表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法技术

本发明专利技术属于精细化工技术领域，具体涉及一种表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法。以醋酸锌和硼酸为原料，硬脂酸锌为表面疏水改性剂，乙醇为溶剂，反应制备表面疏水改性无水纳米硼酸锌。本发明专利技术具有步骤少、反应时间短、温度低、无三废排放的优点；制备的硼酸锌粒度小，具有良好分散性，能在PVC等高分子物料中充分分散；表面用硬脂酸锌改性，不仅使得无水硼酸锌具有疏水性，而且兼具润滑性，可减少润滑剂的用量，整体上降低了PVC等塑料的生产成本；制备方法简单便捷，绿色环保；生产设备简单，适合大规模工业化生产；由于是无水，分解温度高，满足一些特种耐高温工程塑料对阻燃剂的需求。一些特种耐高温工程塑料对阻燃剂的需求。

【技术实现步骤摘要】
表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法


[0001]本专利技术属于精细化工
，具体涉及一种表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法。

技术介绍

[0002]硼酸锌是一种市场上常用的无机阻燃剂，它具备的优点有：不挥发、不析出、热稳定性好、不产生有毒烟气等；另外，硼酸锌还具备积炭、抑烟和能与其它阻燃剂共用增强协同效应的特点。硼酸锌作为一种高效无机阻燃剂被广泛应用于橡胶、塑料、涂料等领域。目前，提高硼酸锌阻燃效果的两大主要途径：一是纳米化硼酸锌，纳米化能提高硼酸锌和聚合物接触面积，能更好的起到阻燃效果；另外，纳米化的硼酸锌更易分散，可以减少用量。二是对硼酸锌的表面进行疏水改性，亲水的硼酸锌与疏水的聚合物之间相容性较差，通过对硼酸锌表面进行疏水改性，来提高硼酸锌和聚合物相容性、分散性；同时，高分散性也可避免硼酸锌过度聚集，造成对聚合物物理性能(拉伸率、断裂率等)的破坏。
[0003]目前，文献报道的制备硼酸锌几乎都是在水溶液中。常规的制备方法中，硼源主要有硼酸和硼酸钠，锌源一般采用氧化锌、硫酸锌、氢氧化锌等。锌源中，除了硫酸锌外，其它都难溶，导致反应时间长。如中国专利CN 106904628A公开一种中空棒状硼酸锌的制备方法，该方法采用硼酸和氧化锌，在100-160℃下反应近4h，能耗较高。中国专利CN 1789135A公开一种形貌可控的低水硼酸锌粉体的水热制备方法，该方法采用110-160℃的高压反应釜，反应6-24h，制备出不同形貌硼酸锌。该方法采用的高压反应釜较危险，不利于推广应用；另外，反应时间过长，也导致能耗高。
[0004]一般来讲，硼酸锌粒径越小，其分散性越好，性能就越好。目前制备的硼酸锌大多为微米级，如中国专利CN 103964455A公开一种3.5水硼酸锌的制备方法，其产品为约4μm的硼酸锌。也有人开始制备纳米级硼酸锌，如中国专利CN 1903722A公开一种制备纳米硼酸锌的方法，该方法步骤多、操作复杂，品控不易。中国专利CN 1778868A公开一种氧化锌与硼酸固相反应制备纳米硼酸锌阻燃剂的方法，该方法先将氧化锌和硼酸分别磨成微米级，进行球磨或真空球磨，最后得到了纳米级的硼酸锌，这种方法流程长、能耗高。
[0005]为了进一步提高硼酸锌在有机材料中的分散性，人们开始通过表面改性的方法对亲水性硼酸锌表面进行处理，制备出疏水性硼酸锌。常用的表面改性剂有硅烷偶联剂、油酸等。如中国专利CN 1167730A公开一种通过引入脂肪醇聚氧乙烯醚等非离子型表面活性剂来控制粒径制备超细低水硼酸锌的技术，制备的产品粒径在0.1-10μm范围内，但该方法得到超细产品需加入表面活性剂，且此表面活性剂价格过高。
[0006]普通有水硼酸锌失水温度低于290℃，随着高分子材料的快速发展，不断涌现系列特种工程塑料，其加工或使用温度在400℃左右的高温，这就造成了迫切需要更高失水温度的无水硼酸锌。有关于无水硼酸锌制备的专利较少见，中国专利CN 101514002A公开一种制备超细无水硼酸锌的方法，该方法是采用纳米级硼酸锌为原料，用有机溶剂高温提取纳米硼酸锌中的结晶水，该方法步骤多、成本高。
[0007]针对现有硼酸锌制备方法的能耗高、步骤繁琐、制备的硼酸锌粒径大等问题，目前，亟需提供一种步骤少、能耗低、制备的硼酸锌粒径小的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，步骤少，反应时间短，能耗低，无三废排放，制备的纳米硼酸锌粒度小。
[0009]本专利技术所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法是以醋酸锌和硼酸为原料，硬脂酸锌为表面疏水改性剂，乙醇为溶剂，反应制备表面疏水改性无水纳米硼酸锌。
[0010]所述的醋酸锌为无水醋酸锌。
[0011]所述的乙醇的浓度为98-99.5％。
[0012]所述的醋酸锌、硼酸与硬脂酸锌的质量比为36.7-40：37.1-41.2：1.5-1.7。
