专利名称：一种纳米级硼酸钙及其用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种硼酸盐化合物，特别是一种可作为阻燃剂的纳米级硼钓化合物。
背景技术：
近年来，随着人们对保护生态和环境意识的增强，以绿色为标志的产品应 运而生，这种绿色产品浪潮对传统的阻燃材料提出了挑战，特别是以多溴二苯 醚为代表的卣素阻燃剂因毒性和腐蚀性问题而受到严峻挑战。阻燃剂的无卣化、无毒化、复合化和抑烟化己成为21世纪阻燃剂的发展趋势。硼酸钙由于没有毒 性和自身的优良特性，在阻燃剂行业越来越受到重视。美国专利US6096816报 道了用颗粒尺寸在3.3 ~ 7.3微米之间的水合硼酸钙作阻燃剂，并以EVA为基材， 利用热交联阻燃组合物的方法，制备出具有良好阻燃性的产品，点燃后不产生 阴燃且形成无毒不燃烧的无机炭。大量研究说明，纳米复合材料的性能比其相 应的宏观或微米级复合材料均有较大的改善，其中材料的热稳定性和阻燃性能 也会较大幅度的提高。发明内容本发明要解决的技术问题是提供 一种可用来作为阻燃剂的纳米级硼酸钙。 为解决上述技术问题，本发明利用水热反应研制了一种纳米级硼酸钙，其特征在于单根纳米线晶体宽度为卯nm-110 nm，长度大于1 化学式为2Ca0.3B203H20。制备上述纳米级硼酸钙的方法是向高压釜中按照32: 1: 4的摩尔比加入 硼酸、硼砂和氧化铐，再加入蒸馏水160 200ml使反应物的pH值达到5~6, 在密闭条件下使反应在230 245'C下进行3 4小时，将产物移至烧杯，加满蒸馏水静置后倒去上部澄清液，如此反复洗涤至pH值达到中性后干燥，即得到产 物，反应釜的填充度在0.50-0.75之间。本反应机理是随着反应温度的提高， 在接近但未达到(234士2)。C时，形成2Ca0.5B203.5H20和4Ca0.5B203'7H20混合 物。这两种化合物的阴离子基团是含(OH)基的5个硼原子的双六元环，将其阴离子基团的离子化学通式写成[B506+a(OH)b]Pa+b+"—,当温度达到或超过234°C时，含硼酸的热水体系溶解和破坏[B506^(OH)b]Pa+b+"—，其溶解过程为[B506+a(OH)b] (2a+b-3)_+(a+6) H20 = (8 - 2a - b) B(OH)3+(2a+b - 3) B(OH)4_ 故在24(TC下，含高硼酸浓度溶液中的B50s(OH)2 —发生解聚，经过如下反应3 B(OH)3-B303(OHV+H++2H20B303(OHV +H20-B303(OH)52— +H+B303(OH)52 ^B304(OH)32_ +H20B304(OH)32>^B305(OH)2— +H20B305(OH)2_ + Ca2+= CaB305(OHn 最终合成了 CaB305(OH),即化学式为2Ca03B203'H20。纳米级硼酸钙添加于聚合物体系中，用于橡胶、尼龙、塑料、油漆、玻璃 钢、涂料、纸张等行业的阻燃。硼酸钙纳米复合材料作为复合阻燃使用的原理是，将纳米硼酸钩分散在聚 合物基体中，行成纳米尺寸的结构微区，其线间距一般在零点几到几个纳米， 它们不仅可以让聚合物插入纳米尺寸的夹层空间中，形成"插线型纳米复合材 料"，而且，无机夹层还会被聚合物撑开形成长径比很大的聚合状无机物，均匀 地分散在聚合物的基体中，形成"线离型纳米复合材料"。利用此特性，形成的 无机/聚合物纳米复合材料，在热分解和燃烧过程中，能形成炭及无机盐多层结 构，起到隔热及阻止可燃气体逸出的作用，使高聚物得以阻燃。将硼酸钙阻燃剂颗粒纳米化，添加于聚合物体系中，形成无机/有机纳米复 合材料，从而提高其阻燃性能；对其进行表面改性，可以减少对聚合物的机械 力学性能的影响。本发明采用水热法制备纳米硼酸钙制得的粉体粒度分布窄，团聚程度低，成分纯净，而且制备过程污染小、成本低，顺应了世界阻燃剂巿 场的发展潮流，必将对我国阻燃剂的生产及应用产生积极的影响。本发明提供的纳米级硼酸钙还可以应用在纳米级玻璃纤维中，其在绝热、 吸音、过滤、增强、摩擦材料等领域有良好的应用前景。
图l是，对本发明制备的纳米线硼酸钙放大10000倍的场发射扫描电镜照片。具体实施例在容积为0.5L、最高工作压力12MPa、搅拌速度0~1000r/min的高压釜中， 加入0.8mol硼酸、0.025mol硼砂、O.lmol氧化钩，再加入蒸馏水180ml，调节 反应物pH值达到5 ~ 6,密封高压釜在24(TC下恒温3小时后将产物移至烧杯， 加满蒸馏水静置后倒去上部澄清液，如此反复洗涤至pH值达到中性后，放入烘 箱内在6(TC左右温度下干燥4小时，即得到产物。采用日本电子公司生产的JSM-6700F场发射扫描电镜对上述实施例中的产 物的微观形貌、粒度大小进行表征。测试条件拍摄模式为LEI，电压5kV。
权利要求
1、一种纳米级硼酸钙，其特征在于单根纳米线晶体宽度为90nm～110nm，长度大于1μm，化学式为2CaO·3B2O3·H2O。
2、 按权利要求1所述的纳米级硼酸钙的制造方法，其特征在于向高压釜中按照 32: 1: 4的摩尔比加入硼酸、硼砂和氧化钾，再加入蒸馏水160 ~ 200 ml使反 应物的pH值达到5 ~ 6，在密闭条件下使反应在230 ~ 245'C下进行3 ~ 4小时， 将产物移至烧杯，加满蒸馏水静置后倒去上部澄清液，如此反复洗涤至pH值达 到中性后干燥。
3、 权利要求l所述的纳米级硼酸钙添加于聚合物体系中，用于橡胶、尼龙、塑 料、油漆、玻璃钢、涂料、纸张等行业的阻燃。
全文摘要
本发明涉及一种纳米级硼酸钙及其用途。本发明采用向高压釜中按照32∶1∶4的摩尔比加入硼酸、硼砂和氧化钙，再加入蒸馏水160～200ml使反应物的pH值达到5～6，反应釜的填充度在0.50～0.75之间，在密闭条件下使反应在230～245℃下进行3～4小时，将产物移至烧杯，加满蒸馏水静置后倒去上部澄清液，如此反复洗涤至pH值达到中性后干燥，即得到产品。该产品单根纳米线晶体宽度为90nm～110nm，长度大于1μm，化学式为2CaO·3B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·H<sub>2</sub>O。纳米级硼酸钙可添加于聚合物体系中，用于橡胶、尼龙、塑料、油漆、玻璃钢、涂料、纸张等行业的阻燃。
文档编号C01B35/00GK101239725SQ200810087319
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者峰 余, 卢希龙, 曹惠峰, 曹春娥, 沈华荣, 熊春华, 郑乃章, 陈云霞 申请人:景德镇陶瓷学院