[科普中国]-硼酸锌

硼酸锌是一种环保型的非卤素阻燃剂，无毒、低水溶性、高热稳定性、粒度小、比重小、分散性好等特点，作为一种高效阻燃剂被广泛应用在塑料、橡胶、涂料等领域。

基本信息中文名称：硼酸锌

中文别名：硼酸锌,阻燃剂;阻燃剂ZB;

英文名称：Zinc Borate

英文别名：Boric acid, zinc salt

CAS号：1332-07-6

分子式：B2O6Zn3

分子量：313.75800

精确质量：309.77600

PSA：138.360001

物化性质外观与性状：白色固体

密度：3.64 g/cm3 (20ºC)

熔点：980ºC

储存条件：Keep containers tightly closed in a well ventilated area away from food products. Keep away from heat and water.1

安全信息包装等级：II

危险类别：8

海关编码：2840200000

危险品运输编码：2734

安全说明：S26-S36/37/39-S451

用途可以作为氧化锑或其它卤素阻燃剂的多功能增效添加剂，可以有效提高阻燃性能，减少燃烧时烟雾的产生，并可以调节橡塑产品的化学，机械，电等方面的性能。

作为含卤素等阻燃剂的部分或完全环保替代品，被广泛的直接应用于塑料和橡胶的加工，如PVC、PE、PP、增强聚酰胺、聚氯脂、聚苯乙烯、环氧树脂、聚脂酸乙烯树脂及天然橡胶，苯乙烯丁二烯橡胶、氯丁橡胶等。可以被应用于纸张、纤维织物、装饰板、地板革、壁纸、地毯、陶瓷釉料、杀菌剂，涂料的生产中，以提高阻燃性能。还可用于防腐，远红外线吸收，木材的防虫防菌处理等领域。1

制备工艺传统硼酸锌的制备硼酸中和法

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。

3）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。2

超细硼酸锌的制备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。2

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。2

阻燃机理硼酸盐的阻燃作用主要来自以下几个方面：

1）能形成玻璃态无机膨胀涂层；

2）能促进成炭；

3）能阻碍挥发性可燃物的逸出；

4）能在高温下脱水，具有吸热、发泡及冲稀可燃物的功效。水合硼酸锌的阻燃机理是：当温度高于300 ℃时，硼酸锌热分解，释放出结晶水，起到吸热冷却作用和稀释空气中氧气的作用。另一方面，在高温下硼酸锌分解生成B2O3（若材料中含有氯或溴时还生成ZnX2，ZnOX。X为Cl或Br），附着在聚合物的表面上形成一层覆盖层，此覆盖层可抑制可燃性气体产生，也可阻止氧化反应和热分解作用。此外，在含卤材料中，燃烧时还产生BX3，BX3与气相中的水作用生成HX，在火焰中有卤素原子游离基生成，该游离基能阻止羟基游离基的链反应，从而起到阻燃作用。2

硼酸锌行业市场现状及未来前景硼酸锌行业属于法规推动型产业，国内外相关法律法规的相继出台和逐步完善，影响着整个硼酸锌行业的格局。不断完善的政策法律环境为具有资源优势、规模经济优势和研发优势的企业提供发展的机会。世界硼酸锌产品正向着多元化、无毒化和多功能消费方向发展。

硼酸锌生产商除重视国内市场外，还努力开发国外市场，硼酸锌工业的全球化和竞争加剧。亚洲已成为增速最快的硼酸锌市场，美国一些硼酸锌制造商正在将其生产基地转向亚洲。

我国"十二五"规划把阻燃材料纳入重点发展产业，并且组建了绿色阻燃剂产业技术创新战略联盟，为阻燃材料行业的发展提供了政策性的平台。作为无机阻燃剂绿色环保的优势，硼酸锌等环保型阻燃剂产品将会迎来政策之风，不断发展壮大。2

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学