浅述阻燃剂硼酸锌的生产和应用前景

 

阻燃剂的种类繁多，其化学结构及使用方法各不相同。最常见的阻燃剂的阻燃元素主要是以元素周期表中第Ⅲ主族中的硫。第Ⅶ主族的氟、氯、溴等为基础的化合物。 此外，锌、钡、镁、钛、锡、铁、锆、钼等金属化合物也可作为阻燃剂，但是在实际应用中，阻燃剂主要是以卤素和磷为中心阻燃元素的化合物。含卤阻燃剂尽管阻燃效果较好，但由于在使用和燃烧过程中的二次污染问题，而逐渐被无卤阻燃剂所代替。磷系阻燃剂也是一种阻燃性能良好的阻燃剂，有机磷阻燃剂应用于织物整理时，虽然有良好的耐洗性和耐久压烫性，但有些处理过的织物存在断裂强度下降、变色和产生臭气、有毒性等问题。近年来随着新的环保要求和法规的不断提出，硼系阻燃剂以其优良的阻燃、低毒和抑烟特性正越来越受到人们的关注，硼酸锌就是其中的重要产品之一。

一般来说，阻燃剂是通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应和释放不燃气体等若干途径或机理发挥其阻燃作用的，而多数阻燃剂是几种机理共同作用而达到阻燃目的。硼酸盐的阻燃原理主要来自以下几个方面：

(1)能形成玻璃态无机膨胀涂层；

（2）能促进成碳；

（3）能阻碍发挥性阻燃物的逸出；

（4）能在高温下脱水，具有吸热、发泡及冲稀可燃物的功能。实际上，硼酸锌阻燃剂的阻燃机理可归纳为吸热及稀释作用、覆盖作用和抑制链反应等三方面。

1、吸热及稀释作用  

温度高于300℃时硼酸锌产生热分解失去结晶水，起到吸热冷却和稀释空气中氧气的作用。另外，此时硼酸锌中的部分锌以氧化锌的形式进入相，稀释可燃气体的浓度低于燃烧下限，从而阻止继续燃烧，达到阻燃目的。   

2、覆盖作用  

高温下，硼酸锌分解生成B2O3固体，附着于材料表面，形成一层覆盖层，此覆盖层能够有效抑制可燃性体产生并阻止氧化及热分解作用的进一步进行。硼酸锌阻燃剂与卤素化合物并用，受热时发生反应生成ZnX2，ZnOX(X为CL或Br)。阻燃剂在高分子材料热解前熔融并形成高沸点的固体ZnX2覆盖层，抑制可然性气体的同时阻止氧化及热作用，进而达到阻燃的作用。  

 3、抑制链反应  

材料燃烧的链反应理论认为，自由基之间的链传递是维持燃烧的必要条件。阻燃剂作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，阻止火焰的传递，降低燃烧区火焰密度和燃烧反应速度直至燃烧终止。硼酸锌添加含卤材料燃烧时所产生BX3与气相中水蒸气作用生产HX，HX在火焰中能生成有效阻止自由基间链反应的卤素原子，从而起到阻燃作用。

硼酸锌是一种多功能无机添加型阻燃剂，热稳定性好，失水温度高，脱结晶水的温度可达300℃以上。比重小、粒径细、易分散、无毒性是其独特之处，与其它有机和无机阻燃剂相比较，它的阻燃效果更优、抑烟性好（能减少燃烧黑烟量25％），可保持透明塑料的透明度，使用时无需处理等优点。

硼酸锌具有多种优异性能，其中协效作用尤为显著，这使得其应用更加广泛。在无机阻燃剂中，氢氧化铝具有阻燃、消烟、填充三种功能，但是氢氧化铝在使用时通常需要加入50％（质量分数）以上才能显示很好的阻燃效果。氢氧化镁和氢氧化铝一样，这样就会由于大量添加使基材料脂加工性能变差，力学性能损失较大。三氧化二锑使卤素阻燃剂必不可少的协同剂，但是单独使用时阻燃作用很小。硼酸锌由于具有较高的脱水温度（大于300℃）， 超过大多数聚合物的分解温度，可以全部或部分代替三氧化二锑用于热固性聚酯配方中，降低了使用成本，也可以与氢氧化铝、氢氧化镁和磷系阻燃剂产生良好的协 效作用，从而减少了它们的添加量，降低了它们对基材加工性能的影响。

硼酸锌的制备方法各具有特点，根据我国的资源情况和国情，复分解法仍将是我国今后发展的重点。为此，今后将继续加大该工艺的研究开发，重点是要加强副产物的 回收利用技术开发，以降低生产成本。此外，目前，硼酸锌的应用在我国还处于开发阶段，随着今后阻燃剂向低毒化、无卤化、复合化和抑烟化等方向发展，硼酸锌 作为一种性能优越的阻燃剂，在我国将具有广阔的发展和开发利用前景。

 

 

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