專利名稱：柱狀硼酸鋅的合成方法
技術(shù)領域：
本發(fā)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(shù)：
阻燃劑的種類繁多，其化學結(jié)構(gòu)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，燃燒時無二次污染，此外，還具有較好的熱穩(wěn)定性、不揮發(fā)性等優(yōu)良性能，逐漸成為研發(fā)應用的主流。近年來隨著新的環(huán)保要求和法規(guī)的不斷提出，硼系阻燃劑以其優(yōu)良的阻燃、低毒和抑煙特性正越來越受到人們的關(guān)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(fā)成功，簡稱FB阻燃劑。硼酸鋅外觀為白色或淡黃色結(jié)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，廣泛應用于各種橡膠、塑料、涂料、木材等領域。硼酸鋅除了用作阻燃劑外，加入木材、紙張中還能防霉、 防腐、防蛀，還可以用于醫(yī)藥、防水織物、陶瓷釉藥、涂料防酶劑、殺菌劑、防銹漆等方面。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。當溫度高于300°C時硼酸鋅產(chǎn)生熱分解失去結(jié)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固體附著于材料表面，形成一層覆蓋層，此覆蓋層能夠有效抑制可燃性氣體產(chǎn)生并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(jié)晶水的溫度在200°C左右，由于其所含結(jié)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，更適用于用作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(nèi)外關(guān)于觀-237型硼酸鋅的制備方法有(1)采用硫酸鋅、硼酸、氨水為原料制備七水硼酸鋅，此方法由于反應時間長，產(chǎn)品粒徑較大，粒度分布不均勻而容易出現(xiàn)團聚現(xiàn)象；( 采用硫酸鋅、硼砂、氫氧化鈉為原料制備納米級七水硼酸鋅；C3)采用硫酸鋅和硼砂復分解反應制備七水硼酸鋅，此方法是制備七水硼酸鋅最常用的方法，但此方法制備的產(chǎn)品形貌不均一，此外，反應中有時需要加入表面活性劑，使得反應體系變得復雜化；(4)采用氧化鋅、硫酸鋅和硼砂合成納米水合硼酸鋅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝過程簡單、成本低、所得產(chǎn)品純度高的柱狀硼酸鋅的合成方法。為解決上述問題，本發(fā)明所述的柱狀硼酸鋅的合成方法，其特征在于該方法是指首先將硼砂配制成質(zhì)量百分濃度為2. 92% 5.的溶液；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百
3分濃度為27. 95% 38. 52%的鋅鹽溶液，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液pH值至 7. 0 8. 5 ；其次，將所述料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)所述反應釜內(nèi)填充度至55 90%，在 25 140°C溫度下恒溫反應0. 5 IOh后冷卻，室溫靜置1 10天即得白色沉淀物；最后， 將所述沉淀物依次過濾、洗滌，在50 90°C溫度下烘干4 IOh后，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(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比合成過程簡單，反應條件溫和，并且通過工藝條件的控制可以制備出不同長徑比的柱狀硼酸鋅粉體，使得形貌易于控制。2、由于本發(fā)明原料易得，因此，生產(chǎn)成本低廉。3、采用本發(fā)明方法獲得的硼酸鋅產(chǎn)品微觀形貌較好、產(chǎn)品純度高。經(jīng)XRD衍射分析(荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X，Pert PRO型X-ray衍射儀，Cu靶，2 θ 5° 70°，電流 30mA,電壓40kV)，產(chǎn)品分子式為2Ζη0 · 3Β203 · 7H20，基本上不含其它雜質(zhì)項，說明產(chǎn)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(chǎn)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(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖1為本發(fā)明制備的柱狀硼酸鋅XRD衍射圖。圖2為本發(fā)明制備的柱狀硼酸鋅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制成質(zhì)量百分濃度為 3. 75%的溶液于0. 5L的三口瓶內(nèi)；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為20. 46%的鋅鹽溶液——氯化鋅溶液，調(diào)整氯化鋅與硼砂的摩爾比為2 1，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至7. 2 ；其次，將料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)填充度至70%，同時將反應釜升溫至100°C，恒溫反應Ih后冷卻，室溫靜置1天后即得白色沉淀物；最后，將沉淀物依次過濾、洗滌至無其它離子存在后，在50°C溫度下烘干IOh后，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制成質(zhì)量百分濃度為 5.的溶液于0. 5L的三口瓶內(nèi)；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為27. 95%的鋅鹽溶液一硫酸鋅溶液，調(diào)整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為1 1，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至8. 