[发明专利]一种超细低水合硼酸锌制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备纳米级硼酸锌的方法。特别是一种超细低水合硼酸锌制备方法。

背景技术

硼酸锌属于膨胀系无机阻燃剂，已知的晶体构型大约有十余种，其中2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O型(简称2335型)硼酸锌晶体因具有较少的结晶水含量，以及较高的失结晶水温度点，而被作为硼系阻燃剂的代表被广泛应用。

随着塑料、橡胶、树脂等有机高分子材料的发展，要求减少无机阻燃剂的加入量，并保持有机基质材料的硬度、韧性等物理特性，因此新型硼酸锌制备方法的研究已成为阻燃剂研究领域的热点之一，其主要研究方向包括对其进行表面改性、微细化、微胶囊化等。

纳米硼酸锌是指晶体颗粒的一次粒粒径在几十纳米至100纳米左右的超细硼酸锌微粒的统称。由于其所具有高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。所以纳米硼酸锌所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于一般硼酸锌在粗晶状态时的性质。与传统晶体硼酸锌材料相比，纳米硼酸锌具有高强度-硬度、高扩散性、高塑性-韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米硼酸锌广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、特殊导体、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、润滑剂等领域。

国内外已有报道中所合成的硼酸锌主要是微米级(1-10μm)，少数可达到亚微米级(0.5～1μm)，很难以达到纳米级(1～100nm)。上世纪90年代以来，我国一些科研单位和大专院校开始开展纳米级硼酸锌超细颗粒合成方法的研究。目前已知的主要合成方法包括：水热法、微波化学法、超重力化学反应法、微乳合成法、固相合成法等。这些方法均以微米级普通硼酸锌合成工艺中的氧化锌法、氢氧化锌法、硼砂-硫酸锌复分解法为基础，利用高温、超重力、微波环境、微乳液环境等特殊反应条件控制反应中硼酸锌晶核生长，从而获得纳米级硼酸锌。由于需要建立特殊的反应条件，其生产设备成本高、反应条件严苛，大都难以实现规模化生产。

中国专利97109105.6所描述的超细硼酸锌颗粒粒径在0.1～10微米之间，属于微米级及亚微米级颗粒。中国专利200410046978.8描述了一种以硼酸和氧化锌为主要原料，固相合成纳米级硼酸锌的方法；中国专利200710113285.X描述了一种以硼酸、硼砂、硫酸锌为主要原料，通过液相反应获得纳米级硼酸锌的方法，这两种方法所得纳米级硼酸锌均应为无定形颗粒或近无定形晶体颗粒，不具备2335型硼酸锌的优良阻燃性能。中国专利200610028724.2，是硼砂-硫酸锌复分解法的衍生方法，可获得2335型纳米级硼酸锌。由于其基本条件为水热法，生产周期长，料液中产物含量低，能耗高，难以实现规模化的工业生产。因此，本发明将提供一种超细低水合硼酸锌制备方法，并以此实现2335型纳米级硼酸锌的规模化生产。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服目前硼酸锌制造过程中存在的晶体构型不确定以及反应时间长、能耗高、成本高等问题和不足而提出的。即提供一种超细低水合硼酸锌制备方法，生产2335型纳米级硼酸锌。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

该超细低水合硼酸锌制备方法，其特征在于：该方法以硼酸、无机碱、锌盐为主要原料，经过如下步骤制备纳米级2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O型硼酸锌晶体颗粒：

1)将锌盐溶解于无离子水中，加热使其完全溶解，制备0.5～2.5mol/L的溶液；

2)将无机碱溶解于无离子水中，制备3.0～8.0mol/L的碱溶液；

3)将1)、2)中所描述的两种溶液混合，在20℃～80℃恒温条件下快速搅拌20～60分钟，获得含超细氢氧化锌的浊液；

4)向3)中所述氢氧化锌悬浊液中添加无离子水，将氢氧化锌固形物含量调整至0.1~5mol/L。

5)按4)中氢氧化锌摩尔量的1～6倍加入硼酸，同时加入非离子型表面活性剂，其用量为固液总量的0.1％～0.5％，在20℃～80℃恒温条件下快速搅拌20～60分钟。离心收获沉淀，用无离子水洗涤2～4次后干燥即得超细低水合硼酸锌。

其特所述的无机碱为氢氧化钠、氢氧化钾、浓氨水中的一种。

其所述的锌盐为硫酸锌、氯化锌、硝酸锌中的一种。