改性硼酸鋅及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于阻燃材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性硼酸鋅，以聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑，以硼酸和氧化鋅作為原料制成。本發(fā)明采用聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑并用，可以起到很好的協(xié)同效果，使改性硼酸鋅與高分子化合物更緊密地結(jié)合在一起，進一步提高材料的各項機械力學(xué)性能。通過表面改性，降低其表面勢能，改善親油性，提高它在高分子材料中的分散能力。產(chǎn)品表面經(jīng)過改性處理后，細度高分散性相容性均有所提高。本發(fā)明還提供其制備方法，工藝簡單，產(chǎn)率高達98.0％以上，原料易得、無污染且環(huán)保。
【專利說明】改性硼酸鋅及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻燃材料領(lǐng)域，具體涉及一種改性硼酸鋅及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硼酸鋅廣泛用于橡膠和PVC、ABS、氯化聚乙烯(CPE)、化纖、涂料、油漆、不飽和樹脂中。它與溴系阻燃劑、氫氧化鋁、氫氧化鎂以及膨脹阻燃劑都有良好的協(xié)同阻燃效應(yīng)。它可代替有毒的三氧化二銻應(yīng)用于溴系阻燃體系，也可以單獨做阻燃劑使用。
[0003]但硼酸鋅的使用存在以下問題:一方面硼酸鋅是無機鹽，表面帶有電荷，親水疏油，與高分子材料共混時在材料中難以均勻分散，導(dǎo)致材料力學(xué)性能迅速惡化。另一方面，目前工藝制得的硼酸鋅粉體的粒徑一般在7-10微米之間，粒徑過大會在基材中分散不理想，從而惡化了材料的使用性能。
[0004]為了改善硼酸鋅在高分子材料中的分散性，必須增加硼酸鋅的親油性及使其粒徑較小。故阻燃劑細微化及對其表面進行改性既可增大阻燃劑與材料的接觸面以提高相容性，還可降低阻燃劑的用量。目前硼酸鋅改性及應(yīng)用方面的研究仍較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種改性硼酸鋅，降低其表面勢能，改善親油性，提高它在高分子材料中的分散能 力，提高細度、分散性和相容性；本發(fā)明還提供其制備方法，工藝簡單、原料易得、無污染、用量少、環(huán)?；?br> [0006]本發(fā)明所述的改性硼酸鋅，以聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑，以硼酸和氧化鋅作為原料制成。
[0007]聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為2.5-3.5:1。硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選為KH550、KH560、KH570、A151或A171中的一種或幾種，聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑為市購。本發(fā)明采用聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑并用，可以起到很好的協(xié)同效果:硅烷偶聯(lián)劑是一類具有特殊結(jié)構(gòu)的低分子有機硅化合物，它帶有與聚合物分子有親和力或反應(yīng)能力的活性官能團，同時它帶有的能夠水解的烷氧基與水形成硅醇，然后與硼酸鋅表面上的羥基反應(yīng)，形成硅氧鍵并縮合成共價健。同時，硅烷偶聯(lián)劑各分子的硅醇基水解后與聚二甲基硅氧烷的羥基反應(yīng)鍵合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜覆蓋在硼酸鋅表面，使硼酸鋅有機化。二者與基體樹脂發(fā)生接枝、交聯(lián)等一系列化學(xué)反應(yīng)，使硼酸鋅和高聚物基料較好地結(jié)合在一起。聚二甲基硅氧烷有一定的親水性，使水-膠體復(fù)合體吸附在顆粒上，使顆粒屏蔽免受電解質(zhì)引起的絮凝或凝聚作用，給予分散體系以穩(wěn)定性，使生成硼酸鋅粒徑降低。硅烷偶聯(lián)劑與聚二甲基硅氧烷配合使用，還可以降低改性劑的用量(改性劑為氧化鋅質(zhì)量的0.2-1.0% )。單獨使用硅烷偶聯(lián)劑，用量一般為氧化鋅質(zhì)量的1.2-2.0%，才能達到所需的效果，從而降低了生產(chǎn)成本。聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑起到協(xié)同作用，使改性硼酸鋅與高分子化合物更緊密地結(jié)合在一起，進一步提高材料的各項機械力學(xué)性能，這是單獨使用硅烷偶聯(lián)劑處理難以達到的。本發(fā)明所述的改性硼酸鋅加入樹脂中可以顯著改善樹脂的熔流動性能，熱變形性能，可以提聞制品的表面光澤。
