產(chǎn)品作為電線電纜的護(hù)套料、填充料、絕緣料，家電的工程塑料，新型建筑防火材料，電纜、管道的熱縮管料，汽車專用料及其它專用復(fù)合料，均有抑煙、阻燃效果。（2）產(chǎn)品的性能特點(diǎn)在前期研究中開發(fā)的系列鎂基無機(jī)阻燃劑產(chǎn)品具有超細(xì)化的特點(diǎn)，阻燃劑產(chǎn)品的平均粒徑比美國MORTON公司生產(chǎn)的VERSAMAG UF氫氧化鎂（70%粒徑小于20μm）、美國LONJA公司的MAGNIFIN系列氫氧化鎂（粒徑710μm）、美國AMERBROM銷售的氫氧化鎂（）、美國MICRAL855第二代超細(xì)阻燃劑（粒徑為2μm）均小，制備成復(fù)合材料具有阻燃性能好、填充率高、抗沖擊性能好等特點(diǎn)。由于系列鎂基阻燃劑產(chǎn)品純度大于98%，無有害雜質(zhì)，對于保證復(fù)合材料產(chǎn)品的阻燃性能、提高絕緣性能、降低對塑料制品機(jī)械性能的影響有著重要的意義。無機(jī)阻燃劑具有親水性，與親油性的高分子材料基體之間不相容，從而限制了無機(jī)阻燃劑的填充量、降低了其分散性。因此無機(jī)阻燃劑在添加之前，必須先將一些反應(yīng)性兩親化合物接枝到其表面上進(jìn)行改性，以利于其在材料中的高度分散，從而顯著改善制品的性能。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中直接進(jìn)行在線表面改性，其改性效果明顯優(yōu)于粉體的改性方式，產(chǎn)品晶體顆粒的表面有機(jī)化程度將大幅度提高，從而促進(jìn)了其阻燃抑煙性能的發(fā)揮。（3）社會經(jīng)濟(jì)效益近年來，合成材料工業(yè)迅速發(fā)展，高分子材料在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等各領(lǐng)域的應(yīng)用已十分普及。然而，隨著合成材料在建筑、家電行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，由合成材料所引起的火災(zāi)以及所釋放的煙氣和毒氣引發(fā)的威脅人的生命的災(zāi)害頻頻發(fā)生，成為一個嚴(yán)重的社會問題，迫使人們對各種合成材料提出了嚴(yán)格的阻燃抑煙要求。伴隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，國際社會對環(huán)境及健康的要求水準(zhǔn)也不斷提升，以應(yīng)對經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對生態(tài)環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響。歐盟2003年頒布了《關(guān)于報(bào)廢電氣電子設(shè)備指令》（簡稱WEEE）和《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》（簡稱ROHS）將分別于2005年8月和2006年7月施行。這兩項(xiàng)指令涉及的產(chǎn)品包括大型及小型家用電器類、IT和通信設(shè)備、照明設(shè)備類、電氣電子工具類、醫(yī)療設(shè)備類等10大類產(chǎn)品。根據(jù)中國機(jī)電出口商會估算，歐盟兩項(xiàng)指令付諸實(shí)施后，中國受到直接影響的電器產(chǎn)品出口額將達(dá)317億美元，占到中國出口歐盟機(jī)電產(chǎn)品總值的71%。在歐盟《關(guān)于在電氣電子設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)指令》中明確規(guī)定2006 年 7月1日起全面禁止PBB (Polybrominated Biphenyls多溴聯(lián)苯) 及PBDE (Polybrominated Diphenyl Ethers多溴二苯醚) 等溴系阻燃劑的使用。上述多溴阻燃劑正是目前我國出口家用電器、IT和通信設(shè)備等產(chǎn)品上的塑料配件和印刷電路板等采用的阻燃劑。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，許多高層建筑、隧道、地鐵、核電及大型船舶等大量建造，它們都要求使用無鹵阻燃電纜和阻燃建筑材料。我國電線電纜行業(yè)產(chǎn)值約為1000億人民幣，約占國民生產(chǎn)總值的1%。電線電纜產(chǎn)品的兼容性、安全性和環(huán)保性越來越得到重視，電纜的低煙、無鹵、防火、阻燃技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌是我國電線電纜產(chǎn)品生產(chǎn)中面臨的一個重要課題。綠色奧運(yùn)建設(shè)也需要在無鹵抑煙阻燃材料應(yīng)用上有所突破，由此可見，無鹵抑煙阻燃復(fù)合材料市場需求潛力很大。