硼酸锌的生产与性质

无机添加型阻燃剂低水合硼酸锌的制备一、实验目的1了解低水合硼酸锌的性能和用途。

2掌握用氧化锌制备低水合硼酸锌的原理和方法。

二、实验原理1.主要性质和用途低水硼酸锌（low hydrate zinc borate）的商品名称为非法Firebrake ZB。

本品系白色细微粉末，分子式2ZnO·3B2O3·3.5H2O，相对分子质量436.64，平均粒径2~10μm，相对密度2.8。

它是一种无机添加型阻燃剂，具有热稳定好，既能阻燃、又能消烟并能灭电弧等特点。

其中最突出的特点是在35℃高温下，仍保持结晶水，这一温度高于多数聚合物的加工温度，这样拓宽了ZB使用范围。

ZB的折射率为1.58，此值与多数聚合物折射率相近，因此树脂经阻燃剂处理后仍然保持其透明度。

在多数情况下，ZB可有效的单独作阻燃剂使用，但由于它与氯、氢、氧化锑及氢氧化铝等都有协同反应，因此复合使用效果更好。

它与国内使用的阻燃剂氧化锑相比，具有廉价、毒性低、发烟少、着色度低等许多优点。

ZB已被广泛用于许多聚合物，如PVC薄膜、墙壁涂料、电线电缆、输送皮带、地毯、汽车装潢、帐篷材料、纤维制品等阻燃。

2.制备原理和方法低水合硼酸锌工业生产方法主要有：硼砂—锌盐合成法；氢氧化锌—硼酸合成法；氧化锌—硼酸合成法。

氧化锌硼酸合成法和另外两种方法相比，具有工艺简单、易操作、产品纯度高等优点，母液可循环使用，无三废污染等。

实验室制备低水合硼酸锌一般采用这种方法，其化学反应方程式为：ZnO+H3BO3→2ZnO·3B2O3·3.5H2O+H2O三、主要仪器和药品四口烧瓶（250ml）、烧杯（250ml、500ml）、温度计（0~100℃）、抽滤瓶（500ml）、布氏漏斗、真空泵、电动搅拌机、电热鼓风干燥箱等。

硝酸锌(化学纯试剂)、氢氧化钠(化学纯试剂)、氧化锌（化学纯试剂）、硼酸（化学纯试剂）、蒸馏水。

四、实验内容量取40ml水加入四口烧瓶中，搅拌下加入27.5g硼酸，待溶解后再加入12.5g氧化锌，并不断搅拌，加热升温至80~90℃，反应3~4h。

硼系阻燃剂来源:世界化工网全文请访问:/睡过站了硼酸锌是最广泛用于塑料的阻燃剂之一。

从经济角度讲可部分代替价格昂贵的三氧化二锑用于PVC，聚酯和某些烯烃塑料的阻燃。

偏硼酸钡和含磷话和我或某种含卤化合物复合使用时，可有效代替40%~90%的Sb2O3，一般用于油漆，塑料和橡胶的阻燃。

另外，硼酸的钠，钙，铅盐以及四氟硼酸锌四胺的钠，钾盐作阻燃剂。

表4-12列出了硼酸阻燃剂的一般应用。

这里我们只重点介绍硼酸锌，其他硼酸产品暂不做介绍一．硼酸锌的生产方法硼酸锌的生产方法主要有如下三种:1.硼砂——锌盐法这是目前工业生产低水合硼酸锌的主要方法，即以硼砂和硫酸锌为原料，在水溶液中加热搅拌来合成。

其操作是首先将硫酸锌和水加入反应器红配成溶液，开始升温，在剧烈搅拌下投入Na2B4O7·10H2O和ZnO，在大于70℃温度下保湿，继续搅拌维持发宁5~7h，然后冷却，过滤，用温水洗涤滤饼，再于100~110℃干燥的成品，反应式为：3.5ZnSO4+3.5Na2B4O7+0.5ZnO+10H2O→2（2ZnO·3B2O3·3.5H2O）+3.5Na2SO4+2H3BO8在合成过程中需要控制的操作条件是：①液固比的选择，液固比太高，产品组成会变为ZnO·B2O3·2H2O；也古币江东6.5，反应物料就较粘稠，不利于操作，故一般采用液固比7.4左右为宜②反应时间的选择，如5.5h以前产品组成为ZnO·B2O3·2H2O；5.5h后产品组成才为2ZnO·3B2O3·3.5H2O所以反应时间一般采用6~7h为宜。

