專利名稱：一種協效阻燃劑納米硼酸鋅的制備方法
技術領域：
本發明涉及無機納米粒子制造領域，更具體的是涉及一種協效阻燃劑納米硼酸鋅的制備方法。
背景技術：
目前，國內大部分阻燃劑以鹵素和磷元素為中心阻燃元素，然而含鹵阻燃劑在燃燒過程中產生大量具有腐蝕性的氣體，對人體及環境危害極大，無鹵阻燃劑具有高效、無毒、不污染環境等優點，因此逐漸代替含鹵阻燃劑成為新的研究熱點。使用無鹵阻燃劑時，需要添加較大的量才能達到阻燃要求，但大量的阻燃添加劑會影響材料的機械性能和加工性能，實際阻燃技術中，通常添加數種阻燃劑或阻燃增效劑以達到協同阻燃效果，亦可大大減少阻燃劑的用量。同時，采用新技術如粒徑細微化、表面包覆、微膠囊化等技術對顆粒進行表面改性，以改善其阻燃效果。硼酸鋅是一種高效的無機協效阻燃劑，納米硼酸鋅顆粒具有熱穩定性好，粒度細，比重小，易分散，無毒等優點，與聚磷酸銨、氫氧化鎂、氫氧化鋁等阻燃添加劑之間存在協同阻燃效果，能夠大大降低無機添加量，使添加阻燃劑后的聚合物材料本身機械性能得以改善。無機納米硼酸鋅廣泛應用于各類電纜塑料護套，電器塑料，阻燃涂料等產品中。硼酸鋅傳統的合成方法有(I)以氫氧化鋅和硼酸為原料合成；(2)以氧化鋅和硼酸為原料合成；氧化鋅、硫酸、硼砂為原料合成。在這些合成方法中，都需除去某些雜質的問題，在溶劑蒸發和干燥中還存在結晶和團聚問題，無法滿足納米硼酸鋅的制備需要。
發明內容
本發明的目的是設計并制備一種無機納米硼酸鋅粒子。本發明克服上述現有技術的缺點，提出一種工藝簡單、性能優良、產物單一的一種制備方法。協效阻燃劑納米硼酸鋅的制備方法，包括一種協效阻燃劑納米硼酸鋅的制備方法，其步驟如下I)以乙醇和水為溶劑，配制6. 2*10_2 I. 4*IO^moI/L的鋅鹽溶液備用；2)以乙醇和水為溶劑，配制3. 6*10_2 6. 4*10_2mol/L的硼砂溶液備用；3)將步驟2)中所配溶液放入水浴鍋中，溫度從室溫升至50 90°C，待硼砂溶解后，將I)中所配溶液在磁力攪拌下逐滴加到2)中所配溶液中；4)滴加完畢后繼續反應O. I 2. 5h，停止加熱，冷卻至常溫后取出適量產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇洗滌2 8次，取出產物，在50 90°C的烘箱中烘10 60h，得到納米硼酸鋅微粒。所述的鋅鹽是硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅或磷酸鋅中的一種。所述的鋅鹽與硼砂的摩爾比為O. I 12 I。所述步驟3)的滴加過程中，持續進行磁力攪拌。整個制備過程簡單快捷，而且產率高，產品粒徑小，分布均勻。
本發明同傳統的納米粒子的制法相比優勢在于I、硼酸鋅的粒度分布對所加人材料的阻燃協效性能和材料外觀有較大影響。較大的顆粒在材料中的分散不理想，而高添加量會使材料的使用性能難以達到要求。本發明方法中，采用快速蒸發法，在硫酸鋅的乙醇、水溶液的逐滴滴加過程中，磁力攪拌及水浴高溫的作用下，乙醇得以快速揮發，同時得到粒徑小而均勻的納米硼酸鋅微粒。2、本發明方法制備過程簡單，對條件的要求不高。通過溫度的控制和速率的控制可減輕結晶和團聚的問題，蒸餾水作為納米微粒的良好分散劑，最終可得到穩定性較好的納米微粒。