[0013]所述的反应温度为85-90℃，反应时间为1.5-2.0h。
[0014]所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的粒径为200-300nm。
[0015]本专利技术所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，包括如下步骤：
[0016](1)将醋酸锌和硬脂酸锌加入到预热的乙醇中搅拌溶解，得到A溶液；
[0017](2)向预热的乙醇中加入硼酸搅拌溶解，得到B溶液；
[0018](3)在搅拌条件下，向B溶液中加入A溶液，保温，得到悬浊液；
[0019](4)悬浊液离心得到沉淀，沉淀经洗涤、烘干、干燥、研磨，得到表面疏水改性无水纳米硼酸锌。
[0020]步骤(1)中所述的醋酸锌与乙醇的配比为36.7-40：1.5-1.8，其中，醋酸锌以g计，乙醇以L计。
[0021]步骤(1)中所述的预热温度为85-90℃。
[0022]步骤(2)中所述的硼酸与乙醇的配比为37.1-41.2：1.0-1.2，其中，硼酸以g计，乙醇以L计。
[0023]步骤(2)中所述的预热温度为85-90℃。
[0024]步骤(3)中所述的加入A溶液的速度为1.0-1.5mL/s。
[0025]步骤(3)中所述的保温温度为85-90℃，保温时间为1.5-2.0h。
[0026]步骤(4)中所述的离心速度为3800-4500r/min，离心时间为3-5min。
[0027]步骤(4)中所述的洗涤是采用乙醇洗涤。
[0028]步骤(4)中所述的烘干温度为50-60℃，烘干时间为0.5-1.0h。
[0029]步骤(4)中所述的烘干是采用真空干燥箱烘干，真空干燥箱的压强为0.07-0.09MPa。
[0030]步骤(4)中所述的干燥温度为110-120℃，干燥时间为0.5-1.0h。
[0031]本专利技术制备的表面疏水改性无水纳米硼酸锌用作PVC阻燃剂。
[0032]本专利技术采用98-99.5％的乙醇作为溶剂，用硼酸和醋酸锌为原料，硬脂酸锌为表面改性剂，在85-90℃下保温1.5-2.0h，一锅法制备了疏水的无水纳米硼酸锌。常规制备硼酸锌采用的氧化锌或氢氧化锌在水中难溶，必须高温高压长时间反应，导致能耗偏高，本专利技术采用乙醇做溶剂，原料均可溶于乙醇，可在低温短时间完成，避免了能耗高的不足，且乙醇
可循环使用。
[0033]本专利技术采用硬脂酸锌作为表面改性剂，基于相似相容原理，硬脂酸锌中的锌离子易于吸附到硼酸锌表面，使得硼酸锌为疏水性，可以明显提升其与PVC的相容性能。另外，硼酸锌中含有锌，在PVC中容易与PVC降解产生的氯离子反应生成ZnCl2，ZnCl2可催化PVC快速降解，所以，硼酸锌不能直接用作PVC阻燃剂，必须对其改性。本专利技术用硬脂酸锌作为硼酸锌表面改性剂，硬脂酸锌是PVC用热稳定剂和润滑剂，本专利技术的产品也证实了这一点：单纯使用硼酸锌作为PVC阻燃剂，PVC产品会明显发黄；使用硬脂酸锌改性硼酸锌，赋予了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，其特征在于以醋酸锌和硼酸为原料，硬脂酸锌为表面疏水改性剂，乙醇为溶剂，反应制备表面疏水改性无水纳米硼酸锌。2.根据权利要求1所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，其特征在于所述的乙醇的浓度为98-99.5％。3.根据权利要求1所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，其特征在于所述的醋酸锌、硼酸与硬脂酸锌的质量比为36.7-40：37.1-41.2：1.5-1.7。4.根据权利要求1所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，其特征在于所述的反应温度为85-90℃，反应时间为1.5-2.0h。5.根据权利要求1所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，其特征在于所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的粒径为200-300nm。6.根据权利要求1-5任一所述的表面疏水改性无水纳米硼酸锌的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将醋酸锌和硬脂酸锌加入到预热的乙醇中搅拌溶解，得到A溶液；(2)向预热的乙醇中加入硼酸搅拌溶解，得到B溶液；(3)在搅拌条件下，向B溶液中加入A溶液，保温，得到悬浊液；(4)悬浊液离心得到沉淀，沉淀经洗涤、烘干...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德刚，韩文渊，石朋，张曼琦，朱东坡，唐圣奎，尹成毅，陈伟，程祥，
申请(专利权)人：山东海螺型材有限责任公司，
类型：发明
国别省市：