本刊记者李慧
2010年11月01日
在火灾中,造成人员伤亡的主要原因是有毒烟气。据统计,85%以上的火灾死亡者是由于烟气的影响,其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷进而致死的,因烟气致死的人比直接烧死的要多很多
瞿保钧教授
阻燃科学技术是为了适应社会生产和生活的安全需要,预防火灾发生,有效阻止、延缓或终止火势蔓延,保护人民生命财产而发展起来的。随着人们环保、安全、健康意识的日益增强,世界各国开始把新型绿色环保型阻燃材料和技术作为研究开发和应用的重点。基于此,本刊记者电话采访了中国科学技术大学长期从事阻燃高分子新材料科研教学及工业应用研究的瞿保钧教授。
记者:您多年从事阻燃高分子新材料研究工作,请介绍一下阻燃材料的发展和应用状况?
瞿保钧:上世纪80年代以来,卤素和卤-锑系阻燃剂以其阻燃性、加工性、物性等综合性能优良,价格适中,统治着整个阻燃剂市场,如十溴联苯醚、四溴双酚A、氯化石蜡及其卤系协效剂三氧化二锑等。但含卤素阻燃材料在燃烧时会释放出大量烟雾和有毒、腐蚀性卤化氢气体,而它们的扩散速度远快于火焰扩散速度,在火灾中妨碍了人们的撤离和灭火工作。在火灾中,造成人员伤亡的主要原因是有毒烟气。据统计,85%以上的火灾死亡者是由于烟气的影响,其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷进而致死的,因烟气致死的人比直接烧死的要多很多。
近些年来,欧洲阻燃协会提出了禁用多溴二苯醚等含卤阻燃剂的法案,荷兰率先实施,其他欧洲国家也跟着效仿。尽管由于种种原因,卤素阻燃剂在美国仍大量使用,但他们的科学家也在公开发表的文章中表示卤素阻燃剂的前景并不光明。全球最主要的三家溴系阻燃剂生产公司(Albemarle公司、Great Lake公司、Dead Sea Bromine公司)在推出含卤阻燃剂的同时,也开始转向无卤阻燃剂的开发和生产,并已有商品供应,这标志着阻燃剂品种的战略性转变。
无机无卤阻燃剂(主要指无机氢氧化物类)是一种消烟型绿色环保材料,但其主要缺点是填充量大、阻燃效率低,对材料的力学、电学性能影响较大,易造成阻燃高聚物加工困难等,因而这类无卤阻燃剂仍有大量的研究工作要做,需要不断加以改进、优化和完善。例如发展新型的无机纳米阻燃剂、聚合物/无机纳米复合材料等。无卤阻燃剂的另一大类是膨胀型磷-氮系列阻燃剂,其阻燃效率比无机氢氧化物类要高得多,填充量也小得多,但其价格相对较高,且容易吸潮,因而在应用推广上也有大量改进工作要做。
总之,目前现有的无卤阻燃剂或阻燃技术还无法完全替代含卤阻燃剂或阻燃技术。但是,采用洁净安全、绿色环保的新型低烟无卤阻燃材料与技术,目前在国际上已成为一种必然的发展趋势。
紫外光交联电缆生产线
记者:您在这方面取得了哪些成果?目前应用情况如何?
瞿保钧:我从1998年开始从事低烟无卤阻燃高分子材料的研发工作,其应用主要在无卤阻燃电线电缆方面,重点研究的课题有“膨胀型磷-氮类无卤阻燃聚合物材料”,“无机纳米氢氧化镁阻燃剂的合成制备”和“聚合物/层状双氢氧化物纳米插层杂化材料的合成制备”及其在交联型无卤阻燃电缆材料中的应用等。这些课题当时在国际上也是走在前列的。
我最主要的研究成果是发明了“紫外光辐照交联电缆新技术”和“紫外光辐照交联无卤阻燃电缆新技术”,并开发了新产品,实现了产业化生产。这种紫外光辐照交联电缆新技术包括了能在大气环境中直接进行快速、深度本体光交联的电缆绝缘材料配方和紫外光辐照交联电缆专用设备及相关的制造工艺流程等一整套创新技术,创建了国内外首条紫外光辐照交联电缆工业生产线,并成功地工业化应用于光交联中、低压电力电缆,控制电缆和光交联无卤阻燃特种线缆等系列新产品的生产中。其中,“光交联聚烯烃绝缘电缆的生产方法及其光交联设备”发明专利(ZL 98 1 11722.8)获得中国专利优秀奖;“紫外光交联聚乙烯绝缘电力电缆”被国家经贸委认定为国家级新产品;“紫外光辐照交联聚乙烯绝缘电缆材料”获黑龙江省省长特别奖等。
大量事实已表明,在城市火灾事故中,大多数的火灾是电线电缆起火及延燃引发的。而采用紫外光交联无卤阻燃电缆新技术开发的特种线缆产品,既具有低烟洁净环保的阻燃性能,又具有在高温条件下长期工作的耐高温特性,对火灾的早期预防和电缆起火后阻断火源的延燃都将起到重要作用。目前这类特种线缆产品在轨道交通、机器布线和室内装配线等方面正获得越来越广泛的应用,前景十分广阔。
记者:项目研究过程中有哪些难忘经历?
