[發(fā)明專利]一種超細(xì)低水合硼酸鋅制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910014457.7
• 申請日: 2009-02-27
• 公開（公告）號: CN101486469A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 甄曰菊;司同
• 申請（專利權(quán)）人: 甄曰菊
• 主分類號: C01B35/12
• 分類號: C01B35/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備納米級硼酸鋅的方法。特別是一種超細(xì)低水合硼酸鋅制備方法。

背景技術(shù)

硼酸鋅屬于膨脹系無機(jī)阻燃劑，已知的晶體構(gòu)型大約有十余種，其中2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O型(簡稱2335型)硼酸鋅晶體因具有較少的結(jié)晶水含量，以及較高的失結(jié)晶水溫度點(diǎn)，而被作為硼系阻燃劑的代表被廣泛應(yīng)用。

隨著塑料、橡膠、樹脂等有機(jī)高分子材料的發(fā)展，要求減少無機(jī)阻燃劑的加入量，并保持有機(jī)基質(zhì)材料的硬度、韌性等物理特性，因此新型硼酸鋅制備方法的研究已成為阻燃劑研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一，其主要研究方向包括對其進(jìn)行表面改性、微細(xì)化、微膠囊化等。

納米硼酸鋅是指晶體顆粒的一次粒粒徑在幾十納米至100納米左右的超細(xì)硼酸鋅微粒的統(tǒng)稱。由于其所具有高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。所以納米硼酸鋅所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)，往往不同于一般硼酸鋅在粗晶狀態(tài)時的性質(zhì)。與傳統(tǒng)晶體硼酸鋅材料相比，納米硼酸鋅具有高強(qiáng)度-硬度、高擴(kuò)散性、高塑性-韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率、強(qiáng)軟磁性能。這些特殊性能使納米硼酸鋅廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、特殊導(dǎo)體、超微復(fù)合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、潤滑劑等領(lǐng)域。

國內(nèi)外已有報(bào)道中所合成的硼酸鋅主要是微米級(1-10μm)，少數(shù)可達(dá)到亞微米級(0.5～1μm)，很難以達(dá)到納米級(1～100nm)。上世紀(jì)90年代以來，我國一些科研單位和大專院校開始開展納米級硼酸鋅超細(xì)顆粒合成方法的研究。目前已知的主要合成方法包括：水熱法、微波化學(xué)法、超重力化學(xué)反應(yīng)法、微乳合成法、固相合成法等。這些方法均以微米級普通硼酸鋅合成工藝中的氧化鋅法、氫氧化鋅法、硼砂-硫酸鋅復(fù)分解法為基礎(chǔ)，利用高溫、超重力、微波環(huán)境、微乳液環(huán)境等特殊反應(yīng)條件控制反應(yīng)中硼酸鋅晶核生長，從而獲得納米級硼酸鋅。由于需要建立特殊的反應(yīng)條件，其生產(chǎn)設(shè)備成本高、反應(yīng)條件嚴(yán)苛，大都難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

中國專利97109105.6所描述的超細(xì)硼酸鋅顆粒粒徑在0.1～10微米之間，屬于微米級及亞微米級顆粒。中國專利200410046978.8描述了一種以硼酸和氧化鋅為主要原料，固相合成納米級硼酸鋅的方法；中國專利200710113285.X描述了一種以硼酸、硼砂、硫酸鋅為主要原料，通過液相反應(yīng)獲得納米級硼酸鋅的方法，這兩種方法所得納米級硼酸鋅均應(yīng)為無定形顆粒或近無定形晶體顆粒，不具備2335型硼酸鋅的優(yōu)良阻燃性能。中國專利200610028724.2，是硼砂-硫酸鋅復(fù)分解法的衍生方法，可獲得2335型納米級硼酸鋅。由于其基本條件為水熱法，生產(chǎn)周期長，料液中產(chǎn)物含量低，能耗高，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。因此，本發(fā)明將提供一種超細(xì)低水合硼酸鋅制備方法，并以此實(shí)現(xiàn)2335型納米級硼酸鋅的規(guī)模化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服目前硼酸鋅制造過程中存在的晶體構(gòu)型不確定以及反應(yīng)時間長、能耗高、成本高等問題和不足而提出的。即提供一種超細(xì)低水合硼酸鋅制備方法，生產(chǎn)2335型納米級硼酸鋅。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

該超細(xì)低水合硼酸鋅制備方法，其特征在于：該方法以硼酸、無機(jī)堿、鋅鹽為主要原料，經(jīng)過如下步驟制備納米級2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O型硼酸鋅晶體顆粒：

1)將鋅鹽溶解于無離子水中，加熱使其完全溶解，制備0.5～2.5mol/L的溶液；

2)將無機(jī)堿溶解于無離子水中，制備3.0～8.0mol/L的堿溶液；

3)將1)、2)中所描述的兩種溶液混合，在20℃～80℃恒溫條件下快速攪拌20～60分鐘，獲得含超細(xì)氫氧化鋅的濁液；

4)向3)中所述氫氧化鋅懸濁液中添加無離子水，將氫氧化鋅固形物含量調(diào)整至0.1~5mol/L。

5)按4)中氫氧化鋅摩爾量的1～6倍加入硼酸，同時加入非離子型表面活性劑，其用量為固液總量的0.1％～0.5％，在20℃～80℃恒溫條件下快速攪拌20～60分鐘。離心收獲沉淀，用無離子水洗滌2～4次后干燥即得超細(xì)低水合硼酸鋅。

其特所述的無機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、濃氨水中的一種。

其所述的鋅鹽為硫酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅中的一種。