具體實施例方式本技術方法中，鋅鹽與硼砂的摩爾比是0. I 12 I。鋅鹽的溶液配制為6. 2*1(T2 I. 4*10^1101/1，硼砂的溶液配置比例為 3. 6*1(T2 6. 4*l(T2mol/L。下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明。實施例I :I)稱取0. 9g(0. 0056mol)硫酸鋅粉末，加入40ml蒸餾水，50ml乙醇，(6. 2*10_2mOl/L)攪拌使之溶解；溶液備用。2)稱取 4. 4g(0. 0115mol)硼砂(Na2B4O7. IOH2O)，加入 80ml 蒸餾水，IOOml 乙醇，(6. 4*10_2mol/L)攪拌使之溶解。溶液備用。(硫酸鋅硼砂=I 2)3)將2中所配溶液放入水浴鍋中，開始升溫，溫度從室溫升至70°C，不斷攪拌，使硼砂盡量溶解。將I中所配溶液放入酸式滴定管，高速磁力攪拌下逐滴加入到2中所配溶液中。在0.5小時內滴加完畢即可。4)滴加完畢后，繼續反應0. 5h，然后停止加熱，冷卻至常溫后取出產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇各洗滌3次，取出后在70°C的烘箱中烘24h。得到納米硼酸鋅微粒。實施例2 I)稱取1.8g(0. 0112mol)硫酸鋅粉末，加入50ml蒸餾水，80ml乙醇，(8. 6*10_2mOl/L)攪拌使之溶解；溶液備用。2)稱取 4. 4g(0. 0115mol)硼砂(Na2B4O7. H2O)，加 A 80ml 蒸餾水，IOOml 乙醇，(6. 4*10_2mol/L)攪拌使之溶解。溶液備用。(硫酸鋅硼砂=I I)3)將2中所配溶液放入水浴鍋中，開始升溫，溫度從室溫升至75°C，不斷攪拌，使硼砂盡量溶解。將I中所配溶液放入酸式滴定管，在攪拌過程中逐滴加入到2中所配溶液中。在I小時內滴加完畢即可。4)滴加完畢后，繼續反應0. 5h，然后停止加熱，冷卻至常溫后取出產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇各洗滌3次，取出后在80°C的烘箱中烘24h。得到納米硼酸鋅微粒。實施例3 I)稱取3. 6g(0. 0223mol)硫酸鋅粉末，加入80ml蒸餾/K，IOOml乙醇，(I. 24*10^01/1)攪拌使之溶解；溶液備用。2)稱取 4. 4g(0. 0115mol)硼砂(Na2B4O7. IOH2O)，加入 80ml 蒸餾水，IOOml 乙醇，(6. 4*10_2mol/L)攪拌使之溶解。溶液備用。(硫酸鋅硼砂=2 I)3)將2中所配溶液放入水浴鍋中，開始升溫，溫度從室溫升至80°C，不斷攪拌，使、硼砂盡量溶解。將I中所配溶液放入酸式滴定管，在攪拌過程中逐滴加入到2中所配溶液中。在2小時內滴加完畢即可。4)滴加完畢后，繼續反應O. 5h，然后停止加熱，冷卻至常溫后取出產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇各洗滌3次，取出后在90°C的烘箱中烘24h。得到納米硼酸鋅微粒。實施例4 I)稱取3. 6g(0. 0223mol)硫酸鋅粉末，加入80ml蒸餾/K，IOOml乙醇，(I. 24*10^ο1/ 攪拌使之溶解；溶液備用。2)稱取 2. 2g(0. 0058mol)硼砂(Na2B4O7. H2O),加入 50ml 蒸懼水,80ml 乙醇，(4. 5*10_2mol/L)攪拌使之溶解。溶液備用。(硫酸鋅硼砂=4 I) 3)將2中所配溶液放入水浴鍋中，開始升溫，溫度從室溫升至70°C，不斷攪拌，使硼砂盡量溶解。將I中所配溶液放入酸式滴定管，在攪拌過程中逐滴加入到2中所配溶液中。在I小時內滴加完畢即可。4)滴加完畢后，繼續反應O. 5h，然后停止加熱，冷卻至常溫后取出產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇各洗滌3次，取出后在80°C的烘箱中烘24h。得到納米硼酸鋅微粒。實施例5 I)稱取3. 2g(0. 0223mol)磷酸鋅粉末，加入80ml蒸餾/K，IOOml乙醇，(I. 24*10^ο1/ 攪拌使之溶解；溶液備用。2)稱取 I. Ig (O. 0029mol)硼砂(Na2B4O7. H2O),加入 30ml 蒸懼水,50ml 乙醇，(3. 