超细氢氧化铝已成为全球用量最大和应用最广的低烟无卤阻燃材料

2023-06-07     普华有策

原标题:超细氢氧化铝已成为全球用量最大和应用最广的低烟无卤阻燃材料

超细氢氧化铝已成为全球用量最大和应用最广的低烟无卤阻燃材料

随着超细氢氧化铝阻燃剂行业技术水平的不断提高,产品逐步向粉体粒径分布集中化、粉体粒度纳米化、粉体表面改性化、阻燃复配协同化、产品成分高纯化等方向发展,这将在一定程度上提高超细氢氧化铝阻燃剂的使用量,同时拓展下游应用领域,开发出新的市场空间。超细氢氧化铝作为性能优异的环保型阻燃剂得到广泛应用。《“十四五”国家应急体系规划》、《“十四五”应急管理标准化发展计划》等新材料、环保、阻燃防火安全方面相关政策为阻燃材料领域的长期发展奠定了政策基础。

1、用量最大和应用最广的低烟无卤阻燃材料

随着环保、安全要求的持续提高,超细氢氧化铝因具备阻燃、抑烟、填充、环保等多重功能,且能与磷等多种物质产生协同阻燃效应,已成为电子、化工、电缆、塑料、橡胶等行业中重要的环保型阻燃剂。

超细粉体通常是指尺寸小于3m的微小固体颗粒,属于微观粒子和宏观物体之间的过渡区域,具有一系列优异的物理、化学性质。超细粉体制备技术的研究和开发已成为当今化学工程与材料科学领域的前沿和世界高科技竞争的热点之一。工业氢氧化铝直接作为无机阻燃填充剂存在局限性,需要依托超细粉体制备技术,制备成超细氢氧化铝才能被广泛的应用。

随着氢氧化铝的超细化,表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应等,从而使其在化学活性、电学、表面性能等方面表现出独特的性能,并具有了许多特殊功能。超细氢氧化铝粉体不仅本身是一种功能材料,而且为新材料的开发提供了广阔的应用前景,在国民经济各领域有着极其重要的作用。

在塑料、橡胶等高级复合材料中添加超细氢氧化铝,不仅使产品具有阻燃抑烟效果,而且抗漏电、耐电弧、耐磨性能增强,因此在低烟无卤电线电缆、复合绝缘子、覆铜板等领域具有广泛用途。

随着新兴材料工业的发展及对环保、安全要求的不断提高,超细氢氧化铝的需求量越来越大,同时对产品的质量和使用性能也提出了更为严格的要求。另外,超细氢氧化铝及进一步加工的焙烧氧化铝,已广泛地应用于化学药物、催化剂、塑料、涂料、陶瓷、耐火材料、绝缘材料、磨料等领域。

2、行业技术水平及特点

(1)超细氢氧化铝制备技术

截至目前,行业内大规模生产超细氢氧化铝的企业主要采用种分工艺生产超细氢氧化铝。种分工艺是指通过在铝酸钠溶液中添加活性晶种,并依靠过饱和度的驱动,从铝酸钠溶液中结晶析出超细氢氧化铝的生产工艺。其中,活性晶种制备为种分工艺关键环节。

规模化生产的主流种分工艺技术流派主要为硫酸铝中和晶种法、碳酸氢钠中和晶种法、机械研磨晶种分解法。全球范围内,美国邱博、德国纳波泰、日本住友、昭和电工等主要采用硫酸铝中和晶种法和机械研磨晶种分解法,其生产技术及产品质量均属于全球领先水平。国内山东新材料是我国最早采用机械研磨晶种分解法生产超细氢氧化铝阻燃剂的企业。中州新材料是国内最早采用硫酸铝中和晶种法生产超细氢氧化铝阻燃剂的企业。

行业内部分企业通过物理研磨法制备超细氢氧化铝粉体。物理研磨法与种分工艺相比,规模化生产存在产品粒径粗、大小不一、晶体缺陷多等不足,因此物理研磨法技术路线难于大规模生产,在下游高标准产品的规模化使用中受到较大限制。

(2)超细氢氧化铝阻燃剂的主要技术发展方向

在高分子材料中,提高超细氢氧化铝填充量有助于增强复合材料的阻燃性能;但是氢氧化铝是典型的极性无机材料,与有机聚合物特别是非极性聚烯烃的相容性差,界面结合力小,填充量的增加也会导致复合材料加工性能和机械性能下降。

开发具有“高填充、高阻燃、高力学性能”特性的超细氢氧化铝是行业内主流企业的技术研发重点和技术发展方向。同时,如何实现“高填充、高阻燃、高力学性能”特性的超细氢氧化铝的大批量产业化生产,保持批间稳定且成本可控是行业内主流企业亟需解决的问题。