本項(xiàng)目實(shí)施對北京市技術(shù)創(chuàng)新和構(gòu)筑創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)，加快新產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，促進(jìn)新型產(chǎn)業(yè)鏈的形成并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)良性可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)對突破國外技術(shù)和貿(mào)易壁壘，解決溴系阻燃劑的替代，促進(jìn)我國機(jī)電產(chǎn)品的環(huán)保性及其在國際市場上的競爭性，擴(kuò)大家電和電子等相關(guān)行業(yè)產(chǎn)品的出口，并反筑技術(shù)壁壘具有重要意義。另外，對于促進(jìn)我國塑料加工、機(jī)電產(chǎn)品制造、建材、包裝等行業(yè)的綠色產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)建，有效促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，都將起到積極的促進(jìn)作用，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。5．申請單位實(shí)施該項(xiàng)目的優(yōu)勢本項(xiàng)目承擔(dān)單位為北京思踐通科技發(fā)展有限公司，作為前期獲獎項(xiàng)目的研究單位之一，在系列鎂基高抑煙阻燃材料的研究和開發(fā)方面具有強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢、市場競爭優(yōu)勢、合作優(yōu)勢、技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢和服務(wù)優(yōu)勢。北京思踐通科技發(fā)展有限公司是在北京海淀區(qū)國家高新技術(shù)園區(qū)注冊的高新技術(shù)企業(yè)，主要從事各類化學(xué)助劑、添加劑和專用化工設(shè)備的研究開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)營。公司成立時(shí)間是2003年12月15日，企業(yè)類型為有限責(zé)任公司，具有自營進(jìn)出口權(quán)，注冊資本220萬元，現(xiàn)有資產(chǎn)總額1077萬元，企業(yè)經(jīng)營狀況、財(cái)務(wù)狀況、納稅情況良好。，占總收入72％和65％，研究開發(fā)投入分別為57萬元和71萬元，占銷售額的43％和52％，納稅總額分別為20萬元和16萬元。詳細(xì)情況見附件。北京思踐通科技發(fā)展有限公司的阻燃復(fù)合材料生產(chǎn)基地位于北京空港工業(yè)開發(fā)區(qū)?；噩F(xiàn)有凈資產(chǎn)300余萬元，擁有雙螺桿造粒生產(chǎn)線一套、精密復(fù)合擠出成型生產(chǎn)線一套，及原料混和、干燥及包裝設(shè)備等。生產(chǎn)廠房面積800 m2，包括 200 m2 無菌無塵凈化車間?；?fù)碛幸慌咚降膶I(yè)技術(shù)人員和生產(chǎn)人員，具有一流的聚合物復(fù)合材料的加工制造水平。生產(chǎn)基地與北京化工大學(xué)形成了緊密的合作關(guān)系，定型產(chǎn)品硅烷交聯(lián)聚乙烯復(fù)合母料等在國內(nèi)占80％以上的市場份額，阻燃復(fù)合材料的市場也在不斷地?cái)U(kuò)大。本項(xiàng)目申請單位的技術(shù)依托單位為北京化工大學(xué)。北京化工大學(xué)以獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎的科技成果為技術(shù)核心，提供強(qiáng)有力的可持續(xù)性技術(shù)支持。北京化工大學(xué)開發(fā)的系列鎂基無機(jī)阻燃劑生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)外處于領(lǐng)先水平，尤其在納米尺寸控制上，其產(chǎn)品與美國、日本、韓國的同類產(chǎn)品相比，性能具有優(yōu)勢，但成本比較低。在對系列鎂基無機(jī)阻燃劑生產(chǎn)技術(shù)研究地同時(shí)，北京化工大學(xué)在北京思踐通科技發(fā)展有限公司的參與下，還對系列鎂基高抑煙阻燃材料的制備技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為本項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化工作的實(shí)施并達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模提供了技術(shù)保證。