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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應用在塑料、橡膠、涂料等領域。
一、物理性質無規則(或菱形)白色或淡黃色粉末。不溶于水、乙醇、正丁醇、苯、丙酮;易溶于鹽酸、硫酸、二甲亞砜。熱穩定性好。易分散,無毒。中文名硼酸鋅CAS登錄號12513-27-8英文名zinc borate水溶性不溶于水分子量434.62外觀白色或淡黃色粉末粒徑, um3-5比重, g/cm32.67熔點 ℃980失結晶水溫度 ℃>320折射率1.58
二、化學性質硼酸鋅是最早使用的硼系阻燃劑之一,亦是重要的無機阻燃劑,其特點為熱穩定性好,毒性低,消煙,與其它阻燃劑復配效果良好,添加后明顯減少材料燃燒煙濃度,與含鹵類阻燃劑,三氧化二銻復配效果明顯,廣泛應用于PVC電纜、PE、EVA、PET、PBT、尼龍、不飽和聚酯、環氧樹脂、聚酰亞胺及各種防火涂料中。
三、應用領域
1、硼酸鋅可以作為氧化銻或其它鹵素阻燃劑的多功能協效添加劑,可以有效地提高阻燃性能,減少燃燒時煙霧的產生,并可以調節橡塑產品的化學、機械和電性能等。
2、作為含鹵素等阻燃劑的部分或完全環保替代品,硼酸鋅正在被廣泛的應用于塑料和橡膠當中;如PVC、PE、PP、增強聚酰胺、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。還可以應用于紙張、纖維織物、裝飾板、地板革、壁紙、地毯、陶瓷釉料、殺菌劑和涂料中,以提高阻燃性能。
3、基于硼酸鋅的其它性質,還可用于防腐、遠紅外線吸收以及木材的防蟲防菌處理等領域。
四、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涂層;
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、發泡及稀釋可燃物的功效。水合硼酸鋅的阻燃機理是:當溫度高于300℃時,硼酸鋅受熱分解,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。
五、制備方法
1、傳統硼酸鋅的制備硼酸中和法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,于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制備,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此法的制備條件和硼酸-氫氧化鋅法差不多,并且消除了硼酸-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道了有10多條原料路線,下面是其中二條使用較為普遍的路線。⒊5ZnSO4+3.5Na2B4O7+0.5ZnO+10H2O=2(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+3.5Na2SO4+2H3BO3此法硼砂、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。硼砂是強堿弱酸鹽,使得體系溶液顯堿性,鋅以氫氧化鋅微溶物形式存在,使得復分解反應速度減慢,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。
六、安全性硼酸鋅無毒,不腐蝕。用內襯聚乙烯塑料薄膜袋的編織袋包裝。應貯存在清潔干燥的庫房中,貯存和運輸中應避免雨淋。勿與酸類共貯混運。該品按一般化工品包裝,運輸,儲存。
七、添加比例硼酸鋅在各種原材料中應用舉例如下:
1、在橡膠中:8%--5%(占總原料)
2、在塑料中:10%--25%(阻燃母粒)
3、在纖維紡織中:5%—10%(占總原料)
4、在防水涂料中5%--8%(占總原料)
5、在陶瓷方面中:8%--25%(占總原料)
6、在消防器材中:15%--30%(占總原料)
7、在造紙行業中:5%---15%(占總原料)
8、在防腐方面:10%--20%(因材料而定)
9、在殺菌方面:15%--25%10、在醫藥方面:5%---15%
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