[0008]本發(fā)明制備得到的改性硼酸鋅親油性能優(yōu)良、粒度(D50)在3-6微米之間，粒徑較小及粒徑分布較窄，改善了硼酸鋅在高分子材料中的分散性，既可增大阻燃劑與材料的接觸面以提高相容性，還可降低阻燃劑的用量，制品表面經(jīng)過改性處理后，與不加改性劑，直接以硼酸和氧化鋅作為原料制成的硼酸鋅相比，粒徑更細，流動性和相容性均有所提高。
[0009]本發(fā)明制備得到的改性硼酸鋅325目篩余率(％ )為0.1-0.4，由于325目篩子相當于45微米，而高分子材料對所用的改性硼酸鋅的要求為大于45 μ m的粒子應(yīng)〈2%。所以本發(fā)明制備得到的改性硼酸鋅遠遠滿足高分子材料對改性硼酸鋅的要求。雖然有些硼酸鋅經(jīng)改性后粒度很小，但不見得篩余物會低，因為粉末有些流動性不好，篩不下，相應(yīng)的篩余物就高。而本發(fā)明改性硼酸鋅325目篩余率(％)為0.1-0.4，制備得到的改性硼酸鋅具有很高的流動性。
[0010]所述的改性硼酸鋅的制備方法，在水中加入硼酸，溶解后加入氧化鋅，再加入改性劑，保溫反應(yīng)，得到改性硼酸鋅。
[0011]本發(fā)明得到的改性硼酸鋅為2Ζη0.3Β203.3.5H20,其表面覆蓋一層改性劑。
[0012]其中:水與硼酸的質(zhì)量比為2-4:1 ;硼酸和氧化鋅的摩爾比為2.8-3.2:1 ;改性劑為氧化鋅質(zhì)量的0.2 -1.0%。
[0013]具體優(yōu)選的制備方法為:在水中加入硼酸，溶解后加入氧化鋅，攪拌，50_70°C保溫攪拌20-40分鐘，再加入改性劑，保溫50-70°C反應(yīng)5-7小時，反應(yīng)完趁熱離心分離，再加入40~60°C的水洗兩遍，98-110°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅。
[0014]綜上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0015](I)本發(fā)明采用聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑并用，可以起到很好的協(xié)同效果，使改性硼酸鋅與高分子化合物更緊密地結(jié)合在一起，進一步提高材料的各項機械力學(xué)性能。通過表面改性，降低其表面勢能，改善親油性，提高它在高分子材料中的分散能力。產(chǎn)品表面經(jīng)過改性處理后,細度高分散性相容性均有所提高。
[0016](2)本發(fā)明所述的改性硼酸鋅能優(yōu)良地分散在高分子材料中，明顯地改善了高分子材料的力學(xué)性能及阻燃性能，維持樹脂的電學(xué)性質(zhì)。
[0017](3)本發(fā)明還提供其制備方法，工藝簡單，產(chǎn)率高達98.0%以上，原料易得、無污染且環(huán)保。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0019]實施例1
[0020]改性劑由聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑(KH550)按質(zhì)量比為3:1混合而成。
[0021]在2400g水中加入1061g硼酸，溶解后加入475g氧化鋅，攪拌，55°C保溫攪拌30分鐘，再加入1.18g改性劑，保溫60 V反應(yīng)6小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入50°C的水洗兩遍，105°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為98.30%。
[0022]實施例2
[0023]改性劑由聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑(KH550)按質(zhì)量比為3:1混合而成。
[0024]在2800g水中加入1080g硼酸，溶解后加入475g氧化鋅，攪拌，55°C保溫攪拌30分鐘，再加入2.38g改性劑，保溫60°C反應(yīng)6小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入50°C的水洗兩遍，105°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為97.87%。
[0025]實施例3
[0026] 改性劑由聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑(KH550)按質(zhì)量比為3:1混合而成。
[0027]在2800g水中加入1080g硼酸，溶解后加入475g氧化鋅，攪拌，55°C保溫攪拌30分鐘，再加入4.04g改性劑，保溫60 V反應(yīng)6小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入50°C的水洗兩遍，105°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為98.26%。
[0028]實施例4
[0029]改性劑由聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑(KH550)按質(zhì)量比為3:1混合而成。
