CN102226299A

CN102226299A - 硼酸锌晶须水热合成新方法

Info

Publication number: CN102226299A
Application number: CN2011101485966A
Authority: CN
Inventors: 刘鑫; 李武; 乃学瑛; 魏明; 边绍菊; 孟庆芬; 朱东海
Original assignee: Qinghai Institute of Salt Lakes Research of CAS
Current assignee: Qinghai Institute of Salt Lakes Research of CAS
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: CN102226299B

Abstract

本发明涉及一种硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为2.0％～5.8％的溶液；然后，在该溶液中加入锌盐溶液，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于反应釜内，并调节反应釜内填充度，同时将反应釜升温至110～160℃，恒温反应1～50h后冷却至室温，得到白色沉淀物；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤、干燥后，即得硼酸锌晶须粉体。本发明合成过程中不加入表面活性剂作为晶型改性剂，而是通过晶体自身的各向异性及反应条件的控制来制备硼酸锌晶须，工艺简单，成本低廉。

Description

硼酸锌晶须水热合成新方法

技术领域

本发明涉及无机材料领域，尤其涉及一种硼酸锌晶须水热合成新方法。

背景技术

晶须是在人工控制条件下以单晶形式生长成的一种纤维，其直径小以致难容纳在大晶体中常出现的缺陷，原子高度有序，因而强度接近于完整晶体的理论值，在工程塑料、涂料及隔热、绝缘材料等领域具有广泛的应用前景。

晶须的发展为高分子材料的增强、新品种、新材料的开发提供了重要的条件，所以晶须作为复合材料组分之一而日益受到人们的重视。晶须增强复合材料不仅可以大大降低材料的成本，而且可以显著地改善材料的各种性能，赋予材料新的特性和功能。

无机晶须材料是高技术新型复合材料中的一员，它具有优良的耐高温、高热、耐腐蚀性能，有良好的机械强度、电绝缘性，具有轻量、高强度、高弹性模量、高硬度等特性，作为塑料、金属、陶瓷的改性增强材料时显示出极佳的物理、化学性能和优异的机械性能。以碳化硅晶须为代表的无机晶须材料增强增韧的金属基、陶瓷基复合材料已应用到机械、电子、化工、国防、能源、环保等领域。可以预计，晶须材料将对国防工业、汽车摩托车工业、航空航天材料工业、塑料工业等多种工业产品的升级换代和提高经济效益具有现实的或潜在的重大促进作用。

硼酸锌是一种新型、多功能且性能十分优异的无机阻燃剂，具有无毒、阻燃、抑烟、促进成炭、防止溶滴、高温下不产生有毒气体等特点，符合当今环保要求，是一种绿色无污染的阻燃剂。目前，硼酸锌广泛应用于高层建筑的橡胶配件、电梯电缆、电缆塑料护套、电器塑料、地毯、电视机外壳和零件、船舶涂料、纤维织物中。除具有阻燃性能外，硼酸锌还兼有清烟、熄灭电弧等功能，加入木材纸张中还能防霉、防蛀，可作为医学、防水织物、涂料的防霉剂、杀菌剂、防腐剂。

硼酸锌晶须是近几年才开发出来的一类功能型材料，兼具了硼酸锌固有的特色，又通过晶须的增强、增韧特性改善基体材料的性能，是一种高性价比的晶须产品，有望在复合材料领域得到广泛应用。

目前，硼酸锌晶须的研究工作尚处于起步阶段，相关的报道非常有限，制备方法主要采用水热法。国内有关硼酸锌晶须的发展状况，大多集中于添加表面活性剂制备纳米级别的硼酸锌晶须粉体，但是，由于体系中表面活性剂的加入，相应地使得母液的后续处理变得复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产成本低的硼酸锌晶须水热合成新方法。

为解决上述问题，本发明所述的硼酸锌晶须水热合成新方法，其特征在于：该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为2.0％～5.8％的溶液；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为13％～40％的锌盐溶液，搅拌均匀后得到料浆；其次，将所述料浆置于反应釜内，并调节所述反应釜内填充度至40～90％，同时将所述反应釜升温至110～160℃，恒温反应1～50h后冷却至室温，得到白色沉淀物；最后，将所述沉淀物依次经过滤、洗涤，在50～90℃温度下干燥4～10h后，即得硼酸锌晶须粉体。