瞿保钧:1984年我在瑞典皇家工学院作访问学者时,开始正式从事聚乙烯紫外光交联这个课题的基础研究。回国后在国家自然科学基金项目、中国科学院“七五”、“八五”重大项目和铁道部“九五”技改项目的支持下继续开展紫外光交联电缆项目的应用基础研究;后又与企业合作共同研制了“紫外光辐照交联聚乙烯绝缘电力电缆和控制电缆新技术和新产品”,并于1998年9月通过了中国科学院和铁道部联合组织的科学技术成果鉴定,该项目前后的研发过程长达14年之久。
在通过科技成果鉴定之后,我和研究组并未就此止步,而是向着更高的目标迈进。2003年后,我们又研制成功了更高效的光交联电缆材料配方和紫外光辐照交联专用设备,再次与企业合作研制开发了紫外光辐照交联10kV中压电力电缆和低烟无卤阻燃电缆新产品。“采用紫外光辐照交联技术和膨胀型阻燃技术的轨道交通用电缆开发”项目列入了2007年国家科技支撑计划,并已实施了产业化中试生产。
项目研发中最难忘的事情要属如何把实验室的科研成果成功转化成有工业应用价值的新技术,进而在推广应用过程中获得意想不到巨大收获的这段经历。当时的社会环境下,推广应用一项新技术并不像现在这样得到国家和企业的重视和配合,例如,最初很多电缆企业对我们研制的紫外光辐照交联电缆设备持怀疑态度,他们根本不相信这样简陋的设备能使电缆发生交联,也不乐意配合我们为此做中试生产试验,甚至提出要中试必须收取中试生产线的改造费和租用费。那时候,如何向相关部门推销自己发明的重要意义和价值,争取更多的经费资助,以及如何与企业打交道得到他们的认可来支持这项科技创新试验,似乎成了我作为一个科技创新工作者所面临的必修课程之一。
瞿保钧教授的博士之家
记者:科学研究成果的取得离不开自主创新精神,请您谈一谈对自主创新的体会和认识?怎样才能更好地做到自主创新?
瞿保钧:到目前为止,以我本人为第一发明人申请的中国和国际专利共有15项,其中已授权专利有10项(紫外光交联电缆专利和无卤阻燃电缆材料专利各5项)。作为一个科技工作者,自主创新是我一生的追求,而且要身体力行将自己的创新技术成果转化到工业生产中去,争取为国家和社会多做一点实实在在的贡献。
至于怎样才能更好地做到自主创新,从个人的角度而言,我的体会是首先要结合自己的知识基础和特长,选择自己感兴趣的、有创新潜力的课题,然后脚踏实地去突破研究过程中不断出现的困难和挑战,持之以恒、坚持不懈,相信终会有所收获的。另外,我认为科研工作者在努力实现自主创新的同时,应该对自己的创新成果有积极保护意识,这也利于行业的有序发展和国家相关管理工作的开展。
记者:请简单介绍一下您的求学历程,您为什么要选择高分子材料科学作为终身事业?
瞿保钧:我1970年从中国科学技术大学近代化学系毕业,在邯郸五七钢厂工作了三年后回到母校任教,一直到现在。上世纪80年代和90年代作为访问学者两次到瑞典皇家工学院学习和工作,获得了理学博士学位。
相比较而言,高分子材料科学是近代才发展起来的一门新兴学科,在国民经济各领域和日常生活中都有着广泛的应用。我对这个学科真正发生兴趣就是在瑞典皇家工学院高分子系开始做“紫外光交联聚乙烯”这个课题之后。通过对大量文献资料的阅读学习和对项目研究的逐步深入,我认识到了高分子材料科学具有广博的发展空间和远大的应用前景,也就坚定了我把这个学科作为自己终身事业的想法。而自己不断取得的创新成果得到了国家各部门与领导的肯定,也鼓励和推动着我一步步前进,直到今天。
我在2008年底已经办理了退休手续,现在还在返聘岗位上。一是为了带完原来的4名研究生(硕士生和博士生各2名);二是为了继续完成与相关企业合作的“紫外光交联无卤阻燃电缆”项目,开发出更多种类的光交联无卤阻燃特种线缆新产品,以便在全国电缆行业中推广应用。
记者:您除了自己做学术和应用研究外,也是博士生导师,多年在学校任教,请介绍一下您在人才培养和学术团队建设方面的经验?
瞿保钧:在培养研究生方面,各个导师都有自己的独特方法,我在人才培养方面比较注重基础知识的培养和具体科研方法的指导。
比如我在指导学生学术论文方面会做如下工作:1.首先要明确培养目标、端正学术风气,根据学生的基础和兴趣结合导师的研究方向选择合适的课题;2.要给研究生交代清楚课题的内容、意义和研究方向、目标;3.教会学生如何检索国内外文献资料的方法,使学生能够在综合现有文献的研究基础上,提出自己的具体研究方案,作开题报告;4.课题研究工作开始之后,要求学生定期在研究团队会议上汇报工作进展,共同研讨出现的问题并提出解决方法;5.对学生的研究进程和阶段性实验结果及时作出评估和指导,以便其对数据不足部分补充材料,及时对学术论文进行修改;6.最后,如学生有突破性创新研究成果,建议他先申请专利再发表论文。以上一点经验可供青年学者参考。
瞿保钧,1943年生于江苏常熟,理学博士。1970年毕业于中国科学技术大学近代化学系,在河北邯郸市五七钢厂工作三年后返回母校任教至今,现为该校返聘的二级教授。曾于上世纪80和90年代先后两次在瑞典皇家工学院高分子系作访问学者,通过正规考试注册成为该校研究生,并分别于1987年和1992年获得该校工学副博士和理学博士学位。瞿保钧长期从事高分子新材料的科研和教学及其工业应用研究,主要研究领域有聚合物光化学交联改性、高分子无卤阻燃和无机纳米复合材料及其在电缆工业中的应用等。