[0030]在2800g水中加入1080g硼酸，溶解后加入475g氧化鋅，攪拌，55°C保溫攪拌30分鐘，再加入4.75g改性劑，保溫60 V反應(yīng)6小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入50°C的水洗兩遍，105°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為98.50%。
[0031]實施例5
[0032]改性劑由聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑(A171)按質(zhì)量比為2.5:1混合而成。
[0033]在2310g水中加入1155g硼酸，溶解后加入500g氧化鋅，攪拌，70°C保溫攪拌20分鐘，再加入2.5g改性劑，保溫70°C反應(yīng)5小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入60°C的水洗兩遍，98°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為98.43%。
[0034]實施例6
[0035]改性劑由聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑(KH570和A151按質(zhì)量比為1:1混合)按質(zhì)量比為3.5:1混合而成。
[0036]在3700g水中加入925g硼酸，溶解后加入435g氧化鋅，攪拌，50°C保溫攪拌40分鐘，再加入3.7g改性劑，保溫50°C反應(yīng)7小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入40°C的水洗兩遍，11 (TC干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為98.04 %。
[0037]對比例I
[0038]在3000g水中加入1000g硼酸，溶解后加入475g氧化鋅，攪拌，55°C保溫攪拌30分鐘，保溫60°C反應(yīng)6小時，反應(yīng)完抽趁熱離心分離，再加入50°C的水洗兩遍，105°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅，產(chǎn)率為96.41%。
[0039]對實施例1-6和對比例I制備得到的改性硼酸鋅就行性能測試:
[0040](I)粒度:表1為用百特激光粒度儀測定的對實施例1-6和對比例I制備得到的改性硼酸鋅粒徑分析結(jié)果。
[0041]表1實施例1-6和對比例I制備得到的改性硼酸鋅粒徑分析結(jié)果
[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種改性硼酸鋅，其特征在于:以聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑作為改性劑，以硼酸和氧化鋅作為原料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硼酸鋅，其特征在于:硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH560、KH570、A151或A171中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性硼酸鋅，其特征在于:聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為2.5-3.5:1。
4.一種權(quán)利要求1-3任一所述的改性硼酸鋅的制備方法，其特征在于:在水中加入硼酸，溶解后加入氧化鋅，再加入改性劑，保溫反應(yīng)，得到改性硼酸鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性硼酸鋅的制備方法，其特征在于:水與硼酸的質(zhì)量比為2-4:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性硼酸鋅的制備方法，其特征在于:硼酸和氧化鋅的摩爾比為 2.8-3.2:1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性硼酸鋅的制備方法，其特征在于:改性劑為氧化鋅質(zhì)量的 0.2-1.0%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所 述的改性硼酸鋅的制備方法，其特征在于:在水中加入硼酸，溶解后加入氧化鋅，攪拌，50-70°C保溫攪拌20-40分鐘，再加入改性劑，保溫50-70°C反應(yīng)5_7小時，反應(yīng)完趁熱離心分離，再加入40-60°C的水洗兩遍，98-110°C干燥，粉碎即得改性硼酸鋅。
【文檔編號】C08K3/38GK103937031SQ201410203095
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月14日
【發(fā)明者】楊金曉, 楊忠軍 申請人:山東川君化工股份有限公司