硼系阻燃剂

无机硼系化合物阻燃剂张亨【摘要】无机硼系化合物阻燃剂包括硼酸锌、偏硼酸钡、硼酸、硼砂和氟硼酸铵等.介绍了它们的物化性质、生产过程、产品标准和阻燃应用等.【期刊名称】《上海塑料》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】6页(P12-17)【关键词】无机阻燃剂;硼酸锌;偏硼酸钡;硼酸;硼砂;氟硼酸铵;性质;工艺;应用【作者】张亨【作者单位】锦西化工研究院,辽宁葫芦岛125000【正文语种】中文【中图分类】TQ320.66+30 前言在我国的阻燃剂产品中，无机阻燃剂［1－6］具有稳定性好，低毒或无毒，贮存过程中不挥发、不析出，原料来源广泛，价格低廉等优点，并兼具阻燃、填充双重功能，对环境友好，是一类很有前途的阻燃剂。

目前无机阻燃剂受到高度重视和普遍应用，成为阻燃剂市场的主流。

无机硼系化合物阻燃剂是最早使用且最为重要的阻燃剂之一。

无机硼系化合物阻燃剂［7］包括硼酸锌、偏硼酸钡、硼酸、硼砂和氟硼酸铵等。

1 硼酸锌［8］1.1 物化性质及毒性硼酸锌为无规则（或菱形）白色结晶或淡黄色粉末，分子式2ZnO·3B2O3·3.5H2O，相对分子质量434.7，相对密度2.69，熔点980℃，折射率1.58～1.59。

硼酸锌在冷水中溶解度极低，在热水中可缓慢溶解形成质量分数为1%的B2O3的溶液。

易溶于稀酸和二甲基亚砜，也易溶于氢氧化钠溶液，不溶于乙醇、正丁醇、苯及丙酮等有机溶剂。

硼酸锌在260℃以下仍能保持其结晶水，高于300℃时失去结晶水，热稳定性较好，既能阻燃，又能消烟，还能熄灭电弧。

硼酸锌有一系列不同组成的化合物，如七水（2ZnO·3B2O3·7H2O）、五水（3ZnO·2B2O3· 5H2O）、二水（ZnO·B2O3·2H2O）、无水（ZnO· 2B2O3）化合物等。

七水硼酸锌（2ZnO·3B2O3·7H2O）的相对密度为2.44，125℃开始失去结晶水，125～170℃很快失去6个结晶水。

书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
有机硼系阻燃剂
目前，最常见的具有阻燃作用的元素有：第Ⅲ主族的硼、ⅣB族的钛/ 锆、ⅤA族的氮/磷/锑和Ⅶ主族的溴/氯等。

其中，氮和磷用于纤维素纤维，
卤素和锑用于合成纤维的耐久性阻燃。

衡量阻燃剂的好坏标准，除了阻燃性能以外，应考虑本身是否有毒，在
后整理加工时是否有毒性气体产生，燃烧过程中是否产生大量烟尘和有害
气体。

有多种阻燃剂因本身有毒而被禁用，如早期的三（氮杂环丙基）氧
化磷（APO，又名TEPA），及近期的十溴二苯醚（DEBDE）和六溴环十二烷（HBCD）。

磷系阻燃剂阻燃性能良好，用于织物整理时有良好的耐洗性和耐久阻燃
性，但易使织物变色，产生臭味和毒性；含卤阻燃剂的阻燃效果良好，但
在使用和燃烧过程中产生二次污染。

随着新环保法规的不断出台，硼系阻燃剂以其优良的阻燃、低毒和抑烟
等特性正引注意，符合阻燃剂的无卤化、无毒化和抑烟化发展趋势。

硼资源丰富，早在十八世纪已经用硼砂作为阻燃剂，是最早期的无机硼
系阻燃剂。

而有机硼化合物由于水解不稳定性，造成不耐水洗和价格贵的
因素，一定程度上限制了应用。

但有机硼与有机磷阻燃剂相比，前者的毒
性远小于后者，且还有良好的抑烟性。

如果将有机硼化合物与氮、磷、卤素、硅等引入同一分子结构中合成含
硼复合型阻燃剂，幷尽量提高硼在分子中的含量，一方面可以提高单纯硼
系阻燃剂的耐水解稳定性和降低价格，同时也可减少含溴和磷阻燃剂的毒性。

