硼酸锌

硼酸锌（简称ZB）是一种多功能添加剂﹐具有阻燃﹑成炭﹑抑烟﹑抑制烟燃和防止熔融滴落多种功效。主要品种有3.5水和7水两种,其分子式通常为2ZnO.3B2O3.3.5H2O或2ZnO.3B2O3.7H2O.所说的硼酸锌一般是指2ZnO.3B2O3.3.5H2O。2ZnO.3B2O3.3.5H2OO 为无规则或者菱性白色粉未﹐熔点980oC﹐300 oC以上开始失去结晶水。其中Firebrake ZB为标准阻燃剂硼酸锌﹐Firebrake ZB-XF为超细粉, Firebrake415为高脱水硼酸锌。硼酸锌在软质PVC制品中﹐阻燃效果较差﹐最好与氧化锑（Sb2O3）并用。硼酸锌具有较强的成炭性﹐可降低材料的发烟量﹐也是一种有效的抑烟剂。硼酸锌与氢氧化铝具有极强的协同作用﹐两者在硬质PVC中并用代替氧化锑﹐烟密度显著下降。实际使用过程中﹐硼酸锌往往与其它阻燃剂并用﹐以发挥阻燃协效作用和抑烟功能。
（1） PVC中的应用 PVC硬制品中﹐硼酸锌可全部代替氧化锑达到相近的阻燃效果。以50%的硼酸锌取代氧化锑﹐烟密度显著下降﹐但氧指数变化很小。在仅以磷酸酯增塑的软PVC中﹐当硼酸锌由0.5PHR增加到5PHR时,不仅材料作用密度大大下降﹐而且氧指数也随硼酸锌用量的增加而升高﹐说明此时单一的硼酸锌也同时具有阻燃和抑烟作用。
（2） 无卤阻燃系的应用 在大多数无卤阻燃体系中﹐硼酸锌与氢氧化镁并用可提高阻燃性能。 硼酸锌阻燃剂为无规则（或菱形）白色结晶或淡黄色粉末，分子式为2ZnO·3B2O3·3.5H2O，分子量为434.69，CAS登录号为［12513－27－8］，相对密度2.69，熔点980℃，折射率1.58~1.59。
在冷水中溶解性极低，在热水中可缓慢溶解形成含1%B2O3的溶液。易溶于稀酸和二甲基亚砜，也易溶于氢氧化钠溶液。不溶于乙醇、正丁醇、苯及丙酮等有机溶剂。在260℃以下仍能保持其结晶水，温度高于300℃时失去结晶水。热稳定性较好，既能阻燃，又能消烟，还能熄灭电弧。
硼酸锌有一系列不同组成的化合物，其中有七水2ZnO·3B2O3·7H2O［12280－01－2］、五水2ZnO·3B2O3·5H2O［12447－61－9］、二水ZnO·B2O3·2H2O［27043－84－1］、无水ZnO·2B2O3［12007－67－9］、无水2ZnO·3B2O3［12767－90－7］化合物等，不同化合物主要取决于制备方法的差异。3.5个结晶水的硼酸锌，实际是3.3~3.7个结晶水。如无特别说明，阻燃剂硼酸锌一般就是3.5个结晶水的硼酸锌。
硼酸锌大白鼠经口LD50＞10g/kg体重。对皮肤和眼无刺激。无吸入和接触性毒性。 硼酸锌是一种性能优良的无机无卤添加型阻燃剂。组成为2ZnO·3B2O3·3.5H2O的低水合硼酸锌应用最为广泛。Q/ZWW003-2003（阻燃剂-硼酸锌ZB-2335）规定了硼酸锌阻燃剂产品中三氧化二硼（B2O3）45%～48%，氧化锌（ZnO）37.5%～40.0%，灼烧减重13.5%～15.5%，脱结晶水温度250～300℃，平均粒径3～5μm，水分≤1.0%，符合欧盟RoHS指令。 硼酸锌是一种多功能阻燃剂，具有阻燃、成炭、抑烟、抑阴燃和防止生成熔滴等多种效能及低毒、价廉等优点。
（1）阻燃增效 硼酸锌与氧化锑或氢氧化铝等具有协同阻燃增效作用。以硼酸锌代替一部分氧化锑用于许多阻燃体系，不至于降低材料的阻燃等级，却可降低材料成本、生烟量和毒性。
（2）抑烟性 以硼酸锌代替氧化锑，可使生烟量减少40%，使某些含卤环氧树脂的生烟量大幅度下降。
（3）促进炭层形成 硼酸锌有助于在材料燃烧时生成多孔炭层，且此炭层能为三氧化二硼所稳定。此外，在高聚物燃烧温度下，硼酸锌还可与氢氧化铝生成类似玻璃、陶瓷的硬质多孔残渣。有利于隔热和阻止空气扩散入材料内部。
（4）抑阴燃和防止生成熔滴 在很多树脂中，硼酸锌不仅可抑制阴燃，而且可减少高温熔滴，高温熔滴就是危险的引燃源。 （5）低毒 硼酸锌被认为基本上是无毒的，不刺激皮肤和眼睛，无腐蚀性。
（6）价廉 硼酸锌价格一般为三氧化二锑的1/3左右，并且密度仅为三氧化二锑的1/2。如以体积论，硼酸锌的价格约合三氧化二锑的1/6左右。
（7）透明性 硼酸锌的折射率在大多数有机物折射率范围之内，因而将其用于树脂层压板时，可保持板材的透明度。
（8）不易沉淀 硼酸锌的晶体密度远低于氧化锑，故配料时所需能量小，在分散体系中不易沉淀。
（9）其他 硼酸锌比氧化锑易润湿，具有抗电弧性能，可促进金属与树脂的粘合，还能赋予材料抗菌性。对于大多数含芳香族卤系阻燃剂的体系，单用硼酸锌的协同效果欠佳，而且硼酸锌对卤系阻燃剂的增效作用一般比氧化锑逊色一筹。

1. 复分解法
   复分解法以硼砂和锌盐（硫酸锌、硝酸锌等）为原料，在水溶液中加热进行复分解反应： 7ZnSO4+7Na2B4O7+ZnO+20H2O＝4(2ZnO·3B2O3·3.5H2O)+7Na2SO4+4H3BO3
   该反应生成硼酸和硫酸钠两种副产物，把两种副产物分离出来，工业母液循环使用是相当繁杂的。
2. 中和法
   中和法以硼酸和氢氧化锌（或氧化锌）为原料，按一定配比投入反应罐中，在90~100℃下保温6~10h，发生如下反应：2Zn(OH)2+6H3BO3＝2ZnO·3B2O3·3.5H2O+7.5H2O
   2ZnO+6H3BO3＝2ZnO·3B2O3·3.5H2O+5.5H2O
   与复分解法相比，中和法工艺简单，产物单一，母液可循环使用，且收率高，可达95%以上。