5 ；其次，將料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)填充度至90%，同時將反應釜升溫至100°C，恒溫反應IOh后冷卻，室溫靜置8天后即得白色沉淀物；最后，將沉淀物依次過濾、洗滌至無其它離子存在后，在90°C溫度下烘干4h后，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制成質(zhì)量百分濃度為 3. 20%的溶液于0. 5L的三口瓶內(nèi)；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為37. 38%的鋅鹽溶液——硫酸鋅溶液，調(diào)整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為2. 6 1，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至7. 0 ；其次，將料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)填充度至55%，同時將反應釜升溫至140°C，恒溫反應0.證后冷卻，室溫靜置10天后即得白色沉淀物；最后， 將沉淀物依次過濾、洗滌至無其它離子存在后，在70°C溫度下烘干他后，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制成質(zhì)量百分濃度為 3. 75%的溶液于0. 5L的三口瓶內(nèi)；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為35. 94%的鋅鹽溶液——硝酸鋅溶液，調(diào)整硝酸鋅與硼砂的摩爾比為2.1 1，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至7. 4 ；其次，將料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)填充度至60%，同時將反應釜升溫至90°C，恒溫反應證后冷卻，室溫靜置5天后即得白色沉淀物；最后，將沉淀物依次過濾、洗滌至無其它離子存在后，在60°C溫度下烘干幾后，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制成質(zhì)量百分濃度為 3. 55%的溶液于0. 5L的三口瓶內(nèi)；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為36. 02%的鋅鹽溶液——硫酸鋅溶液，調(diào)整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為2. 2 1，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至7. 8 ；其次，將料漿室溫25°C靜置3天后即得白色沉淀物；最后，將沉淀物依次過濾、洗滌至無其它離子存在后，在70°C溫度下烘干他后，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制成質(zhì)量百分濃度為 2. 92%的溶液于0. 5L的三口瓶內(nèi)；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為38. 52%的鋅鹽溶液——硫酸鋅溶液，調(diào)整硫酸鋅與硼砂的摩爾比為3 1，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至7. 6 ；其次，將料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)填充度至75%，同時將反應釜升溫至110°C，恒溫反應0. 5h后冷卻，室溫靜置2天后即得白色沉淀物；最后，將沉淀物依次過濾、洗滌至無其它離子存在后，在80°C溫度下烘干紐后，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(chǎn)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(fā)中心生產(chǎn)。水熱反應釜，煙臺市招遠松齡儀器設備有限公司生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.柱狀硼酸鋅的合成方法，其特征在于該方法是指首先將硼砂配制成質(zhì)量百分濃度為2. 92% 5.的溶液；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為27. 95% 38. 52%的鋅鹽溶液，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液PH值至7. 0 8. 5 ；其次，將所述料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)所述反應釜內(nèi)填充度至55 90%，在25 140°C溫度下恒溫反應 0. 5 IOh后冷卻，室溫靜置1 10天即得白色沉淀物；最后，將所述沉淀物依次過濾、洗滌，在50 90°C溫度下烘干4 IOh后，即得柱狀硼酸鋅粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的柱狀硼酸鋅的合成方法，其特征在于所述鋅鹽為氯化鋅、硝酸鋅、硫酸鋅中的任意一種可溶性鋅鹽。
3.如權(quán)利要求1所述的柱狀硼酸鋅的合成方法，其特征在于所述鋅鹽與所述硼砂的摩爾比為1 1 3 1。
全文摘要
本發(fā)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制成質(zhì)量百分濃度為2.92％～5.28％的溶液；然后，在該溶液中加入質(zhì)量百分濃度為27.95％～38.52％的鋅鹽溶液，攪拌均勻后得到料漿，加入硼酸調(diào)整溶液pH值至7～8.5；其次，將所述料漿置于反應釜內(nèi)，并調(diào)節(jié)所述反應釜內(nèi)填充度至55～90％，在25～140℃溫度下恒溫反應0.5～10h后冷卻，室溫靜置1～10天即得白色沉淀物；最后，將所述沉淀物依次過濾、洗滌，在50～90℃溫度下烘干4～10h后，即得柱狀硼酸鋅粉體。本發(fā)明工藝過程簡單、成本低、所得產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)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