1)粉体粒径分布集中化

超细氢氧化铝产品的粒径正态分布的标准差越小,性能表现越一致,下游高分子材料的加工和使用性能越均匀稳定。因此在生产超细氢氧化铝的过程中,最重要的考量因素是粒径分布的集中度。粒径分布集中化是超细氢氧化铝阻燃剂的主要技术发展方向之一。

2)粉体粒度纳米化

降低超细氢氧化铝的粒径大小具有显著应用价值。但粒度纳米化也会导致粉体严重团聚,影响超细氢氧化铝在下游产品的应用性能,如何实现超细氢氧化铝纳米粉体的高度分散化是技术难点。通过特殊的解聚技术或表面改性技术以实现纳米氢氧化铝粉体的分散是技术发展方向之一。

3)粉体表面改性化

表面改性指的是采用一定方法对超细氢氧化铝的表面进行处理、修饰及加工,有目的的改变其表面的物理、化学性质,以满足加工及应用需求。通过表面改性,可以改变粒子表面的电性、磁性、表面张力及空间位阻等,提高其在介质中的分散性,进而提升其与下游高分子材料的相容性,减轻或消除由于添加超细氢氧化铝而导致的下游高分子材料脆化或性能下降的情形,从而拓展超细氢氧化铝阻燃剂的下游应用范围。

4)阻燃复配协同化

不同类型的阻燃剂具有不同的优势特征,为更好的适应下游材料制品的需求,多种阻燃剂的复配协同就成为重要的研究课题之一。目前,与磷氮系、氢氧化镁等阻燃剂的复配协同技术是超细氢氧化铝阻燃剂的重要研发方向。

5)产品成分高纯化

超细氢氧化铝阻燃剂产品的纯度直接影响其性能表现,氧化铁和氧化钠等杂质的存在会降低下游高分子材料的绝缘性和热稳定性。因此,不断提高超细氢氧化铝阻燃剂的纯度也是行业的重要发展方向之一。

6)提高热稳定性

普通氢氧化铝通常在 180℃-220℃间即开始脱除结晶水,加工过程中温度过高时氢氧化铝会脱水并形成气泡,影响下游产品的力学性能。因此提高超细氢氧化铝的热稳定性成为行业未来的重要发展方向之一。

3、行业发展阻碍因素

(1)行业相关法律法规的执行力度不足

近年来我国已逐步建立和完善与阻燃相关的法律法规及政策,奠定了防火安全的政策基础。2021 年市场监管总局出台《关于开展电线电缆质量安全“联查联打联治”专项行动的通知》等部门制度,加强监管检查。但由于成本、观念和管理等方面的原因,行业内部分企业对法规政策的执行力度不强,以至于火灾事故频繁发生。下游行业对阻燃标准的执行力度有待进一步提高。

(2)行业整体技术创新能力参差不齐

尽管近年来我国科研人员对超细氢氧化铝阻燃剂的研发工作投入了较大精力,并在产品向高性能、功能化和复合化转变方面取得了明显进展,但大部分国内企业与国外领先企业相比,在某些性能指标上尚存在一定差距。多数企业偏重产品销售而对技术开发投入不足,同时缺乏高素质的科研创新人才,导致国内企业新产品特别是高端产品的开发能力不足,行业技术创新能力有待进一步提高。

4、进入本行业的主要壁垒

(1)技术壁垒

如何在规模化生产微纳米级的超细粉体时,严格控制粉体的粒径分布且在不同批次间保持连续稳定,是超细氢氧化铝生产企业面临的主要难点。相关核心技术的形成需要持续的研发投入和工艺积累,行业内的先入企业通过长时间的技术创新和积累,在产品规格种类、技术成熟度等方面形成一定先发优势,更精准贴合下游需求,对行业内新加入的企业形成较高的技术壁垒。

(2)规模及资金壁垒

超细氢氧化铝具有阻燃、抑烟等功能,且环境友好,微纳米粒径使其与有机材料具有良好的结合性能,是目前应用广泛的环保型低烟无卤阻燃材料,在下游电线电缆、光纤光缆、高端保温材料、特高压绝缘子、覆铜板等领域得以广泛应用。超细氢氧化铝行业具有资金密集型的特点,前期需要投入大量资金用于构建厂房设备和技术开发;而市场对于产品性能要求的不断提升,促使企业持续投入资金完成产线设备的升级迭代。此外,生产经营过程中大批量的大宗原材料采购和下游较长的回款周期,对行业内企业的营运资金提出了较高要求。

目前行业内领先企业已经形成一定的规模效应,且处于持续扩产提高产能过程中,大规模生产下的成本优势较为明显,具备较强的定价能力和盈利能力,对新进入者形成了一定的壁垒。

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