硼酸鋅

硼酸鋅是一種環保型的非鹵素阻燃劑，無毒、低水溶性、高熱穩定性、粒度小、比重小、分散性好等特點，作為一種高效阻燃劑被廣泛套用在塑膠、橡膠、塗料等領域。

基本介紹

• 中文名：硼酸鋅
• 英文名：zinc borate
• 分子量：434.62
• CAS登錄號：1332-07-6
• 水溶性：不溶於水
• 外觀：白色或淡黃色粉末

基本信息

中文名稱：硼酸鋅

中文別名：硼酸鋅,阻燃劑;阻燃劑ZB;

英文名稱：Zinc Borate

英文別名：Boric acid, zinc salt

CAS號：1332-07-6

分子式：B₂O₆Zn₃

分子量：313.75800

精確質量：309.77600

PSA：138.36000

物化性質

外觀與性狀：白色固體

密度：3.64 g/cm³ (20ºC)

熔點：980ºC

儲存條件：Keep containers tightly closed in a well ventilated area away from food products. Keep away from heat and water.

安全信息

包裝等級：II

危險類別：8

海關編碼：2840200000

危險品運輸編碼：2734

安全說明：S26-S36/37/39-S45

用途

可以作為氧化銻或其它鹵素阻燃劑的多功能增效添加劑，可以有效提高阻燃性能，減少燃燒時煙霧的產生，並可以調節橡塑產品的化學，機械，電等方面的性能。

作為含鹵素等阻燃劑的部分或完全環保替代品，被廣泛的直接套用於塑膠和橡膠的加工，如PVC、PE、PP、增強聚醯胺、聚氯脂、聚苯乙烯、環氧樹脂、聚脂酸乙烯樹脂及天然橡膠，苯乙烯丁二烯橡膠、氯丁橡膠等。可以被套用於紙張、纖維織物、裝飾板、地板革、壁紙、地毯、陶瓷釉料、殺菌劑，塗料的生產中，以提高阻燃性能。還可用於防腐，遠紅外線吸收，木材的防蟲防菌處理等領域。

製備工藝

傳統硼酸鋅的製備

硼酸中和法

1） 硼酸-氫氧化鋅法

2Zn(OH)₂+6H₃BO₃=2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O+7.5H₂O

此法將硼酸和氫氧化鋅按一定的比例投入反應器，控制一定的固液比，於90-100℃下反應5-7h。該路線的優點就是產品單一、無三廢、硼酸的利用率較高。而該法的缺點是所需氫氧化鋅需要現場製備，因此不可避免地產生了副產物和廢水。

2） 硼酸-氧化鋅法

2ZnO+6H₃BO₃=2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O+5.5H₂O

此法的製備條件和硼酸-氫氧化鋅法差不多，並且消除了硼酸-氫氧化鋅法帶來的麻煩，具有工藝簡單、工序少、產品單一等優點，母液可以直接循環使用；但是該法的硼酸和氧化鋅的價格都比較高，所以成本比較高。

3）硼酸鹽-鋅鹽法

美國硼砂與化學品公司在專利中就此法報導了有10多條原料路線，下面是其中一條使用較為普遍的路線。

3.5ZnSO₄+3.5Na₂B₄O₇+0.5ZnO+10H₂O=2(2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O)+3.5Na₂SO₄+2H₃BO₃

此法中硼砂、鋅鹽原料易得，成本較低，在粒度控制上有一定的優勢；但是該法的缺點是反應條件比較苛刻。硼砂是強鹼弱酸鹽，使得體系溶液顯鹼性，鋅以氫氧化鋅微溶物形式存在，使得複分解反應速度減慢，反應時間延長，在一定程度上增加了能耗，提高了產品成本。另外，此方法生成硼酸和硫酸鈉兩種副產物，要將兩種副產物分離出來，母液循環使用，處理工序相當繁雜。

超細硼酸鋅的製備

硼酸鋅阻燃劑粉體的粒徑過大會在基材中分散不理想，添加量高時會惡化材料的使用性能。為了改善硼酸鋅在基材樹脂中的分散性，必須使其粒徑較小及粒徑分布較窄。故阻燃劑細微化，甚至納米化，既可增大阻燃劑與材料的接觸面以提高相容性，還可降低阻燃劑的用量。國外對硼酸鋅的合成和套用已經達到了一定的水平，1990年報導的美國硼砂公司的硼酸鋅新產品是平均粒徑為2-4μm；1992年，硼砂公司又報導了一種硼酸鋅新產品，其失水溫度為413 ℃（比標準硼酸鋅約高110 ℃），因而可用於加工溫度極高的工程塑膠，如聚酮、碸和聚醚亞胺等。

