热防护测试仪专家解析高档氢氧化镁阻燃剂
技术名称：高档氢氧化镁阻燃剂
技术持有者：杜高翔
所属行业：建筑材料
内容摘要： 本项目经过多年对使用水镁石矿通过超细粉碎和表面改性制备高档氢氧化镁阻燃剂进行了一系列的研究，成功的制备出可以满足PVC阻燃用的超细活性氢氧化镁阻燃剂。该产品可以单独用于阻燃PVC塑料，具有抑烟、抑制熔滴、环保等一系列优点。下面来看热防护测试仪专家解析高档氢氧化镁阻燃剂的详细介绍
一、 项目背景
阻燃剂是能使聚合物不容易着火和着火后使其燃烧变慢的一种工业助剂。在众多的阻燃剂品种中，卤素阻燃剂以其阻燃效果好、不影响材料物化性能而得到广泛的应用。但是，加入卤素阻燃剂的聚合物在燃烧时发烟量大、易放出腐蚀性气体（如HCl、HBr等）和有害性气体，容易造成二次危害。因此，当今世界的阻燃剂研究朝着无卤化的方向发展。氢氧化铝、氢氧化镁阻燃剂在应用时是依靠化学分解吸热以及释放出水而起到阻燃作用的，具有无毒性、不腐蚀加工机械、分解后生成的氧化铝、氧化镁化学性质稳定，因此不产生二次危害。随着火灾事故的频繁发生以及由此带来的重大的人员和财产的损失，我国已经规定在修建地铁等重要的建筑时使用的电线电缆必须是无卤阻燃电线电缆，而随着人们环境保护和自身安全意识的不断提高，聚合物材料的无卤阻燃必然称为今后的发展方向。近年来，氢氧化铝（ATH）阻燃剂是无机阻燃剂中应用广泛、用量大的一种，而氢氧化镁阻燃剂则是发展快的一种。与氢氧化铝相比，氢氧化镁的分解温度更高一些（氢氧化铝为220℃左右，氢氧化镁则在350~400℃），更适合某些聚合物的加工要求，并且还有促进聚合物碳化的作用。因此近年来对氢氧化镁阻燃剂的研究较多，应用领域也不断扩大。
氢氧化镁阻燃剂有两种生产方式，一是利用化学合成的方法，即通过利用含有氯化镁的卤水、卤矿等原料与苛性碱类在水介质中反应，生成的氢氧化镁经过过滤、洗涤干燥就可得到；另一种方式是通过天然矿物水镁石经过磨细到所需粒度制得。近年来世界氢氧化镁等无机阻燃剂的用量在80万吨/年，而且预计每年以10％左右的需求增长。
使用氢氧化镁做阻燃剂又存在以下缺点：一是阻燃效率比较低，从而要求较高的添加量才能达到阻燃要求；二是其表面天然呈现“亲水疏油”的性质，在有机高聚物中难以均匀地分散。因此，用水镁石粉体填充聚合物材料时，聚合物材料的其它性能（如力学性能和加工性能等）严重恶化。解决这一问题的方法是对氢氧化镁粉体在使用前进行超细粉碎、表面改性以及与其它阻燃剂进行协同阻燃。这一问题是制约我国氢氧化镁阻燃剂发展的关键因素。
目前我国的化学法氢氧化镁产量约为3万吨/年，在国际上排不上名次（2010年我国生产各种氢氧化镁的能力为3.0～4.5万吨，日本为46万吨，美国40万吨，荷兰20万吨，意大利15万吨），可以用做阻燃剂的就更少，仅几千吨，而且大部分不能对聚合物进行单独阻燃；另一方面，目前我国使用的全部无毒、低烟无卤阻燃剂仍依赖进口，虽然近年阻燃剂的价格有所下降，然而进价仍然达到1.1～1.5万元/吨，仅电缆业年需求量就达1万吨，。
水镁石的主要成分为氢氧化镁，是一种层状结构的氢氧化物，属三方晶系，解理（0001）极完全。常见的构造有块状、球状及纤维状，是迄今为止自然界发现的含镁量高的一种矿物。我国的水镁石矿主要出产于辽宁省、陕西省和河南省，总储量约2400万吨。用水镁石生产阻燃剂与化学法生产的氢氧化镁相比较，具有成本低廉的优点。
本项目经过多年对使用水镁石矿通过超细粉碎和表面改性制备高档氢氧化镁阻燃剂进行了一系列的研究，成功的制备出可以满足PVC阻燃用的超细活性氢氧化镁阻燃剂。该产品可以单独用于阻燃PVC塑料，具有抑烟、抑制熔滴、环保等一系列优点。同时，该技术具有生产工艺、生产成本较国内同类成本低、质量高、生产过程中没有废水废渣产生和排放等优点。因此，该产品具有广阔的市场前景。