③原料配比的选择，只有ZnSO4与Na2B4O7的比例自1:1~1:1.1的范围内变动时，产品组成才是2ZnO·3B2O·3.5H2O，虽然茶农的收率随着配料比的增大而增大，但增大的幅度却不大，因此投料时ZnSO4略过量一些对生产有利。

第49卷第11期2020年11月辽 宁化工 Vol .49，No . 11Liaoning Chemical Industry __________________________November ，2020管状结构3.5水硼酸锌的制备及工艺优化代英秋，王浩宇，周弘强(辽宁首钢硼铁有限责任公司，辽宁凤城丨丨8100)摘 要：硼酸锌是一种优异的阻燃添加剂，其中3.5水硼酸锌应用范围最广。

以硼酸和氧化锌为原料，得到了 3.5水硼酸锌ZmBf ,(V3.5H;0,形貌为由0.2~0.4叫的硼酸锌晶体组成的长10~20 nm 、宽3〜5 nm 的空心管状结构。

结合反应过程中间产物的表征，发现管状结构是基于原位模板生长的机理形成的。

进一步考察了反应温度、反应时间、原料锌硼摩尔比对产物的影响，确定了较适宜的工艺参数 为：温度85 T ：,反应时间6h ,硼酸浓度LOTmol L 1,锌硼摩尔比0.2。

关键词：3.5水硼酸锌；原位模板；空心管状结构；工艺优化中图分类号：TQ016.5文献标识码：A文章编号：1004-0935 ( 2020)11-1345-04硼酸锌可以和多种无机阻燃材料产生协同效 应，以其消烟性、低毒性等优点，在塑料、橡胶、 涂料等的阻燃场合，以及润滑、防腐等领域得到广 泛应用|M1。

根据分子内锌硼原子比以及含结晶水量 的不同，硼酸锌有多种组成。

早期合成的品种有ZnO • B 203.2H 20、2ZnO . 3B 203 • 3H 20、2ZnO • 3B 203 • 7H 20 等|M 1，由于分解温度较低，只能应用在低熔点的塑 料、橡胶制品中，难以应用在高熔点聚合物，如尼 龙等的阻燃方面。

美国硼砂和化学品公司在1970 年开发出了 3.5水硼酸锌"°1。

由于具有较高的热稳 定性，在塑料、橡胶制品混炼温度下不分解，3.5 水硼酸锌得到了迅速发展，成为阻燃领域常见的协 同阻燃剂1n 1。

硼酸锌的化合物其组成有多种，分子通式为xZnO·yB203·zH20。

目前开发的主要品种的分子为2ZnO·3B203·3.5H20，其中含ZnO 37.45％、B20348.05％。

1．产品性能为白色细微粉末，密度2.8g/cm3，熔点980℃。

吸油量是45g/100g。

不易吸潮，易簇拥。

硼酸锌为膨胀型阻燃颜料，具有无毒防锈、防霉、防污特性。

当今已进展成为具有多种性能的化工材料。

2．生产办法或（氧化锌）与硼砂反应生成硼酸锌。

2ZnS04＋2Na2B407＋6.5H20→2ZnO·3B203·3.5H20＋2Na2S04＋2 H3B03 1.5 ZnS04＋1.5 Na2B4O7＋0.5ZnO＋3.5H20→2ZnO·3B203·3.5H20＋1.5Na2S04 2ZnSO4＋1.5 Na2B4O7＋NaOH＋3 H2O→2ZnO·3B203·3.5H20＋2Na2SO4 2ZnC12＋2Na2B4O7＋6.5H20→2ZnO·3B203·3.5H20＋4NaC1＋2 H3B03 与的饱和溶液作用得到结构为ZnO·2B203·4H2O的硼酸锌。

这里主要介绍、、硼砂工艺。

3．主要原料规格 (1)硫酸锌（ZnS04·7H20）硫酸锌为无色针状结晶或粉状结晶。

相对分子质量为287.54。

密度是1.957g/cm3。

熔点100℃。

易溶于水，微溶于和。

干燥空气中逐渐风化。

39℃时，失去1个结晶水。

在280℃时，则脱水为无水物。

加热至767℃时，则分解为ZnO和S03。

其产品标准如下： (2)氧化锌氧化锌分子式ZnO。

白色粉末。

无臭、无味、无砂性。

受热变成黄色，冷却后又复原白色。

相对密度5.606。

熔点1975℃。

遮盖力比铅白小。

不溶于水和乙醇，溶于酸、碱、氯化铵和氨水中。