[发明专利]改性硼酸锌及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃材料领域，具体涉及一种改性硼酸锌及其制备方法。

背景技术

硼酸锌广泛用于橡胶和PVC、ABS、氯化聚乙烯(CPE)、化纤、涂料、油漆、不饱和树脂中。它与溴系阻燃剂、氢氧化铝、氢氧化镁以及膨胀阻燃剂都有良好的协同阻燃效应。它可代替有毒的三氧化二锑应用于溴系阻燃体系，也可以单独做阻燃剂使用。

但硼酸锌的使用存在以下问题：一方面硼酸锌是无机盐，表面带有电荷，亲水疏油，与高分子材料共混时在材料中难以均匀分散，导致材料力学性能迅速恶化。另一方面，目前工艺制得的硼酸锌粉体的粒径一般在7-10微米之间，粒径过大会在基材中分散不理想，从而恶化了材料的使用性能。

为了改善硼酸锌在高分子材料中的分散性，必须增加硼酸锌的亲油性及使其粒径较小。故阻燃剂细微化及对其表面进行改性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。目前硼酸锌改性及应用方面的研究仍较少。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性硼酸锌，降低其表面势能，改善亲油性，提高它在高分子材料中的分散能力，提高细度、分散性和相容性；本发明还提供其制备方法，工艺简单、原料易得、无污染、用量少、环保化。

本发明所述的改性硼酸锌，以聚二甲基硅氧烷与硅烷偶联剂作为改性剂，以硼酸和氧化锌作为原料制成。

聚二甲基硅氧烷与硅烷偶联剂的质量比为2.5-3.5：1。硅烷偶联剂优选为KH550、KH560、KH570、A151或A171中的一种或几种，聚二甲基硅氧烷与硅烷偶联剂为市购。本发明采用聚二甲基硅氧烷与硅烷偶联剂作为改性剂并用，可以起到很好的协同效果：硅烷偶联剂是一类具有特殊结构的低分子有机硅化合物，它带有与聚合物分子有亲和力或反应能力的活性官能团，同时它带有的能够水解的烷氧基与水形成硅醇，然后与硼酸锌表面上的羟基反应，形成硅氧键并缩合成共价健。同时，硅烷偶联剂各分子的硅醇基水解后与聚二甲基硅氧烷的羟基反应键合，形成网状结构的膜覆盖在硼酸锌表面，使硼酸锌有机化。二者与基体树脂发生接枝、交联等一系列化学反应，使硼酸锌和高聚物基料较好地结合在一起。聚二甲基硅氧烷有一定的亲水性，使水-胶体复合体吸附在颗粒上，使颗粒屏蔽免受电解质引起的絮凝或凝聚作用，给予分散体系以稳定性，使生成硼酸锌粒径降低。硅烷偶联剂与聚二甲基硅氧烷配合使用，还可以降低改性剂的用量(改性剂为氧化锌质量的0.2-1.0％)。单独使用硅烷偶联剂，用量一般为氧化锌质量的1.2-2.0％，才能达到所需的效果，从而降低了生产成本。聚二甲基硅氧烷与硅烷偶联剂起到协同作用，使改性硼酸锌与高分子化合物更紧密地结合在一起，进一步提高材料的各项机械力学性能，这是单独使用硅烷偶联剂处理难以达到的。本发明所述的改性硼酸锌加入树脂中可以显著改善树脂的熔流动性能，热变形性能，可以提高制品的表面光泽。

本发明制备得到的改性硼酸锌亲油性能优良、粒度(D50)在3-6微米之间，粒径较小及粒径分布较窄，改善了硼酸锌在高分子材料中的分散性，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，制品表面经过改性处理后，与不加改性剂，直接以硼酸和氧化锌作为原料制成的硼酸锌相比，粒径更细，流动性和相容性均有所提高。

本发明制备得到的改性硼酸锌325目筛余率(％)为0.1-0.4，由于325目筛子相当于45微米，而高分子材料对所用的改性硼酸锌的要求为大于45μm的粒子应<2％。所以本发明制备得到的改性硼酸锌远远满足高分子材料对改性硼酸锌的要求。虽然有些硼酸锌经改性后粒度很小，但不见得筛余物会低，因为粉末有些流动性不好，筛不下，相应的筛余物就高。而本发明改性硼酸锌325目筛余率(％)为0.1-0.4，制备得到的改性硼酸锌具有很高的流动性。

所述的改性硼酸锌的制备方法，在水中加入硼酸，溶解后加入氧化锌，再加入改性剂，保温反应，得到改性硼酸锌。

本发明得到的改性硼酸锌为2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O，其表面覆盖一层改性剂。

其中：水与硼酸的质量比为2-4:1；硼酸和氧化锌的摩尔比为2.8-3.2：1；改性剂为氧化锌质量的0.2-1.0％。

具体优选的制备方法为：在水中加入硼酸，溶解后加入氧化锌，搅拌，50-70℃保温搅拌20-40分钟，再加入改性剂，保温50-70℃反应5-7小时，反应完趁热离心分离，再加入40～60℃的水洗两遍，98-110℃干燥，粉碎即得改性硼酸锌。

综上所述，本发明具有以下优点：