需要指出的是，塑料的品种众多，对于不同的塑料品种在不同应用领域的不同要求，需要采取不同的改性措施（即不同的改性剂种类和用量）。这一方面需要根据用户的要求不断进行技术试验和调整。但是该调整不需要进行设备和工艺流程的变化，只需要改性工艺的研发。
同时，根据用户的要求，可以制备出部分经过简单的表面改性处理的超细氢氧化镁粉，与其他种类的阻燃剂（如有机阻燃剂）复合阻燃。
该项目于2006年在辽宁省葫芦岛市建设生产线1条，产能为3000吨/年，并于2007年5月投产。相关成果通过了葫芦岛市科委组织的科技成果鉴定，鉴定结果为技术水平达到国内水平。但是因为该厂经营不善，经济效益不佳。
二 生产工艺流程简介
本项目拟利用辽宁省营口、大石桥、丹东等地产的水镁石为原料，购买其已经研磨粉碎至200目的粉体进行加工。利用200目左右的水镁石粉制备高档超细活性氢氧化镁阻燃剂的生产工艺流程示意图如下：
图1 高档氢氧化镁阻燃剂生产工艺流程图
三、产品指标
本项目同时制备两个产品，一个是直接研磨至1250目~2500目的普通粉，没有改性（下称产品1）；另一个是研磨至2500目~6000目并经过复合表面改性处理的（下称产品2）。根据国内主要市场的要求，产品指标见表1。
软质PVC填充阻燃剂的应用配方和软质PVC的主要性能指标见表2、表3。
表1 氢氧化镁阻燃剂物化性能指标
| 物化性能 | 控制范围 | ||
| 产品1 | 产品2 | ||
| 化 学 成 分 | MgO | >63％ | >63％ |
| Fe2O3 | <0.5％ | <0.5％ | |
| CaO | <2.0％ | <2.0％ | |
| K2O＋Na2O | <1.0％ | <1.0％ | |
| 重金属总含量 | 70ppm | 70ppm | |
| 烧失量/% | >28 | >28 | |
| 白度 | >93 | 改性前>93，改性后>88 | |
| 粒度分布 | 1250目至2500目 | 1250目至5000目 | |
| 含水率/％ | <0.5％ | <0.5％ | |
| 盐酸不溶物/％ | <1.0％ | <1.0％ | |
| 表面改性 | 不改性 | 根据用户要求 | |
| 包装 | 内衬高压膜外加编织袋 | 内衬高压膜外加编织袋 | |
| 净重 | 25～30kg/袋 | 25～30kg/袋 |
表2 氢氧化镁阻燃剂阻燃填充软质PVC的应用试验配方
| 原料名称 | 添加量（份） |
| PVC（SG－2） | 100 |
| DOP（绝缘级） | 48 |
| EVA | 4.0 |
| 二盐 | 2 |
| 三盐 | 2 |
| 氢氧化镁阻燃剂 | 82 |
| 硬脂酸 | 1 |
表3 表2中所用配方制备的软质PVC的性能指标
| 样品编号 | 1# | 2# | 3# |
| 氢氧化镁改性情况 | 未改性 | 改性产品1 | 改性产品2 |
| EVA添加量（％） | 1.5 | 3.5 | 5.0 |
| 拉伸强度（MPa） | 14.6 | 16.5 | 18.7 |
| 断裂伸长率（％） | 70 | 95 | 124 |
| 简支梁缺口冲击强度（J/m） | 79.5 | 83.2 | 106.4 |
| 氧指数（％O2） | 31.5 | 29.2 | 28 |
| 发烟情况 | 无 | 无 | 无 |
| UL-94阻燃等级 | V-0 | V-0 | V-0 |
三、 项目投资与收益初步分析
以年产5000吨高档氢氧化镁阻燃剂为例：
3.1 项目投资
1） 项目生产需要厂房1000m2，层高局部需要达到8米，按照1000元/m2估算，需要100.00万元；本项目计划租赁土地和厂房，预计20万元/年；
2） 设备与安装投资情况
介质搅拌磨 2台， 30万元
调浆罐 2台， 4万元
粉体表面改性机 1台， 20万元
板筐压滤机，1台 6万元
闪蒸干燥机 1台， 25万元
辅助设备 10万元
合计 95万元
3） 项目流动资金 200万元
