硼酸锌是一种环保型的非卤素
阻燃剂,无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、
分散性好等特点,作为一种高效阻燃剂被广泛应用在塑料、橡胶、涂料等领域。
储存条件
将容器密闭在通风良好的地方,远离食品。远离热源和水.
安全信息
包装等级:II
危险类别:8
海关编码:2840200000
危险品运输编码:2734
安全说明:S26-S36/37/39-S45
用途
可以作为
氧化锑或其它
卤素阻燃剂的多功能增效添加剂,可以有效提高阻燃性能,减少燃烧时烟雾的产生,并可以调节橡塑产品的化学,机械,电等方面的性能。
作为含卤素等阻燃剂的部分或完全环保替代品,被广泛的直接应用于塑料和橡胶的加工,如PVC、PE、PP、增强聚酰胺、聚氯脂、
聚苯乙烯、环氧树脂、聚脂酸
乙烯树脂及
天然橡胶,
苯乙烯丁二烯橡胶、
氯丁橡胶等。可以被应用于纸张、纤维织物、装饰板、
地板革、壁纸、地毯、
陶瓷釉料、
杀菌剂,涂料的生产中,以提高阻燃性能。还可用于防腐,
远红外线吸收,木材的防虫防菌处理等领域。
制备工艺
传统硼酸锌的制备
2Zn(OH)2+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+7.5H2O
此法将硼酸和氢氧化锌按一定的比例投入反应器,控制一定的固液比,于90-100℃下反应5-7h。该路线的优点就是产品单一、无
三废、硼酸的利用率较高。而该法的缺点是所需氢氧化锌需要现场制备,因此不可避免地产生了副产物和废水。
2ZnO+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+5.5H2O
此法的制备条件和硼酸-
氢氧化锌法差不多,并且消除了硼酸-氢氧化锌法带来的麻烦,具有工艺简单、工序少、产品单一等优点,
母液可以直接循环使用;但是该法的硼酸和氧化锌的价格都比较高,所以成本比较高。
美国硼砂与化学品公司在专利中就此法报道了有10多条原料路线,下面是其中一条使用较为普遍的路线。
3.5ZnSO4+3.5Na2B4O7+0.5ZnO+10H2O=2(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+3.5Na2SO4+2H3BO3
此法中硼砂、锌盐原料易得,成本较低,在粒度控制上有一定的优势;但是该法的缺点是反应条件比较苛刻。硼砂是
强碱弱酸盐,使得体系溶液显碱性,锌以
氢氧化锌微溶物形式存在,使得
复分解反应速度减慢,反应时间延长,在一定程度上增加了能耗,提高了产品成本。另外,此方法生成
硼酸和
硫酸钠两种副产物,要将两种副产物分离出来,
母液循环使用,处理工序相当繁杂。
超细硼酸锌的制备
硼酸锌
阻燃剂粉体的粒径过大会在基材中分散不理想,添加量高时会恶化材料的使用性能。为了改善硼酸锌在基材树脂中的
分散性,必须使其粒径较小及
粒径分布较窄。故阻燃剂细微化,甚至纳米化,既可增大阻燃剂与材料的接触面以提高相容性,还可降低阻燃剂的用量。国外对硼酸锌的合成和应用已经达到了一定的水平,1990年报道的美国硼砂公司的硼酸锌新产品是平均粒径为2-4μm;1992年,硼砂公司又报道了一种硼酸锌新产品,其失水温度为413 ℃(比标准硼酸锌约高110 ℃),因而可用于加工温度极高的
工程塑料,如
聚酮、砜和聚醚
亚胺等。
中国所生产的硼酸锌的粒径一般为2-8 μm,还不能达到国外的水平,所以对硼酸锌进行超细化研究日趋重要起来。
武汉大学将
氧化锌和
硼酸混合均匀,物质的量比为1:3,加入
反应容器,加入水的量为氧化锌和硼酸总质量的0.01 %-60.00 %,然后搅拌配制成流变态,再放入密闭容器在60-100 ℃温度下保温6-12 h,冷至室温取出产物,在120-140 ℃烘干即可。此法制备过程不需要过滤,也不需要水洗,反应产率高。
胡云楚发明了一种
固相反应制备纳米硼酸锌的方法。将氧化锌和硼酸分别磨成微米级,然后按照一定的比例,加入总量的1%-5%的
硬脂酸钠、
硅烷等
表面活性剂或
偶联剂,然后进行球磨或真空球磨,最后得到了纳米级的硼酸锌。
还有人研究了用水热法制备形貌可控的颗粒状、棒状和针状的低
水合硼酸锌和用溶剂热改性法制备硼酸锌,均得到了改性良好的产品。
高温固相反应制备硼酸锌
高温固相反应制备硼酸锌的研究进行得比较少。通过高温固相反应制得的硼酸锌是不含
结晶水的,所以阻燃效果可能会下降,但是根据
硼酸盐的
阻燃机理,应该还是具有一定的阻燃效果。HubertHuppertz等通过研究发现,在高温或者是高压的条件下,ZnO-B2O3体系中有4或5种不同结构的硼酸锌存在,分别为:α-ZnB4O7,偏硼酸锌Zn4O(BO2)6或ZnB2O4,Zn3(BO3)2或Zn5B4O11,ZnB6O10(可能存在)和微孔硼酸锌Zn4O(BO3)2。
高温
固相反应制备硼酸锌的研究国外进行得比较早。在20世纪90年代初期,日本就有专利报道说,用1 mol的
氧化锌(锌的
氢氧化物、
碳酸锌或
活性锌)平均粒径≤0.1 μm,和1.0-1.5 mol的
硼酸或
三氧化二硼于700-900 ℃高温中反应1-6 h,可以制得硼酸锌。
阻燃机理
2)能促进成炭;
4)能在高温下脱水,具有吸热、发泡及冲稀可燃物的功效。
水合硼酸锌的
阻燃机理是:当温度高于300 ℃时,硼酸锌热分解,释放出
结晶水,起到吸热冷却作用和稀释空气中
氧气的作用。另一方面,在高温下硼酸锌分解生成B2O3(若材料中含有氯或溴时还生成ZnX2,ZnOX。X为Cl或Br),附着在聚合物的表面上形成一层覆盖层,此覆盖层可抑制
可燃性气体产生,也可阻止氧化反应和热分解作用。此外,在含卤材料中,燃烧时还产生BX3,BX3与气相中的水作用生成HX,在火焰中有卤素原子游离基生成,该游离基能阻止
羟基游离基的
链反应,从而起到阻燃作用。
现状及前景
硼酸锌行业属于法规推动型产业,国内外相关法律法规的相继出台和逐步完善,影响着整个硼酸锌行业的格局。不断完善的政策法律环境为具有资源优势、
规模经济优势和研发优势的企业提供发展的机会。世界硼酸锌产品正向着多元化、无毒化和多功能消费方向发展。
硼酸锌生产商除重视国内市场外,还努力开发国外市场,硼酸锌工业的全球化和竞争加剧。亚洲已成为增速最快的硼酸锌市场,美国一些硼酸锌制造商正在将其生产基地转向亚洲。
阻燃材料纳入重点发展产业,并且组建了绿色
阻燃剂产业技术创新战略联盟,为阻燃材料行业的发展提供了政策性的平台。作为
无机阻燃剂绿色环保的优势,硼酸锌等
环保型阻燃剂产品将会迎来政策之风,不断发展壮大。