柱狀硼酸鋅的合成方法
2024-03-09 12:24:15 1
專利名稱：柱狀硼酸鋅的合成方法
技術領域：
本發明涉及無機材料領域，尤其涉及柱狀硼酸鋅的合成方法。
背景技術：
阻燃劑的種類繁多，其化學結構及使用方法也各不相同。阻燃劑可分為有機阻燃劑及無機阻燃劑。兩種阻燃劑中，無機阻燃劑無毒、無腐蝕，燃燒時無二次汙染，此外，還具有較好的熱穩定性、不揮發性等優良性能，逐漸成為研發應用的主流。近年來隨著新的環保要求和法規的不斷提出，硼系阻燃劑以其優良的阻燃、低毒和抑煙特性正越來越受到人們的關注。硼酸鋅是一種新型的無機添加型阻燃劑，它最早是由美國硼砂和化學品公司在20 世紀70年代開發成功，簡稱FB阻燃劑。硼酸鋅外觀為白色或淡黃色結晶粉末，是一種多功能添加劑，具有阻燃、抑煙、抑制燃燒和高溫下防止生成熔滴等多種功效，廣泛應用於各種橡膠、塑料、塗料、木材等領域。硼酸鋅除了用作阻燃劑外，加入木材、紙張中還能防黴、 防腐、防蛀，還可以用於醫藥、防水織物、陶瓷釉藥、塗料防酶劑、殺菌劑、防鏽漆等方面。硼酸鋅及其衍生物用化學式可表示為xZnO · YB2O3 · ζΗ20，按照組成不同常用的硼酸鋅有許多牌號:2Ζη0 · 3Β203 · ηΗ20(η = 2· 8 3· 2,7,9)，ZB-112 型(ZnO · B2O3 · 2Η20)，ΖΒ-411 型 (4ΖηΟ · B2O3 · H2O)。硼酸鋅阻燃劑的阻燃機理可歸納為吸熱及稀釋作用、覆蓋作用和抑制鏈反應等三個方面。當溫度高於300°C時硼酸鋅產生熱分解失去結晶水，此時硼酸鋅中的部分鋅以氧化鋅或氫氧化鋅的形式進入氣相，起到吸熱冷卻和稀釋空氣中氧氣的作用，此外，硼酸鋅分解生成的氏03固體附著於材料表面，形成一層覆蓋層，此覆蓋層能夠有效抑制可燃性氣體產生並阻止氧化及熱分解作用的進一步進行。ZB-237型硼酸鋅其失去結晶水的溫度在200°C左右，由於其所含結晶水比2335型硼酸鋅多，因而其阻燃效果比2335型硼酸鋅還要好，更適用於用作200°C以下加工的聚合物材料及其它材料的阻燃劑。目前，國內外關於觀-237型硼酸鋅的製備方法有(1)採用硫酸鋅、硼酸、氨水為原料製備七水硼酸鋅，此方法由於反應時間長，產品粒徑較大，粒度分布不均勻而容易出現團聚現象；( 採用硫酸鋅、硼砂、氫氧化鈉為原料製備納米級七水硼酸鋅；C3)採用硫酸鋅和硼砂複分解反應製備七水硼酸鋅，此方法是製備七水硼酸鋅最常用的方法，但此方法製備的產品形貌不均一，此外，反應中有時需要加入表面活性劑，使得反應體系變得複雜化；(4)採用氧化鋅、硫酸鋅和硼砂合成納米水合硼酸鋅。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種工藝過程簡單、成本低、所得產品純度高的柱狀硼酸鋅的合成方法。為解決上述問題，本發明所述的柱狀硼酸鋅的合成方法，其特徵在於該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為2. 92% 5.的溶液；然後，在該溶液中加入質量百
3分濃度為27. 95% 38. 52%的鋅鹽溶液，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液pH值至 7. 0 8. 5 ；其次，將所述料漿置於反應釜內，並調節所述反應釜內填充度至55 90%，在 25 140°C溫度下恆溫反應0. 5 IOh後冷卻，室溫靜置1 10天即得白色沉澱物；最後， 將所述沉澱物依次過濾、洗滌，在50 90°C溫度下烘乾4 IOh後，即得柱狀硼酸鋅粉體。所述鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅中的任意一種可溶性鋅鹽。所述鋅鹽與所述硼砂的摩爾比為1 1 3 1。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明與現有技術相比合成過程簡單，反應條件溫和，並且通過工藝條件的控制可以製備出不同長徑比的柱狀硼酸鋅粉體，使得形貌易於控制。2、由於本發明原料易得，因此，生產成本低廉。3、採用本發明方法獲得的硼酸鋅產品微觀形貌較好、產品純度高。經XRD衍射分析(荷蘭帕納科公司生產的X，Pert PRO型X-ray衍射儀，Cu靶，2 θ 5° 70°，電流 30mA,電壓40kV)，產品分子式為2Ζη0 · 3Β203 · 7H20，基本上不含其它雜質項，說明產品純度較高(參見圖1)；同時對其進行掃描電子顯微鏡(SEM)(日本JEOL公司生產的JSM-5610LV 型掃描電子顯微鏡，加速電壓20kV，工作距離20mm，束斑22，SEI0 )分析(參見圖2)。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖1為本發明製備的柱狀硼酸鋅XRD衍射圖。圖2為本發明製備的柱狀硼酸鋅100倍SEM電子掃描圖。
具體實施例方式實施例1柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為 3. 75%的溶液於0. 5L的三口瓶內；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為20. 46%的鋅鹽溶液——氯化鋅溶液，調整氯化鋅與硼砂的摩爾比為2 1，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至7. 2 ；其次，將料漿置於反應釜內，並調節反應釜內填充度至70%，同時將反應釜升溫至100°C，恆溫反應Ih後冷卻，室溫靜置1天後即得白色沉澱物；最後，將沉澱物依次過濾、洗滌至無其它離子存在後，在50°C溫度下烘乾IOh後，即得柱狀硼酸鋅粉體。實施例2柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為 5.的溶液於0. 5L的三口瓶內；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為27. 95%的鋅鹽溶液一硫酸鋅溶液，調整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為1 1，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至8. 