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硼酸锌
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硼酸锌在阻燃橡胶中的应

文章出处:未知人气: 发表时间:2017-10-02

  物化性质及毒性

  硼酸锌阻燃剂为无规则(或菱形)白色结晶或淡黄色粉末,分子式为2ZnO·3B2O3·3.5H2O,分子量为434.69,CAS登录号为[12513-27-8],相对密度2.69,熔点980℃,折射率1.58~1.59。

  在冷水中溶解性极低,在热水中可缓慢溶解形成含1%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。在260℃以下仍能保持其结晶水,温度高于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,其中有七水2ZnO·3B2O3·7H2O[12280-01-2]、五水2ZnO·3B2O3·5H2O[12447-61-9]、二水ZnO·B2O3·2H2O[27043-84-1]、无水ZnO·2B2O3[12007-67-9]、无水2ZnO·3B2O3[12767-90-7]化合物等,不同化合物主要取决于制备方法的差异。3.5个结晶水的硼酸锌,实际是3.3~3.7个结晶水。如无特别说明,阻燃剂硼酸锌一般就是3.5个结晶水的硼酸锌。

  硼酸锌大白鼠经口LD50>10g/kg体重。对皮肤和眼无刺激。无吸入和接触性毒性。

硼酸锌

  2·生产工艺

  第一种方法:复分解法

  复分解法以硼砂和锌盐(硫酸锌、硝酸锌等)为原料,在水溶液中加热进行复分解反应:

  7ZnSO4+7Na2B4O7+ZnO+20H2O

  =4(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+7Na2SO4+4H3BO3

  该反应生成硼酸和硫酸钠两种副产物,把两种副产物分离出来,工业母液循环使用是相当繁杂的。

  第二种方法:中和法

  中和法以硼酸和氢氧化锌(或氧化锌)为原料,按一定配比投入反应罐中,在90~100℃下保温6~10h,发生如下反应:

  2Zn(OH)2+6H3BO3

  =2ZnO·3B2O3·3.5H2O+7.5H2O

  2ZnO+6H3BO3=2ZnO·3B2O3·3.5H2O+5.5H2O

  与复分解法相比,中和法工艺简单,产物单一,母液可循环使用,且收率高,可达95%以上。

  3·产品标准

  硼酸锌是一种性能优良的无机无卤添加型阻燃剂。组成为2ZnO·3B2O3·3.5H2O的低水合硼酸锌应用最为广泛。Q/ZWW003-2003(阻燃剂-硼酸锌ZB-2335)规定了硼酸锌阻燃剂产品中三氧化二硼(B2O3)45%~48%,氧化锌(ZnO)37.5%~40.0%,灼烧减重13.5%~15.5%,脱结晶水温度250~300℃,平均粒径3~5μm,水分≤1.0%,符合欧盟RoHS指令。

  4·阻燃机理

  硼酸锌可同时在凝聚相和气相中发挥阻燃作用。

  硼酸锌在高温下熔化,形成玻璃态的包覆物,随后在高温下脱水,水的蒸发热及水蒸汽的其他作用有助于使燃烧自熄。同时,脱水后的硼酸锌可促进无机炭层的生成,后者不仅难于点燃和燃烧,而且具有隔绝作用。

  当硼酸锌与卤系阻燃剂并用时,它可与阻燃剂本身及阻燃剂分解产生的卤化氢反应,生成锌化合物及硼化合物。这些化合物可促进成炭。生成的三卤化硼是一种路易士酸,可促进高聚物的交联,延缓高聚物分解为可燃性气体。同时,三卤化硼可进入气相捕获自由基,并能释放出卤素,而后者又是一种燃烧抑制剂。

硼酸锌

  5·阻燃特性

  硼酸锌是一种多功能阻燃剂,具有阻燃、成炭、抑烟、抑阴燃和防止生成熔滴等多种效能及低毒、价廉等优点。

  (1)阻燃增效

  硼酸锌与氧化锑或氢氧化铝等具有协同阻燃增效作用。以硼酸锌代替一部分氧化锑用于许多阻燃体系,不至于降低材料的阻燃等级,却可降低材料成本、生烟量和毒性。

  (2)抑烟性

  以硼酸锌代替氧化锑,可使生烟量减少40%,使某些含卤环氧树脂的生烟量大幅度下降。

  (3)促进炭层形成

  硼酸锌有助于在材料燃烧时生成多孔炭层,且此炭层能为三氧化二硼所稳定。此外,在高聚物燃烧温度下,硼酸锌还可与氢氧化铝生成类似玻璃、陶瓷的硬质多孔残渣。有利于隔热和阻止空气扩散入材料内部。

  (4)抑阴燃和防止生成熔滴

  在很多树脂中,硼酸锌不仅可抑制阴燃,而且可减少高温熔滴,高温熔滴就是危险的引燃源。

  (5)低毒

  硼酸锌被认为基本上是无毒的,不刺激皮肤和眼睛,无腐蚀性。

硼酸锌

  (6)价廉

  硼酸锌价格一般为三氧化二锑的1/3左右,并且密度仅为三氧化二锑的1/2。如以体积论,硼酸锌的价格约合三氧化二锑的1/6左右。

  (7)透明性

  硼酸锌的折射率在大多数有机物折射率范围之内,因而将其用于树脂层压板时,可保持板材的透明度。(8)不易沉淀

  硼酸锌的晶体密度远低于氧化锑,故配料时所需能量小,在分散体系中不易沉淀。

  (9)其他

  硼酸锌比氧化锑易润湿,具有抗电弧性能,可促进金属与树脂的粘合,还能赋予材料抗菌性。对于大多数含芳香族卤系阻燃剂的体系,单用硼酸锌的协同效果欠佳,而且硼酸锌对卤系阻燃剂的增效作用一般比氧化锑逊色一筹

  目前高分子材料阻燃剂正向超细、高效、低烟、低毒和低成本的方向发展。硼酸锌作为无卤阻燃剂具有环保、安全、抑烟、无毒和价廉等优点,在现有工业技术条件下,被称为“绿色”阻燃剂,对它的开发应用已经成为阻燃剂研究的重点。提高硼酸锌的热稳定性和抑烟性以及对纳米硼酸锌阻燃剂的开发和应用,将成为高分子材料阻燃剂最活跃的研究领域。

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