本項(xiàng)目申請單位將按制定的系列鎂基高抑煙阻燃材料產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行生產(chǎn)，建立完善、嚴(yán)格的檢測方法，確保每一批產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠。申請單位還為用戶提供應(yīng)用方面的技術(shù)指導(dǎo)、技術(shù)培訓(xùn)和咨詢服務(wù)。依托北京化工大學(xué)這樣一支強(qiáng)有力的研究開發(fā)隊(duì)伍，申請單位還將不斷開發(fā)新型抑煙阻燃材料，為今后的持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)儲備。二．技術(shù)可行性分析1．關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)和效果（1）關(guān)鍵技術(shù)1）在線表面改性技術(shù)無機(jī)阻燃劑具有親水性，與親油性的高分子材料基體之間的相容性較差，從而影響了其分散性，因此無機(jī)阻燃劑在添加之前，必須先將一些反應(yīng)性兩親化合物接枝到其表面上進(jìn)行改性，以利于其在材料中的高度分散，從而顯著改善制品的性能。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中直接進(jìn)行在線表面改性，其改性效果明顯優(yōu)于粉體的改性方式，產(chǎn)品晶體顆粒的表面有機(jī)化程度將大幅度提高，從而促進(jìn)了其阻燃抑煙性能的發(fā)揮。2）母料制備技術(shù)根據(jù)不同樹脂的阻燃抑煙及其他要求，選擇適當(dāng)?shù)妮d體樹脂、分散劑、相容劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑等，按科學(xué)配方和工藝制成濃縮母料。高濃縮無機(jī)阻燃母料制備的關(guān)鍵是配方技術(shù)和分散混和技術(shù)，配方技術(shù)重點(diǎn)解決母料的阻燃性能和加工性能，分散混和技術(shù)重點(diǎn)解決高填充納米尺度無機(jī)粉體的有效分散問題。3）原位氣泡拉伸分散技術(shù)本項(xiàng)目開發(fā)的無機(jī)阻燃材料采用納米級鎂基阻燃劑，制備的阻燃材料為聚合物基納米復(fù)合材料，其性能不僅與復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)有關(guān)，更與納米粉體的分散水平密切關(guān)聯(lián)。由于常規(guī)剪切分散法不能很好地解決納米粉體的分散問題，人們嘗試采用振動場、超聲波等進(jìn)行納米團(tuán)聚體的分散；對具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料，如蒙托土，采用原位插層聚合法進(jìn)行分散；已報(bào)導(dǎo)的方法還有溶膠凝膠法、有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合膜法等。雖然這些方法均證明是行之有效的方法，但各自均有一定的局限性，如振動場和超聲場的施加方法比較困難，能量利用效率較低；原位插層聚合法僅適用于具有層狀結(jié)構(gòu)的納米材料等。本項(xiàng)目擬采用原位氣泡拉伸法解決一些難于分散的復(fù)合材料的分散難題。原位氣泡拉伸法實(shí)際上是一種通過受控的擠出發(fā)泡工藝分散無機(jī)粉體的新方法：利用聚合物發(fā)泡過程氣泡的高速膨脹作用，對泡孔周圍的聚合物熔體產(chǎn)生快速拉伸作用，使得團(tuán)聚的無機(jī)粒子實(shí)現(xiàn)納米尺度分散。原位氣泡拉伸法的實(shí)質(zhì)是利用發(fā)泡劑受熱分解所釋放的化學(xué)能,引發(fā)常規(guī)機(jī)械分散方法所難以獲得的高拉伸場，解決難分散物料的分散問題。該方法為北京化工大學(xué)的專利技術(shù)，已獲得國家發(fā)明專利。4）三螺桿連續(xù)混煉擠出技術(shù)螺桿類擠出機(jī)械是多組份多相體系高分子材料進(jìn)行功能性共混改性的常用裝備，已用于多種通用塑料的改性。然而，現(xiàn)有的螺桿類共混技術(shù)對無機(jī)粒子的高填充顯得力不從心，困難在于填充比大時(shí)（高于40%）無機(jī)粒子分散不均，粒度分布寬，直接導(dǎo)致了復(fù)合體系性能不穩(wěn)定。北京化工大學(xué)開發(fā)的倒品字形三螺桿連續(xù)混煉機(jī)，為國內(nèi)外首創(chuàng)，已獲得國家專利。倒品字形三螺桿連續(xù)混煉機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)，使得物料在其中收到復(fù)雜的剪切場，同時(shí)在中心區(qū)域還受到擠壓拉伸場，在剪切、拉伸、壓縮復(fù)合作用下，無機(jī)粉體的分散效率大大提高。倒品字形三螺桿連續(xù)混煉機(jī)的工業(yè)樣機(jī)已成功制成，該裝備將在解決高填充納米復(fù)合材料的制備中起到關(guān)鍵作用。