中國所生產的硼酸鋅的粒徑一般為2-8 μm，還不能達到國外的水平，所以對硼酸鋅進行超細化研究日趨重要起來。

武漢大學將氧化鋅和硼酸混合均勻，物質的量比為1：3，加入反應容器，加入水的量為氧化鋅和硼酸總質量的0.01 %-60.00 %，然後攪拌配製成流變態，再放入密閉容器在60-100 ℃溫度下保溫6-12 h，冷至室溫取出產物，在120-140 ℃烘乾即可。此法製備過程不需要過濾，也不需要水洗，反應產率高。

胡云楚發明了一種固相反應製備納米硼酸鋅的方法。將氧化鋅和硼酸分別磨成微米級，然後按照一定的比例，加入總量的1%-5%的硬脂酸鈉、矽烷等表面活性劑或偶聯劑，然後進行球磨或真空球磨，最後得到了納米級的硼酸鋅。

還有人研究了用水熱法製備形貌可控的顆粒狀、棒狀和針狀的低水合硼酸鋅和用溶劑熱改性法製備硼酸鋅，均得到了改性良好的產品。

高溫固相反應製備硼酸鋅

高溫固相反應製備硼酸鋅的研究進行得比較少。通過高溫固相反應製得的硼酸鋅是不含結晶水的，所以阻燃效果可能會下降，但是根據硼酸鹽的阻燃機理，應該還是具有一定的阻燃效果。HubertHuppertz等通過研究發現，在高溫或者是高壓的條件下，ZnO-B₂O₃體系中有4或5種不同結構的硼酸鋅存在，分別為：α-ZnB₄O₇，偏硼酸鋅Zn₄O(BO₂)₆或ZnB₂O₄，Zn₃(BO₃)₂或Zn₅B₄O₁₁，ZnB₆O₁₀（可能存在）和微孔硼酸鋅Zn₄O(BO₃)₂。

高溫固相反應製備硼酸鋅的研究國外進行得比較早。在20世紀90年代初期，日本就有專利報導說，用1 mol的氧化鋅（鋅的氫氧化物、碳酸鋅或活性鋅）平均粒徑≤0.1 μm，和1.0-1.5 mol的硼酸或三氧化二硼於700-900 ℃高溫中反應1-6 h，可以製得硼酸鋅。

阻燃機理

硼酸鹽的阻燃作用主要來自以下幾個方面：

1）能形成玻璃態無機膨脹塗層；

2）能促進成炭；

3）能阻礙揮發性可燃物的逸出；

4）能在高溫下脫水，具有吸熱、發泡及沖稀可燃物的功效。水合硼酸鋅的阻燃機理是：當溫度高於300 ℃時，硼酸鋅熱分解，釋放出結晶水，起到吸熱冷卻作用和稀釋空氣中氧氣的作用。另一方面，在高溫下硼酸鋅分解生成B₂O₃（若材料中含有氯或溴時還生成ZnX₂，ZnOX。X為Cl或Br），附著在聚合物的表面上形成一層覆蓋層，此覆蓋層可抑制可燃性氣體產生，也可阻止氧化反應和熱分解作用。此外，在含鹵材料中，燃燒時還產生BX₃，BX₃與氣相中的水作用生成HX，在火焰中有鹵素原子游離基生成，該游離基能阻止羥基游離基的鏈反應，從而起到阻燃作用。

現狀及前景

硼酸鋅行業屬於法規推動型產業，國內外相關法律法規的相繼出台和逐步完善，影響著整個硼酸鋅行業的格局。不斷完善的政策法律環境為具有資源優勢、規模經濟優勢和研發優勢的企業提供發展的機會。世界硼酸鋅產品正向著多元化、無毒化和多功能消費方向發展。

2012年硼酸鋅生產區域分布比例結構

硼酸鋅生產商除重視國內市場外，還努力開發國外市場，硼酸鋅工業的全球化和競爭加劇。亞洲已成為增速最快的硼酸鋅市場，美國一些硼酸鋅製造商正在將其生產基地轉向亞洲。

我國"十二五"規劃把阻燃材料納入重點發展產業，並且組建了綠色阻燃劑產業技術創新戰略聯盟，為阻燃材料行業的發展提供了政策性的平台。作為無機阻燃劑綠色環保的優勢，硼酸鋅等環保型阻燃劑產品將會迎來政策之風，不斷發展壯大。