硼酸锌的制备工艺

硼酸锌的制备工艺

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。

硼酸盐-锌盐法

美国硼砂与化学品公司在专利中就此法报道了有10多条原料路线，下面是其中一条使用较为普遍的路线。

3.5ZnSO4+3.5Na2B4O7+0.5ZnO+10H2O=2(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+3.5Na2SO4+2H3BO3

此法中硼砂、锌盐原料易得，成本较低，在粒度控制上有一定的优势；但是该法的缺点是反应条件比较苛刻。硼砂是强碱弱酸盐，使得体系溶液显碱性，锌以氢氧化锌微溶物形式存在，使得复分解反应速度减慢，反应时间延长，在一定程度上增加了能耗，提高了产品成本。另外，此方法生成硼酸和硫酸钠两种副产物，要将两种副产物分离出来，母液循环使用，处理工序相当繁杂。 硼酸锌阻燃剂粉体的粒径过大会在基材中分散不理想，添加量高时会恶化材料的使用性能。为了改善硼酸锌在基材树脂中的分散性，必须使其粒径较小及粒径分布较窄。故阻燃剂细微化，甚至纳米化，既可增大阻燃剂与材料的接触面以提高相容性，还可降低阻燃剂的用量。国外对硼酸锌的合成和应用已经达到了一定的水平，1990年报道的美国硼砂公司的硼酸锌新产品是平均粒径为2-4μm；1992年，硼砂公司又报道了一种硼酸锌新产品，其失水温度为413 ℃（比标准硼酸锌约高110 ℃），因而可用于加工温度极高的工程塑料，如聚酮、砜和聚醚亚胺等。

中国所生产的硼酸锌的粒径一般为2-8 μm，还不能达到国外的水平，所以对硼酸锌进行超细化研究日趋重要起来。

武汉大学将氧化锌和硼酸混合均匀，物质的量比为1：3，加入反应容器，加入水的量为氧化锌和硼酸总质量的0.01 %-60.00 %，然后搅拌配制成流变态，再放入密闭容器在60-100 ℃温度下保温6-12 h，冷至室温取出产物，在120-140 ℃烘干即可。此法制备过程不需要过滤，也不需要水洗，反应产率高。

胡云楚发明了一种固相反应制备纳米硼酸锌的方法。将氧化锌和硼酸分别磨成微米级，然后按照一定的比例，加入总量的1%-5%的硬脂酸钠、硅烷等表面活性剂或偶联剂，然后进行球磨或真空球磨，最后得到了纳米级的硼酸锌。

还有人研究了用水热法制备形貌可控的颗粒状、棒状和针状的低水合硼酸锌和用溶剂热改性法制备硼酸锌，均得到了改性良好的产品。

高温固相反应制备硼酸锌

高温固相反应制备硼酸锌的研究进行得比较少。通过高温固相反应制得的硼酸锌是不含结晶水的，所以阻燃效果可能会下降，但是根据硼酸盐的阻燃机理，应该还是具有一定的阻燃效果。HubertHuppertz等通过研究发现，在高温或者是高压的条件下，ZnO-B2O3体系中有4或5种不同结构的硼酸锌存在，分别为：α-ZnB4O7，偏硼酸锌Zn4O(BO2)6或ZnB2O4，Zn3(BO3)2或Zn5B4O11，ZnB6O10（可能存在）和微孔硼酸锌Zn4O(BO3)2。

高温固相反应制备硼酸锌的研究国外进行得比较早。在20世纪90年代初期，日本就有专利报道说，用1 mol的氧化锌（锌的氢氧化物、碳酸锌或活性锌）平均粒径≤0.1 μm，和1.0-1.5 mol的硼酸或三氧化二硼于700-900 ℃高温中反应1-6 h，可以制得硼酸锌。