偏硼酸钡的主要应用

背景及概述^[1]

偏硼酸钡又名硼酸钡。白色粉末。分子量349.07。溶于水。功能性颜料。可增强涂料的防霉、防锈、防火抗粉化等性能。由硫化钡和硼砂水溶液加入高压釜中，加入少量硅酸钠，加热125～140℃反应制得。目前，按照不同制造者的数据来看，偏硼酸钡商品的粒径一般波动在0.35～35μm，平均粒径约为8μm，有效粒径仅为3μm；现有偏硼酸钡具有吸潮、结块、水溶性大、在各种树脂中的相容性和在漆膜中的牢固性差等的缺点，必须使用无定型水合二氧化硅对其进行改性。目前，现有制备偏硼酸钡的方法是用钡盐（硫化钡、氢氧化钡、碳酸钡、硝酸钡）和硼酸盐（硼酸、硼砂等）混合融化，或用它的水溶液进行沉淀反应而得。

主要具体制备方法为：1）硼砂硫化钡法：将重晶石和煤粉的混合物料焙烧，经萃取器热水浸取，得硫化钡料液，再与硼砂水溶液和硅酸钠水溶液各自计量加入反应器中，三种物料加完后，将反应器密闭，升温至110±5℃，搅拌反应2h后，冷却至70～80℃，沉淀物经离心分离、水洗、干燥、粉碎后，制得偏硼酸钡成品。此种工艺缺点：工艺流程复杂，对设备要求高，反应条件苛刻，耗能高，对环境造成污染。2）中科院福建物质结构研究所的为民以氢氧化钡、硼酸和过氧化氢为原料，采用液相合成法制备了偏硼酸钡粉体。此工艺需要离心分离、减压干燥，不适合大规模生产。3）中科院福建物质结构研究所的周有福等人以无机盐和硼酸水溶液为原料，以有机胺为沉淀剂，沉淀过滤、干燥，在650～850℃之间煅烧，得偏硼酸钡粉体。此工艺同样为液相法合成，但是需要加入沉淀剂，需要抽滤、洗涤等过程，而且不能实现原料全部转化为产物，易于造成环境污染。

应用^[2-3]

偏硼酸钡是一种白色功能性颜料，其在涂料中具有防锈、防霉、防污染、抗粉化、防止变色、阻燃等作用，是一种多功能的无毒防锈颜料，用于底漆、面漆防锈涂料的制造。偏硼酸钡还可以用于陶瓷、造纸、橡胶和塑料等工业。偏硼酸钡存在高温相（α‑BaB2O4）和低温相（β‑BaB2O4）两种多型体。低温相偏硼酸钡单晶（β‑BaB2O4）是具有综合优良性能的非线性光学晶体，具有较宽的透光波段（190nm～3500nm）和位相匹配范围（409.6nm～3500nm），大的非线性光学系数，高的抗光损伤阈值，较宽的温度带及优越的光学均匀性，这就为各种非线性光学应用提供了实际可能性。目前，低温相偏硼酸钡单晶（β‑BaB2O4）主要应用于：（1）Nd：YAG和Nd：YLF激光器的2、3、4、5次谐波的产生；（2）染料激光器的倍频、三倍频以及混频的发生；（3）钛宝石和紫翠玉激光器的2、3、4、5次谐波的产生；（4）可用于多种先进的激光技术的研发例如全固态，宽波段调协激光，超短脉冲激光，以及DUV激光；（5）光参量放大（OPA）和光参量振荡(OPO)等等。如制备低温相偏硼酸钡单晶薄膜，包括如下具体步骤：在铂金坩埚内，放置有带气孔的Li2CO3和Al2O3混合料块；将双面抛光的α-BBO晶片置于或悬于铂金丝上，加上覆盖有Li2CO3和Al2O3混合粉料和热电偶的坩埚盖，坩埚顶部加铂金盖密闭，置于电阻炉中；该电阻炉加热升温至700~1000℃，恒温2~100小时，Li2O扩散到α-BBO晶片中，和α-BBO晶片发生固相反应，从而α-BBO晶片表层发生相变，生成β-BBO单晶薄膜。本方法可以在α-BBO衬底上生长出符合需要的微米量级的β-BBO单晶薄膜，不仅节省材料，还可以批量生产，对激光技术以及集成光学的发展具有重要的意义。

制备^[2，4]

方法1：一种偏硼酸钡纳米粉体的制备方法，其步骤为：

A、称取摩尔比为1∶2的氢氧化钡与硼酸，在室温条件下混匀，研磨至由固状变为湿状，再由湿状变为粘稠状，然后再继续研磨1h；

B、上步所得产物在空气气氛、室温条件下晾干，得产品Ba[B(OH)4]2，将其与JCPDS标准卡片进行对照，显示其晶型与JCPDS标准卡片48‑0941相吻合。

方法2：采用氢氧化钡与硼酸和过氧化氢反应。产物经陈化、洗涤、分离、烘干、焙烧得到纳米级的β-BaB₂O₄粉末，其反应式为：

其具体制备步骤如下：

(1)把定量的Ba(OH)₂·8H₂O加热溶解于定量的蒸馏水中，配制浓度为0.3mol/L-0.5mol/L，溶解后趁热过滤；

(2)把定量的H₃BO₃加热溶解于定量的蒸馏水中，配制浓度为0.7mol/L-1.0mol/L，稍冷后加入适量30％的过氧化氢水溶液，H₃BO₃∶30％H₂O₂＝1mol∶250ml-500ml；

(3)把(2)喷雾加入到充分搅拌的(1)中，反应温度为30℃-60℃，反应体系的PH＝6-12，H₃BO₃∶Ba(OH)·8H₂O＝2∶1-1.10(mol)；

(4)反应完成后静置陈化30分钟--62小时，然后离心分离，用蒸馏水或无水乙醇多次洗涤；

(5)在100-120℃减压烘干后置于500℃-600℃下烧结0.5-3h。

主要参考资料

[1] 简明精细化工大辞典

[2] CN201010295075.9一种偏硼酸钡纳米粉体的制备方法

[3] CN200410068058.6低温相偏硼酸钡单晶薄膜的制备方法

[4] CN00135015.3低温相偏硼酸钡纳米粉的制备方法