所述锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的任意一种可溶性锌盐。

所述锌盐与所述硼砂的摩尔比为1.6∶1～2.6∶1。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、由于本发明合成过程中不加入表面活性剂作为晶型改性剂，而是通过晶体自身的各向异性及反应条件的控制来制备硼酸锌晶须，因此，母液回收处理工艺简单，成本低廉。

2、由于发明合成的硼酸锌产品工艺条件宽，因此，形貌易于控制。

3、采用本发明方法获得的硼酸锌晶须产品微观形貌较好、产品纯度高。经XRD衍射分析(荷兰帕纳科公司生产的X’Pert PRO型X-ray衍射仪，Cu靶，2θ：5～70°，电流30mA，电压40kV)可知，晶须分子式为4ZnO·B₂O₃·H₂O，基本上不含其它杂质项，说明晶须纯度较高(参见图1)；同时对其进行扫描电子显微镜(SEM)(日本JEOL公司生产的JSM-5610LV型扫描电子显微镜，加速电压20kV，工作距离20mm，束斑22，SEI)分析，可以发现本发明所得晶须长度为10～20μm、直径1～2μm(参见图2)。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明制备的硼酸锌晶须XRD衍射图。

图2为本发明制备的硼酸锌晶须3000倍SEM电子扫描图。

具体实施方式

实施例1硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为4.25％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为33.0％的硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为1.6∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至70％，同时将反应釜升温至120℃，恒温反应16h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化8h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在70℃温度下干燥5h，即得硼酸锌晶须粉体。

实施例2硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为3.75％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为35.2％的硝酸锌溶液，调整硝酸锌与硼砂的摩尔比为2∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至70％，同时将反应釜升温至160℃，恒温反应1h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化5h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在90℃温度下干燥4h，即得硼酸锌晶须粉体。

实施例3硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为3.46％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为20.9％的氯化锌溶液，调整氯化锌与硼砂的摩尔比为2.2∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至60％，同时将反应釜升温至110℃，恒温反应20h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化10h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在80℃温度下干燥5h，即得硼酸锌晶须粉体。

实施例4硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为3.20％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为37.4％的硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为2.6∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至80％，同时将反应釜升温至130℃，恒温反应13h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化6h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在80℃温度下干燥8h，即得硼酸锌晶须粉体。

实施例5硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为2.0％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为13.0％的硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为2.4∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至40％，同时将反应釜升温至120℃，恒温反应10h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化5h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在80℃温度下干燥8h，即得硼酸锌晶须粉体。

实施例6硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为5.80％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为30.0％的硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为1.9∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至70％，同时将反应釜升温至140℃，恒温反应13h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化10h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在60℃温度下干燥8h，即得硼酸锌晶须粉体。

实施例7硼酸锌晶须水热合成新方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为3.75％的溶液于0.5L的三口瓶内；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为40.0％的硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为2.2∶1，搅拌均匀后得到料浆；其次，将料浆置于0.5L反应釜内，并调节反应釜内填充度至90％，同时将反应釜升温至120℃，恒温反应50h后冷却至室温，得到白色沉淀物，陈化10h后开釜取样；最后，将沉淀物依次经过滤、洗涤至无其它离子存在后，在50℃温度下干燥10h，即得硼酸锌晶须粉体。

上述实施例1～7中硼砂、氯化锌、硝酸锌、硫酸锌均为分析纯，生产厂家分别为：天津市永大化学试剂开发中心生产、烟台市双双化工有限公司生产。设备：0.5L水热反应釜，烟台市招远松龄仪器设备有限公司生产；数显鼓风干燥箱，GZX-9030型，上海博迅实业有限公司生产。

Claims

1.硼酸锌晶须水热合成新方法，其特征在于：该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为2.0％～5.8％的溶液；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为13％～40％的锌盐溶液，搅拌均匀后得到料浆；其次，将所述料浆置于反应釜内，并调节所述反应釜内填充度至40～90％，同时将所述反应釜升温至110～160℃，恒温反应1～50h后冷却至室温，得到白色沉淀物；最后，将所述沉淀物依次经过滤、洗涤，在50～90℃温度下干燥4～10h后，即得硼酸锌晶须粉体。

2.如权利要求1所述的硼酸锌晶须水热合成新方法，其特征在于：所述锌盐为氯化锌、硝酸锌、硫酸锌中的任意一种可溶性锌盐。

3.如权利要求2所述的硼酸锌晶须水热合成新方法，其特征在于：所述锌盐与所述硼砂的摩尔比为1.6∶1～2.6∶1。