（2）創(chuàng)新點(diǎn)通過本項(xiàng)目的研究和技術(shù)開發(fā)，將創(chuàng)制系列鎂基高抑煙阻燃復(fù)合材料，并使其制備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。通過項(xiàng)目實(shí)施將申報(bào)國家發(fā)明專利和國際發(fā)明專利，建立更加完整的自主知識產(chǎn)權(quán)體系，本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個方面：1）鎂基高抑煙阻燃材料的配方設(shè)計(jì)針對出口家電、電線電纜、建筑裝飾、IT產(chǎn)品等領(lǐng)域的不同需求，開發(fā)系列鎂基高抑煙阻燃母料和專用料的工藝配方。在配方體系中：通過偶聯(lián)劑及預(yù)處理工藝的選擇，解決納米級鎂基阻燃劑的有機(jī)化修飾；通過鎂基阻燃劑與磷系、氮系阻燃劑的復(fù)配，提高阻燃材料的阻燃效率，同時(shí)大幅度降低煙密度；通過分散劑、潤滑劑的合理選用，解決復(fù)合材料的加工性能。納米級鎂基高抑煙阻燃復(fù)合材料的配方體系的科學(xué)設(shè)計(jì)，是本項(xiàng)目的主要創(chuàng)新點(diǎn)之一。2）阻燃劑顆粒表面在線改性方法無機(jī)阻燃劑具有親水性，與親油性的高分子材料基體之間的相容性較差，從而影響了其分散性。利用強(qiáng)制微觀共混時(shí)所形成的巨大剪切力，將一些反應(yīng)性兩親化合物作為共混助劑加入螺桿擠出機(jī)中，使其一端接枝到無機(jī)阻燃劑晶體顆粒的表面，另一端與高分子基體相結(jié)合，從而導(dǎo)致無機(jī)阻燃劑晶體顆粒在材料中的高度分散，從而顯著改善制品的性能。3）共混分散工藝技術(shù)為實(shí)現(xiàn)鎂基納米阻燃劑在聚合物基體中的納米尺度分散，通過特殊的工藝和裝備，獲得必要的剪切場與拉伸場。對非極性聚合物等難分散的基體樹脂，引入原位氣泡拉伸法等新型工藝。采用剪切場和拉伸場的聯(lián)合作用，以及原位氣泡拉伸工藝技術(shù)，是本項(xiàng)目的重要創(chuàng)新點(diǎn)。4）高效共混分散設(shè)備采用同向平行雙螺桿擠出機(jī)，設(shè)計(jì)專用混煉元件，適應(yīng)納米復(fù)合材料的加工要求；采用國內(nèi)外首創(chuàng)的倒品字形三螺桿連續(xù)混煉機(jī)，利用高剪切和高拉伸復(fù)雜流場，對納米粉體實(shí)現(xiàn)有效的混煉和分散。倒品字排列三螺桿連續(xù)混煉機(jī)為北京化工大學(xué)新開發(fā)成功的新型連續(xù)高效混煉設(shè)備，其特點(diǎn)是在三螺桿混煉系統(tǒng)中有三個剪切區(qū)域和中心擠壓捏合區(qū)，復(fù)合材料在其中收到復(fù)雜的剪切和擠壓拉伸場的聯(lián)合作用，分散能力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)混煉設(shè)備，對高填充復(fù)合材料體系有很好的適應(yīng)性。該設(shè)備長徑比短，物料停留時(shí)間短，在保證混煉質(zhì)量的同時(shí)具有較低的能耗，同時(shí)由于縮短了復(fù)合材料的受熱時(shí)間，使得復(fù)合材料的性能得以提高。關(guān)鍵設(shè)備的創(chuàng)新，為本項(xiàng)目的實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的裝備基礎(chǔ)。2．項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)與國內(nèi)外同類技術(shù)對比作為一類重要工程材料，國家對無鹵阻燃電纜護(hù)套制品的各種性能進(jìn)行了明確規(guī)定，表1給出了國家規(guī)定的以各種高聚物為基材的無鹵阻燃護(hù)套的主要性能指標(biāo)。具體包括力學(xué)性能、阻燃性能以及抑煙性能等。表1 無鹵阻燃電纜護(hù)套材料的主要性能指標(biāo)序號性能單位要求值1密度g/cm32抗拉強(qiáng)度MPa≥3斷裂伸長率%≥1504耐環(huán)境應(yīng)力開裂(h)≥96個0/105極限氧指數(shù)%≥306煙密度（無焰）/≤3007鹵化氫氣體含量mg/g≤58燃燒氣體pH值/≥49燃燒氣體電導(dǎo)率S/cm≤100在前期的研究過程中，開發(fā)了系列鎂基高抑煙阻燃復(fù)合材料，并在相關(guān)行業(yè)獲得了實(shí)際應(yīng)用，以下以無鹵阻燃聚烯烴電纜料和阻燃聚丙烯復(fù)合材料為例列出了他們的各項(xiàng)性能指標(biāo)。就無鹵阻燃聚烯烴電纜料而言，通過對比可以發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)指標(biāo)都優(yōu)于國家規(guī)定的優(yōu)級出口電纜料的標(biāo)準(zhǔn)。（1）無鹵阻燃聚烯烴電纜料密度g/cm3: 熔體流動速率 g/10min ，150℃,： ~拉伸強(qiáng)度 MPa: ≥斷裂伸長率 % ≥160極限氧指數(shù)