性能优异的新型低水合硼酸锌耐高温阻燃剂
关键词：硼酸锌阻燃剂、水合硼酸锌、3.5水硼酸锌、三氧化二锑替代品、低水合硼酸锌、ZB-2335阻燃剂
耐高温阻燃剂在人们日常生活中日显重要。2002年美国阻燃剂的销售额达11亿美元,年产量增长达52%。低水合硼
酸锌是性能最为优异的耐高温阻燃剂的品种之一。美国硼砂化学公司制造的低水合硼酸锌商品牌号为Ｆｉｒｅ ｂ
ｒｏｋｅ。低水合硼酸锌的分子式为2ＺｎＯ·3Ｂ2Ｏ3·3 5Ｈ2Ｏ,其分子量为43466。该品为白色结晶,溶点为
980℃,长时间在300℃以上只有07%的结晶水被失去。它不溶于水及一般有机溶剂,可溶于氨而成为络合物。低水合
硼酸锌的折射率与一般聚合物相近,因而将其加入聚合物中能保持原来树脂的透明度。该品的脱水温度在300℃以
上,远高于一般聚合物的加工温度,很适宜于聚合物的阻燃、抑烟。
它比目前市场上广为使用的Ｓｂ2Ｏ3阻燃剂价廉,且毒性低,其ＬＤ50为10000ｍｇ/ｋｇ(大鼠口服),其抑烟率达
25%,用作阻燃剂可单独使用,也可与其它阻燃剂混合使用而起到增效作用。故其可广泛用于塑料、橡胶、树脂、合
成纤维、纸张、木材及其制品、涂料、电器绝缘材料、电线电缆、地毯、防锈漆、电梯、交通工具的盖布、运输
带等多个领域。也可用于家用电器的阻燃、抑烟。该产品目前在国内的产能不足10ｋｔ/ａ,产量不足5ｋｔ/ａ,而
市场需求量在150ｋｔ/ａ以上。因此应大力开发低水合硼酸锌阻燃剂,以满足人们的需求。
一、合成低水合硼酸锌的合成一般以Ｚｎ(ＯＨ)2与硼酸锌或硫酸锌、硼砂与ＺｎＯ为原料。但这些生产方法的生
产设备投资大,后处理量大,副产物较多,产品纯度不高。而以ＺｎＯ和硼酸为原料的生产方法简单,操作容易,设备
投资少,产品纯度高,易于工业化。2ＺｎＯ+6Ｈ3ＢＯ3———→2ＺｎＯ·3Ｂ2Ｏ2·3 5Ｈ2Ｏ+5 5Ｈ2Ｏ其生产工
艺为:将硼酸和水加入反应釜内搅拌溶解,升温到特定温度后,在保温下加入ＺｎＯ进行反应,反应到一定时间后放
料,过滤,滤液循环使用,滤饼经水洗、干燥、破碎、检验合格后包装得产品。其最佳工艺条件为:ＺｎＯ∶Ｈ3ＢＯ
3=1∶3.15—3.45(物质的量)、ＺｎＯ∶Ｈ2Ｏ=1∶32—34,反应温度为77—90℃,反应时间5—8ｈ。洗涤时温水比
冷水较好。
二、经济效益分析生产主设备包括反应釜、离心机、干燥系统、贮槽等,设备投资为150万元,土建厂房600ｍ2约60
万元,人工工人40人,流动资金180万元,含税总成本074万元/ｔ,年产值2700万元,净利润为480万元,总投资(含流动
资金)为390万元,投资回收期为08年,是一种高经济效益产品。
三、用途低水合硼酸锌价廉、无毒、无刺激性,脱水温度高、阻燃。与聚合物一起加工后不影响其机械强度、伸长
率、热老化性能等。它与含卤素的高分子聚合物于高温时产生ＺｎＣ12和Ｃ1Ｏ化合物,此两种化合物都是自由基
的终止剂,与Ｓｂ2Ｏ3的作用相同。它于高温时能促进聚合物碳化,使聚合物表面形成一层粘液层而降低火焰,阻止
下层聚合物碳化。含低水合硼酸锌的ＰＶＣ于650℃形成的碳化物中含有原来80%的硼及62%的锌,锌催化ＰＶＣ脱
氯化氢,使ＰＶＣ交联成碳层,低水合硼酸锌与含卤素材料如含溴的聚酯、尼龙、环氧树脂可起协同增效阻燃作用
。它在非卤素材料如乙烯醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、苯乙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、丙烯酸酯、合成橡胶中与氢
氧化铝也能起协同阻燃抑烟作用,并可提高填充料的性能。抑制滴落,提高其机械性能。低水合硼酸锌与Ｓｂ2Ｏ3
和Ａｌ(ＯＨ)3同时复配,可降低Ｓｂ2Ｏ3的用量,而阻燃效果更好,因此在不饱和聚酯、环氧树脂、ＰＢＴ、ＰＥ
Ｔ、ＰＡ、聚砜、聚苯醚、乙烯醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸酯共聚物、聚乙烯、ＡＢＳ、聚氨酯、聚碳酸酯、
、ＥＰＤＭ、丙烯酸中甚为广用。
在硅橡胶、电缆料含硅聚合物中单一低水合硼酸锌本身就是一种优良的阻燃抑烟剂。低水合硼酸锌可作为多功能
无机防锈颜料代替有毒物铅、铬防锈颜料。它在金属表面放出硼酸根离子,吸附金属表面的亚铁离子,在空气中氧
的作用下氧化成铁离子,与硼酸根离子生成不溶性稳定、致密、钝化的复合盐膜,以阻止金属生锈。近年来国内外
大力开发低水合硼酸锌阻燃、抑烟剂的细粒及超细纳米产品。例如Ｂｏｒａｘ公司开发的粒度为2—4μｍ牌号为
ＦｉｒｅｂｒａｋｅＺＢ Ｆｉｎｅ的细粒硼酸锌及粒度为05—3μｍ的超细产品,作为纤维中阻燃灭菌剂以增加其
加工性及各组分的分散性,它与Ａ1(ＯＨ)3可配制成高温阻碳化阻燃剂。纳米低水合硼酸锌添加于塑料后,可提高
复合材料的拉伸强度,增加复合材料的有缺口或无缺口抗冲击强度,并增加其抗紫外线能力而不易老化。纳米低水
合硼酸锌具有更好的阻燃、灭菌、防锈作用,广泛用于改性塑料衬门、把手、防霉菌封条、复合高强度材料,可使
冰箱内食品抑菌保鲜,使食品贮藏时间大为延长。还可用作超市食品架、食品筐、食品箱、柜台、台面、推车、电
梯、公交车把杆、坐椅、办公桌,厕所及浴室壁面、包装材料、家具、建筑油漆等。
四、结语低水合硼酸锌具有耐高温、阻燃、灭菌、防锈、抑烟等多功能作用,无毒,价廉。其基本原料硼矿在我国
资源丰富,储量有40000ｋｔ多(以Ｂ2Ｏ3计),其中仅辽宁省翁泉沟硼铁矿储量就达20000ｋｔ多,其Ｂ2Ｏ3含量79%,
铁306%。近来西藏发现了千万吨级的硼镁矿,品位高达30%,镁含量大于15%。我国塑料年产量在8000ｋｔ以上,需阻
燃剂150ｋｔ/ａ以上,而目前国内产量不足万吨。因此应大力开发该产品的生产应用,以满足国内外市场的需要。
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