硼–氮复合阻燃剂发挥协同功效
专注下一代成长，为了孩子。

无机阻燃剂中硼酸锌是最早使用的阻燃剂之一，它最早是由美国硼砂和化学品公司在20世纪70年代开发成功的，简称FB阻燃剂。

硼酸锌阻燃剂的特点为热稳定性好、毒性低、消烟，与其他阻燃剂复配效果良好，添加后明显减少材料燃烧烟浓度。

1 硼酸锌的主要性质硼酸锌为白色或淡黄色结晶粉末，是一种多功能添加剂，具有阻燃、成炭、抑烟、抑阴燃和防止生成熔滴等多种效能，并且具有低毒、价廉、透明度高和不易沉淀等特性。

它的分子式通常为2ZnO·3B2O3·7H2O 或2ZnO·3B2O3·3.5H2O。

在已经面市的各种不同结构的硼酸锌水合物中，因为2ZnO·3B2O3·3.5H2O具有较高的脱水温度，在250℃以上仍然保留结晶水，因此具有较高的商业价值。

研究表明低水合硼酸锌作为添加剂加入聚合物中，失去结合水的温度要比不是低水合物的温度要高，所以目前商品级的硼酸锌就是2ZnO·3B2O3·3.5H2O。

另外，专利中制备了一种硼酸锌，它的分子式为4ZnO·B2O2·H2O，该种新的水合硼酸锌的脱水温度已经达到了415℃。

2 硼酸锌的制备工艺2.1 传统硼酸锌的制备2.1.1 硼酸中和法1)硼酸-氢氧化锌法2Zn(OH)2+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+7.5H2O此法将硼酸和氢氧化锌按一定的比例投入反应器，控制一定的固液比，于90-100℃下反应5-7h。

该路线的优点就是产品单一、无三废、硼酸的利用率较高。

而该法的缺点是所需氢氧化锌需要现场制备，因此不可避免地产生了副产物和废水。

2)硼酸-氧化锌法2ZnO+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+5.5H2O此法的制备条件和硼酸-氢氧化锌法差不多，并且消除了硼酸-氢氧化锌法带来的麻烦，具有工艺简单、工序少、产品单一等优点，母液可以直接循环使用；但是该法的硼酸和氧化锌的价格都比较高，所以成本比较高。

新型绿色硼-氮有机阻燃剂的制备及性能测试摘要：本文通过化学合成方法成功地制备了一种新型绿色硼-氮有机阻燃剂，采用热失重(TG)和差热分析(DSC)等方法对其阻燃性能进行测试。

结果表明，该阻燃剂可以显著提高塑料的阻燃性能，在空气中的峰值热释放速率(HRR)比对照物降低了46.4%。

此外，该阻燃剂对聚丙烯的力学性能、耐热性能和熔流率等基本物理性质也没有造成明显的影响。

关键词：绿色阻燃剂，硼-氮化合物，热失重，差热分析，力学性能Introduction防火材料作为重要的生产材料，在化工、建筑、能源等领域发挥着重要作用。

在实际应用过程中，阻燃剂是最常用的防火材料之一。

传统阻燃剂主要基于卤素化合物，但由于其对环境和人体健康的危害，研究新型绿色阻燃剂，成为当前工程材料研究的热门方向之一。

硼-氮化合物由硼氮键构成，具有较强的氮、硼离子键键合作用，被广泛应用于阻燃材料、高温材料、半导体材料等领域。

硼-氮化合物因其阻燃效果好、环保性好、耐热性高、机械性能强等特点，成为研究新型阻燃剂的热门方向之一。

本文采用化学合成方法成功地制备了一种新型绿色硼-氮有机阻燃剂，并通过热失重(TG)和差热分析(DSC)等方法对其阻燃性能进行了测试。

Experimental1. Materials and methods聚丙烯 (PP) (100 mesh)、硼酸 (H3BO3)、胍 (C2H5N3)、溴化丙酰 (C3H5BrO)、异丙醇 (C3H8O)、去离子水 (H2O)、柠檬酸 (C6H8O7)、醇酸红 (C10H10O3S) 等化学品均为实验室常规物资。

