CN102417189B - 柱状硼酸锌的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柱状硼酸锌的合成方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为2.92％～5.28％的溶液；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为27.95％～38.52％的锌盐溶液，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至7～8.5；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55～90％，在25～140℃温度下恒温反应0.5～10h后冷却，室温静置1～10天即得白色沉淀物；最后，将所述沉淀物依次过滤、洗涤，在50～90℃温度下烘干4～10h后，即得柱状硼酸锌粉体。本发明工艺过程简单、成本低、所得产品纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及无机材料领域，尤其涉及柱状硼酸锌的合成方法。
背景技术
阻燃剂的种类繁多，其化学结构及使用方法也各不相同。阻燃剂可分为有机阻燃剂及无机阻燃剂。两种阻燃剂中，无机阻燃剂无毒、无腐蚀，燃烧时无二次污染，此外，还具有较好的热稳定性、不挥发性等优良性能，逐渐成为研发应用的主流。近年来随着新的环保要求和法规的不断提出，硼系阻燃剂以其优良的阻燃、低毒和抑烟特性正越来越受到人们的关注。
硼酸锌是一种新型的无机添加型阻燃剂，它最早是由美国硼砂和化学品公司在20世纪70年代开发成功，简称FB阻燃剂。硼酸锌外观为白色或淡黄色结晶粉末，是一种多功能添加剂，具有阻燃、抑烟、抑制燃烧和高温下防止生成熔滴等多种功效，广泛应用于各种橡胶、塑料、涂料、木材等领域。硼酸锌除了用作阻燃剂外，加入木材、纸张中还能防霉、防腐、防蛀，还可以用于医药、防水织物、陶瓷釉药、涂料防酶剂、杀菌剂、防锈漆等方面。硼酸锌及其衍生物用化学式可表示为xZnO·yB2O3·zH2O，按照组成不同常用的硼酸锌有许多牌号：2ZnO·3B2O3·nH2O(n＝2.8～3.2，7，9)，ZB-112型(ZnO·B2O3·2H2O)，ZB-411型(4ZnO·B2O3·H2O)。
硼酸锌阻燃剂的阻燃机理可归纳为吸热及稀释作用、覆盖作用和抑制链反应等三个方面。当温度高于300℃时硼酸锌产生热分解失去结晶水，此时硼酸锌中的部分锌以氧化锌或氢氧化锌的形式进入气相，起到吸热冷却和稀释空气中氧气的作用，此外，硼酸锌分解生成的B2O3固体附着于材料表面，形成一层覆盖层，此覆盖层能够有效抑制可燃性气体产生并阻止氧化及热分解作用的进一步进行。
ZB-237型硼酸锌其失去结晶水的温度在200℃左右，由于其所含结晶水比2335型硼酸锌多，因而其阻燃效果比2335型硼酸锌还要好，更适用于用作200℃以下加工的聚合物材料及其它材料的阻燃剂。目前，国内外关于ZB-237型硼酸锌的制备方法有：(1)采用硫酸锌、硼酸、氨水为原料制备七水硼酸锌，此方法由于反应时间长，产品粒径较大，粒度分布不均匀而容易出现团聚现象；(2)采用硫酸锌、硼砂、氢氧化钠为原料制备纳米级七水硼酸锌；(3)采用硫酸锌和硼砂复分解反应制备七水硼酸锌，此方法是制备七水硼酸锌最常用的方法，但此方法制备的产品形貌不均一，此外，反应中有时需要加入表面活性剂，使得反应体系变得复杂化；(4)采用氧化锌、硫酸锌和硼砂合成纳米水合硼酸锌。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺过程简单、成本低、所得产品纯度高的柱状硼酸锌的合成方法。
为解决上述问题，本发明所述的柱状硼酸锌的合成方法，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2.92％～5.28％的溶液；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为27.95％～38.52％的锌盐溶液，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至7.0～8.5；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55～90％，在25～140℃温度下恒温反应0.5～10h后冷却，室温静置1～10天即得白色沉淀物；最后，将所述沉淀物依次过滤、洗涤，在50～90℃温度下烘干4～10h后，即得柱状硼酸锌粉体。
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∶1～3∶1。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明与现有技术相比合成过程简单，反应条件温和，并且通过工艺条件的控制可以制备出不同长径比的柱状硼酸锌粉体，使得形貌易于控制。
2、由于本发明原料易得，因此，生产成本低廉。
3、采用本发明方法获得的硼酸锌产品微观形貌较好、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)，产品分子式为2ZnO·3B2O3·7H2O，基本上不含其它杂质项，说明产品纯度较高(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(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为本发明制备的柱状硼酸锌XRD衍射图。
