一种超细2335硼酸锌阻燃剂制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超细2335硼酸锌阻燃剂制备方法，属于无机材料合成技术领域。技术背景
[0002]硼酸锌具有阻燃、抑烟功能，是环保非卤阻燃剂，既可单独使用，也可复配使用，广泛用于塑料、橡胶、电线电缆、电子制品外壳、涂料、油漆等方面，是橡胶输送带和子午线轮胎的专用阻燃原料。硼酸锌种类繁多，其中分子组成为2ΖηΟ.3Β203.3.5H20，也称作2335硼酸锌是最具代表性、阻燃效果较好，应用广泛的阻燃剂。硼酸锌的粒径大小直接影响其在其它材料中的分散性，进而影响阻燃效果和添加量，最终影响生产成本。目前国内生产硼酸锌的粒径大多在3 μπι以上，亚微米级超细2335硼酸锌是其发展的重要方向。
[0003]硼酸锌制备方法主要有三种，即硼酸氧化锌法、硼酸氢氧化锌法和硼砂锌盐法，氧化锌法存在的问题是氧化锌比较贵，氢氧化锌法存在的问题是氢氧化锌需要现场制备，硼砂法成本较低，需要物料循环，处理工序相对复杂。
[0004]CN 1167730Α公开了一种超细硼酸锌阻燃剂的制备方法。该方法以硼酸和氧化锌为主要原料，在70?95°C下添加表面活性剂，反应5.5?8h，干燥温度95°C下，制得2235超细硼酸锌。该方法采用氧化锌法，同时需要表面活性剂，成本较高；该方法反应时间也较长，该方法生产的硼酸锌粒径在2?3 μ m，粒径较大会影响其分散性，进而影响阻燃效果。
[0005]CN 1321060C公开了一种硼酸锌的制备方法。该方法采用氧化锌法，将硼酸和氧化锌先行混合后再加入水呈流变态，在密闭反应器内60?100°C下反应6?12h，120?140°C干燥下，制得硼酸锌。该方法同样存在氧化锌成本高，反应时间长，且流变态反应不易控制硼酸锌粒径，难以获得超细产品，阻燃效果不佳问题。
[0006]CN 101774602A公布了一种粗粒径2335硼酸锌的制备方法。该方法以硼砂、七水硫酸锌和氧化锌为原料，在60?100°C下反应6小时以上，制得中位粒径8?10 μ m的2335硼酸锌。该方法主要问题是反应时间过长，反应温度也较高，其实施例都在90°C以上，且由于只能制备粗粒径硼酸锌，其应用受到限制，只能用于防腐，不能用作阻燃。
[0007]吴志平等在“超细硼酸锌阻燃剂的制备及其性能研宄”论文中，刘向磊等在“超细低水合硼酸锌合成研宄”论文中均对2335硼酸锌制备进行了研宄，前者以硼砂和氯化锌为原料，可合成纳米级硼酸锌，但要采用有机分散剂，存在回收问题，要高速剪切，反应条件苛亥IJ。后者以硼砂、硫酸锌和硼酸为主要原料，以硼酸代替氧化锌，大幅降低了反应时间，该方法存在的问题是反应温度必须在90°C以上，且得到的硼酸锌的粒度只能在6 μπι以下，仍然难以达到较好的阻燃效果。
[0008]综上所述，研制或开发一种能有效降低反应时间、显著降低硼酸锌颗粒粒径，阻燃性能优良的硼酸锌阻燃剂制备方法是非常有现实意义的。
[0009]本发明致力于解决上述现有技术中存在的技术问题，采用特定惰性微球作为分散研磨介质，将反应和粒径控制有机耦合，使反应时间大幅降低，氧化锌用量显著减少，制得2335硼酸锌阻燃剂粒径细小，中位粒径d(50)为0.5?1.5 μ m，阻燃剂的阻燃抑烟性能稳定、优良。
【发明内容】
[0010]本发明提供一种超细2335硼酸锌阻燃剂制备方法，该制备方法所采用的原料及组成如下:
[0011](I)所用原料为硼砂、硼酸、硫酸锌、氧化锌、水，所用分散和研磨介质为惰性微球；
[0012](2)上述原料中硼砂是十水硼砂，硫酸锌是七水硫酸锌，惰性微球材质为氧化锆；
[0013](3)上述各原料的质量组成为:硼砂10?18%、硼酸10?16%、硫酸锌7?15%、氧化锌0.1?1%，水55?75% ；
[0014](4)优选的上述原料质量组成为:硼砂13?15%、硼酸12?14%、硫酸锌10?12%、氧化锌0.4?0.6%，水60?70% ；
[0015](5)氧化错微球是单一粒径或多种粒径组合，微球粒径范围为O?5mm，优选O?3mm ；
[0016]2335硼酸锌阻燃剂制备方法包括如下操作步骤:
[0017]a.在反应器内加入一定量的水；
[0018]b.向a中加入一定粒度、一定量惰性微球并搅拌、升温；
[0019]c.当温度升到50?70°C向b中加入硼砂和硼酸，使其溶解完全；
[0020]d.向c中加入硫酸锌和氧化锌，控制反应温度80°C左右，反应3?4h，停止反应；
[0021]e.反应结束后将d中惰性微球分离，反应物料经过滤、洗涤，滤液回收，滤饼经干燥得到超细2335硼酸锌。
[0022]按照本发明所述原料、组成、操作参数与步骤，可制得超细硼酸锌阻燃剂，其分子组成为2ΖηΟ.3Β203.3.5Η20，即2335硼酸锌；其粒径细小，中位粒径d (50)为0.5?1.5 μ m，阻燃剂的阻燃抑烟性能稳定、优良。