6*10_2mol/L)攪拌使之溶解。溶液備用。(磷酸鋅硼砂=8 I)3)將2中所配溶液放入水浴鍋中，開始升溫，溫度從室溫升至70°C，不斷攪拌，使硼砂盡量溶解。將I中所配溶液放入酸式滴定管，在攪拌過程中逐滴加入到2中所配溶液中。在O. 5小時內滴加完畢即可。4)滴加完畢后，繼續反應O. 5h，然后停止加熱，冷卻至常溫后取出產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇各洗滌3次，取出后在70°C的烘箱中烘24h。得到納米硼酸鋅微粒。實施例6 I)稱取3. 06g(0. 0223mol)硝酸鋅粉末，加入60ml蒸餾/K，IOOml乙醇，(I. 4*10^ο1/ 攪拌使之溶解；溶液備用。2)稱取 4. 4g(0. 0115mol)硼砂(Na2B4O7. IOH2O)，加入 80ml 蒸懼水，IOOml 乙醇，(6. 4*10_2mol/L)攪拌使之溶解。溶液備用。(硝酸鋅硼砂=2 I) 3)將2中所配溶液放入水浴鍋中，開始升溫，溫度從室溫升至80°C，不斷攪拌，使硼砂盡量溶解。將I中所配溶液放入酸式滴定管，在攪拌過程中逐滴加入到2中所配溶液中。在2小時內滴加完畢即可。4)滴加完畢后，繼續反應O. 5h，然后停止加熱，冷卻至常溫后取出產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇各洗滌3次，取出后在90°C的烘箱中烘24h。得到納米硼酸鋅微粒。
權利要求
1.一種協效阻燃劑納米硼酸鋅的制備方法，其步驟如下 1)以乙醇和水為溶劑，配制6.2*10_2 I. 4*IO^moI/L的鋅鹽溶液備用； 2)以乙醇和水為溶劑，配制3.6*10_2 6. 4*10_2mol/L的硼砂溶液備用； 3)將步驟2)中所配溶液放入水浴鍋中，溫度從室溫升至50 90°C，待硼砂溶解后，將I)中所配溶液在磁力攪拌下逐滴加到2)中所配溶液中； 4)滴加完畢后繼續反應0.I 2. 5h，停止加熱，冷卻至常溫后取出適量產物進行抽濾，用去離子水及無水乙醇洗滌2 8次，取出產物，在50 90°C的烘箱中烘10 60h，得到納米硼酸鋅微粒。
2.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的鋅鹽是硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅或磷酸鋅中的一種。
3.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于鋅鹽與硼砂的摩爾比為0.1 12 I。
4.根據權利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟3)的滴加過程中，持續進行磁力攪拌。
全文摘要
本發明涉及一種協效阻燃劑納米硼酸鋅的制備。無鹵阻燃劑具有良好的阻燃效果，同時在燃燒時不產生有毒氣體而備受關注。納米硼酸鋅微粒是無機協效阻燃劑的一種，具有熱穩定性好，粒度細，比重小，易分散，無毒等優點，在塑料，橡膠，化工建材及其他有機高分子復合材料的阻燃添加劑中具有優良協同效果。本發明涉及一種納米硼酸鋅的制備方法，該方法具有操作簡單，成本低，產物單一，產率高，粒徑分布均勻，反應過程無毒副產物生成等特點。通過實驗，得到最適宜的條件是鋅鹽∶硼砂配料比0.1～12∶1，反應溫度在50～90℃，滴加速率控制在100～200ml/h。本技術方法工藝簡單，反應周期短，原料利用率高。
文檔編號C01B35/12GK102633277SQ20121013296
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月2日 優先權日2012年5月2日
發明者王迪, 陳幫烈, 黃定海 申請人:天津大學