图2为本发明制备的柱状硼酸锌100倍SEM电子扫描图。
具体实施方式
实施例1柱状硼酸锌的合成方法，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20.46％的锌盐溶液——氯化锌溶液，调整氯化锌与硼砂的摩尔比为2∶1，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至7.2；其次，将料浆置于反应釜内，并调节反应釜内填充度至70％，同时将反应釜升温至100℃，恒温反应1h后冷却，室温静置1天后即得白色沉淀物；最后，将沉淀物依次过滤、洗涤至无其它离子存在后，在50℃温度下烘干10h后，即得柱状硼酸锌粉体。
实施例2柱状硼酸锌的合成方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为5.28％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27.95％的锌盐溶液——硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为1∶1，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至8.5；其次，将料浆置于反应釜内，并调节反应釜内填充度至90％，同时将反应釜升温至100℃，恒温反应10h后冷却，室温静置8天后即得白色沉淀物；最后，将沉淀物依次过滤、洗涤至无其它离子存在后，在90℃温度下烘干4h后，即得柱状硼酸锌粉体。
实施例3柱状硼酸锌的合成方法，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37.38％的锌盐溶液——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，加入硼酸调整溶液pH值至7.0；其次，将料浆置于反应釜内，并调节反应釜内填充度至55％，同时将反应釜升温至140℃，恒温反应0.5h后冷却，室温静置10天后即得白色沉淀物；最后，将沉淀物依次过滤、洗涤至无其它离子存在后，在70℃温度下烘干8h后，即得柱状硼酸锌粉体。
实施例4柱状硼酸锌的合成方法，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35.94％的锌盐溶液——硝酸锌溶液，调整硝酸锌与硼砂的摩尔比为2.1∶1，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至7.4；其次，将料浆置于反应釜内，并调节反应釜内填充度至60％，同时将反应釜升温至90℃，恒温反应5h后冷却，室温静置5天后即得白色沉淀物；最后，将沉淀物依次过滤、洗涤至无其它离子存在后，在60℃温度下烘干7h后，即得柱状硼酸锌粉体。
实施例5柱状硼酸锌的合成方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为3.55％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36.02％的锌盐溶液——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，加入硼酸调整溶液pH值至7.8；其次，将料浆室温25℃静置3天后即得白色沉淀物；最后，将沉淀物依次过滤、洗涤至无其它离子存在后，在70℃温度下烘干6h后，即得柱状硼酸锌粉体。
实施例6柱状硼酸锌的合成方法，该方法是指首先将硼砂配制成质量百分浓度为2.92％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38.52％的锌盐溶液——硫酸锌溶液，调整硫酸锌与硼砂的摩尔比为3∶1，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至7.6；其次，将料浆置于反应釜内，并调节反应釜内填充度至75％，同时将反应釜升温至110℃，恒温反应0.5h后冷却，室温静置2天后即得白色沉淀物；最后，将沉淀物依次过滤、洗涤至无其它离子存在后，在80℃温度下烘干5h后，即得柱状硼酸锌粉体。
上述实施例1～6中硫酸锌、硝酸锌、氯化锌、硼酸、硼砂均为分析纯，生产厂家分别为：烟台双双化工有限公司、洛阳昊华化学试剂有限公司、天津市大茂化学试剂厂、天津市永大化学试剂开发中心生产。水热反应釜，烟台市招远松龄仪器设备有限公司生产。
Claims (2)
1.柱状硼酸锌的合成方法，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2.92％～5.28％的溶液；然后，在该溶液中加入质量百分浓度为27.95％～38.52％的锌盐溶液，搅拌均匀后得到料浆，加入硼酸调整溶液pH值至7.0～8.5；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55～90％，在25～140℃温度下恒温反应0.5～10h后冷却，室温静置1～10天即得白色沉淀物；最后，将所述沉淀物依次过滤、洗涤，在50～90℃温度下烘干4～10h后，即得分子式为2ZnO·3B2O3·7H2O的柱状硼酸锌粉体；所述锌盐与所述硼砂的摩尔比为1∶1～3∶1。
2.如权利要求1所述的柱状硼酸锌的合成方法，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。
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