[0023]以下结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
[0024]图1是本发明的超细2335硼酸锌阻燃剂制备工艺流程示意图。
【具体实施方式】
[0025]示范性实施例是对本发明的进一步描述，但这些实施例不构成对本发明的任何限制。
[0026]实施例1
[0027]首先在反应器内加入1500ml水，100g粒径2.3?3.0mm氧化锆微球，开启搅拌，升温到70°C，加入300g硼酸和350g十水硼砂，待完全溶解后，加入250g七水硫酸锌和1g氧化锌，控制反应温度为80°C，反应3.5h，反应结束后用滤网分离出惰性微球并趁热过滤，用热水洗涤滤饼2次，滤液回收，滤饼于80°C下干燥2.5h，即得硼酸锌阻燃剂，其组成为2ΖηΟ.3Β203.3.5H20，中位粒径 d(50)为 0.918 μπι。
[0028]实施例2
[0029]首先在反应器内加入2000ml水，500g 1.0?1.8mm粒径和500g 2.3?3.0mm粒径氧化锆微球，开启搅拌，升温到70°C，加入380g硼酸和420g十水硼砂，待完全溶解后，加入350g七水硫酸锌和15g氧化锌，控制反应温度为80°C，反应4h，反应结束后用滤网分离掉惰性微球并趁热过滤，用热水洗涤滤饼2次，滤液回收，滤饼于80°C下干燥3h，即得硼酸锌阻燃剂，其组成为2ΖηΟ.3Β203.3.5H20，中位粒径d(50)为0.992 μπι。
[0030]实施例3
[0031]首先在反应器内加入1800ml水，300g粒径1.0?1.8mm、300g粒径1.8?2.3mm和400g粒径2.3?3.0mm氧化锆微球，开启搅拌，升温到WV，加入360g硼酸和400g十水硼砂，待完全溶解后，加入335g七水硫酸锌和13g氧化锌，控制反应温度为80°C，反应3.5h，反应结束后用滤网分离掉惰性微球并趁热过滤，用热水洗涤滤饼2次，滤液回收，滤饼于80°C下干燥3.5h，即得硼酸锌阻燃剂，其组成为2ΖηΟ.3Β203.3.5H20，中位粒径d(50)为 0.935 μπι。
[0032]尽管已表示和描述了本发明的几个实施方式，但本发明不被限制为所描述的实施方式。相反，本发明所属技术领域的技术人员应当意识到在不脱离本发明原则和精神的情况下，可对这些实施方式进行任何变通和改进，本发明的保护范围由所附的权利要求及其等同物所确定。
【主权项】
1.一种超细2335硼酸锌阻燃剂制备方法，其特征在于: (1)以硼砂、硼酸、硫酸锌、氧化锌和水为原料，以惰性微球为分散和研磨介质，在一定温度和搅拌方式下反应，生成分子式为2ΖηΟ.3Β203.3.5Η20的超细硼酸锌阻燃剂，也称2335硼酸锌阻燃剂，各原料的质量组成为:硼砂10?18%、硼酸10?16%、硫酸锌7?15%、氧化锌0.1?1%，水55?75% ； (2)各原料按照一定的形式和顺序加入反应器内，一定粒度、一定量的惰性微球以一定方式加入，搅拌并控制反应温度，反应结束后经固液分离、洗涤，滤液回收，滤饼经干燥得到超细2335硼酸锌阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的方法，所述硼砂是十水硼砂，所述硫酸锌是七水硫酸锌；各原料的质量组成为:硼砂13?15%、硼酸12?14%、硫酸锌10?12%、氧化锌0.4?0.6%,水60?70%。
3.根据权利要求1所述的方法，所述惰性微球是氧化锆微球，是单一粒径或多粒径组合，微球粒径范围为O?5mm。
4.根据权利要求3所述的方法，所述微球粒径范围为O?3mm。
5.根据权利I或2所述的方法，首先在反应器中加入水和惰性微球，搅拌升温到50?70°C加入硼砂和硼酸，搅拌溶解完全后加入硫酸锌和氧化锌。
6.根据权利要求1或2所述的方法，本发明超细2335硼酸锌阻燃剂分子组成为2ΖηΟ.3Β203.3.5H20 ;中位粒径 d (50)为 0.5 ?1.5 μ m。
【专利摘要】本发明提供一种超细2335硼酸锌阻燃剂制备方法，该阻燃剂以硼酸、硼砂、硫酸锌和氧化锌等为原料，借助惰性微球作为研磨剂和分散剂，采用一定的配比和工艺制备而成。用本发明方法制备的2335硼酸锌阻燃剂粒径细小，中位粒径d(50)范围为0.5～1.5μm。本发明制备方法简单，成本低；过程清洁环保，无污染物排放；本发明制得2335硼酸锌阻燃剂阻燃、抑烟性能稳定、优良，可广泛用于塑料、橡胶、电线电缆、涂料、油漆等制品中。
【IPC分类】C01B35-12
【公开号】CN104609437
【申请号】CN201510055763
【发明人】王云山, 杨刚, 张金平, 郝云鹏, 王超, 安学斌
【申请人】中国科学院过程工程研究所
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月3日