5 ；其次，將料漿置於反應釜內，並調節反應釜內填充度至90%，同時將反應釜升溫至100°C，恆溫反應IOh後冷卻，室溫靜置8天後即得白色沉澱物；最後，將沉澱物依次過濾、洗滌至無其它離子存在後，在90°C溫度下烘乾4h後，即得柱狀硼酸鋅粉體。實施例3柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為 3. 20%的溶液於0. 5L的三口瓶內；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為37. 38%的鋅鹽溶液——硫酸鋅溶液，調整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為2. 6 1，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至7. 0 ；其次，將料漿置於反應釜內，並調節反應釜內填充度至55%，同時將反應釜升溫至140°C，恆溫反應0.證後冷卻，室溫靜置10天後即得白色沉澱物；最後， 將沉澱物依次過濾、洗滌至無其它離子存在後，在70°C溫度下烘乾他後，即得柱狀硼酸鋅粉體。實施例4柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為 3. 75%的溶液於0. 5L的三口瓶內；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為35. 94%的鋅鹽溶液——硝酸鋅溶液，調整硝酸鋅與硼砂的摩爾比為2.1 1，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至7. 4 ；其次，將料漿置於反應釜內，並調節反應釜內填充度至60%，同時將反應釜升溫至90°C，恆溫反應證後冷卻，室溫靜置5天後即得白色沉澱物；最後，將沉澱物依次過濾、洗滌至無其它離子存在後，在60°C溫度下烘乾幾後，即得柱狀硼酸鋅粉體。實施例5柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為 3. 55%的溶液於0. 5L的三口瓶內；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為36. 02%的鋅鹽溶液——硫酸鋅溶液，調整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為2. 2 1，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至7. 8 ；其次，將料漿室溫25°C靜置3天後即得白色沉澱物；最後，將沉澱物依次過濾、洗滌至無其它離子存在後，在70°C溫度下烘乾他後，即得柱狀硼酸鋅粉體。實施例6柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為 2. 92%的溶液於0. 5L的三口瓶內；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為38. 52%的鋅鹽溶液——硫酸鋅溶液，調整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為3 1，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至7. 6 ；其次，將料漿置於反應釜內，並調節反應釜內填充度至75%，同時將反應釜升溫至110°C，恆溫反應0. 5h後冷卻，室溫靜置2天後即得白色沉澱物；最後，將沉澱物依次過濾、洗滌至無其它離子存在後，在80°C溫度下烘乾紐後，即得柱狀硼酸鋅粉體。上述實施例1 6中硫酸鋅、硝酸鋅、氯化鋅、硼酸、硼砂均為分析純，生產廠家分別為煙臺雙雙化工有限公司、洛陽昊華化學試劑有限公司、天津市大茂化學試劑廠、天津市永大化學試劑開發中心生產。水熱反應釜，煙臺市招遠松齡儀器設備有限公司生產。
權利要求
1.柱狀硼酸鋅的合成方法，其特徵在於該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為2. 92% 5.的溶液；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為27. 95% 38. 52%的鋅鹽溶液，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液PH值至7. 0 8. 5 ；其次，將所述料漿置於反應釜內，並調節所述反應釜內填充度至55 90%，在25 140°C溫度下恆溫反應 0. 5 IOh後冷卻，室溫靜置1 10天即得白色沉澱物；最後，將所述沉澱物依次過濾、洗滌，在50 90°C溫度下烘乾4 IOh後，即得柱狀硼酸鋅粉體。
2.如權利要求1所述的柱狀硼酸鋅的合成方法，其特徵在於所述鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅中的任意一種可溶性鋅鹽。
3.如權利要求1所述的柱狀硼酸鋅的合成方法，其特徵在於所述鋅鹽與所述硼砂的摩爾比為1 1 3 1。
全文摘要
本發明涉及一種柱狀硼酸鋅的合成方法，該方法是指首先將硼砂配製成質量百分濃度為2.92％～5.28％的溶液；然後，在該溶液中加入質量百分濃度為27.95％～38.52％的鋅鹽溶液，攪拌均勻後得到料漿，加入硼酸調整溶液pH值至7～8.5；其次，將所述料漿置於反應釜內，並調節所述反應釜內填充度至55～90％，在25～140℃溫度下恆溫反應0.5～10h後冷卻，室溫靜置1～10天即得白色沉澱物；最後，將所述沉澱物依次過濾、洗滌，在50～90℃溫度下烘乾4～10h後，即得柱狀硼酸鋅粉體。本發明工藝過程簡單、成本低、所得產品純度高。
文檔編號C01B35/12GK102417189SQ20111025162
公開日2012年4月18日 申請日期2011年8月24日 優先權日2011年8月24日
發明者乃學瑛, 劉鑫, 朱東海, 李武, 董亞萍 申請人:中國科學院青海鹽湖研究所