2. Preparation of boron nitrogen organic flame retardant将10 g 硼酸和20 mL 去离子水混合溶解，加热后慢慢加入 0.5 g 胍并搅拌。

将混合物放入水浴中，在70 ℃下搅拌 30 min。

将该溶液过滤，并在苯中重新溶解。

耐高温2335硼酸锌阻燃剂的合成一、2335硼酸锌阻燃剂的特性1. 耐高温性能好：2335硼酸锌在高温下依然保持稳定，能够有效地保护基体材料不受燃烧或熔化。

2. 阻燃效果佳：2335硼酸锌在材料中添加后，能够有效地抑制燃烧过程，降低火灾事故的发生。

综合上述特性，2335硼酸锌阻燃剂的研究与开发具有重要的意义。

目前，2335硼酸锌阻燃剂的合成方法主要包括溶液共沉淀法、化学共沉淀法、水热法等。

以下将介绍其中一种常用的合成方法——溶液共沉淀法。

1. 实验步骤：（1）将适量的氢氧化锌和硼酸分别溶解在水中，得到Zn(OH)2和H3BO3的溶液。

（2）将两种溶液缓缓混合，同时搅拌，并保持温度在60-70℃附近。

（3）缓慢加入碳酸氢铵溶液，继续搅拌，并保持温度恒定。

（4）沉淀生成后，用冷水加速冷却，然后进行过滤分离。

（5）将沉淀洗涤至中性，然后在60-70℃的恒温烘箱中干燥，得到2335硼酸锌阻燃剂。

（1）控制溶液的温度在60-70℃之间，过高或者过低都会影响沉淀的生成。

（2）混合溶液的搅拌速度要适中，过快会导致溶液气泡较多，影响沉淀的生成。

（3）过滤分离时要注意避免沉淀的损失，操作要轻柔。

通过溶液共沉淀法合成2335硼酸锌阻燃剂，可以得到纯度较高、颗粒均匀的产物，具有良好的应用性能。

三、相关研究进展随着人们对环保材料的追求，2335硼酸锌阻燃剂的研究也得到了越来越多的关注。

目前，国内外学者对2335硼酸锌阻燃剂的合成方法、性能评价及应用领域等方面展开了广泛的研究。

1. 合成方法改进：有学者提出了利用微波辐射技术、固相合成法等新的合成方法，以提高产物的纯度和颗粒均匀度。

2. 性能评价研究：通过对2335硼酸锌阻燃剂的热稳定性、力学性能、阻燃性能等方面进行深入研究，为其在高分子材料中的应用提供了更多的理论支持。

3. 应用领域拓展：2335硼酸锌阻燃剂在聚合物材料、涂料、橡胶制品等领域都有着广阔的应用前景，相关的应用研究也得到了广泛的关注。

硼酸盐阻燃剂概述硼酸盐是一种重要的阻燃材料，目前广泛的应用建筑、橡胶、塑料及电器等行业，文章就硼酸盐阻燃剂的分类、特点、结构、阻燃性能的测试方法、研究现状、未来的发展方向和应用前景做了简要陈述。

标签：硼酸盐；阻燃剂；概述随着我国城镇化不断的发展，经济也得到了快速的发展，但同时也引发了一系列严重的社会问题，例如2010年11月15日上海的特大火灾造成，造成49人死亡、70人受伤；2013年5月11日晚，安徽宿孚玉镇居民住宅发生火灾，火灾现场5人死亡。

这一起起火灾带给人血的教训，引发了人们的深刻反思，除了在日常生活中规范操作和高度重视之外，还应从其它源头做起，那就是研发具有阻燃性能的材料，尽可能杜绝此种重大事故再次发生。

近年来，阻燃剂市场发展迅猛，据不完全统计，2007年全球阻燃剂市场消费为170万吨，2008年为195万吨，2010年为230余万吨，2014年有望达到近300万吨。

我国也在2007年3月1日颁布了《阻燃制品标识管理办法（实行）》，规范阻燃剂的使用，防止阻燃剂对环境和人体健康产生影响。

1 硼酸盐阻燃剂特点阻燃剂的种类很多，按照使用方法可分为添加型和反应型；按照组成可分为有机阻燃剂、无机阻燃剂、无机-有机阻燃剂。

有机阻燃剂主要有卤系、磷系、六溴水散体、磷酸酯、十溴-三氧化二锑、卤代磷酸酯等，其优点是与有机物有很好的亲和力，在塑料等阻燃体系中占绝对优势，但缺点是阻燃过程中会产生大量的有毒有害气体和烟雾，为后续的救援造成了很大的影响，这就限制了其应用。

无机阻燃剂，主要有硼酸盐类、氢氧化物、磷酸的铵盐、卤化铵、硼酸等，其由于具有无毒、无烟、无卤、无害等优点，被广泛的应用在建筑，装修等很多行业，并且需求量占整个阻燃市场的50%以上，并有逐年递增的趋势。

硼酸盐就是一种应用最广的阻燃剂，目前，我国生产的硼酸盐阻燃剂主要有偏硼酸钙、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸按、硼酸锌、偏硼酸钡、氟硼酸锌等，硼砂有防止残焰的作用，但对防止灼焦的作用不大；而硼酸有阻止无焰灼烧的作用，但对防止残焰的作用又不明显，将两者混合可以发挥协同阻燃效果，防止无焰灼烧的效果很好。