无机添加型阻燃剂低水合硼酸锌的制备

无机添加型阻燃剂低水合硼酸锌的制备
一、实验目的
1了解低水合硼酸锌的性能和用途。

2掌握用氧化锌制备低水合硼酸锌的原理和方法。

二、实验原理
1.主要性质和用途
低水硼酸锌（low hydrate zinc borate）的商品名称为非法Firebrake ZB。

本品系白色细微粉末，分子式2ZnO·3B2O3·3.5H2O，相对分子质量436.64，平均粒径2~10μm，相对密度2.8。

它是一种无机添加型阻燃剂，具有热稳定好，既能阻燃、又能消烟并能灭电弧等特点。

其中最突出的特点是在35℃高温下，仍保持结晶水，这一温度高于多数聚合物的加工温度，这样拓宽了ZB使用范围。

ZB的折射率为1.58，此值与多数聚合物折射率相近，因此树脂经阻燃剂处理后仍然保持其透明度。

在多数情况下，ZB可有效的单独作阻燃剂使用，但由于它与氯、氢、氧化锑及氢氧化铝等都有协同反应，因此复合使用效果更好。

它与国内使用的阻燃剂氧化锑相比，具有廉价、毒性低、发烟少、着色度低等许多优点。

ZB已被广泛用于许多聚合物，如PVC薄膜、墙壁涂料、电线电缆、输送皮带、地毯、汽车装潢、帐篷材料、纤维制品等阻燃。

2.制备原理和方法
低水合硼酸锌工业生产方法主要有：硼砂—锌盐合成法；氢氧化锌—硼酸合成法；氧化锌—硼酸合成法。

氧化锌硼酸合成法和另外两种方法相比，具有工艺简单、易操作、产品纯度高等优点，母液可循环使用，无三废污染等。

实验室制备低水合硼酸锌一般采用这种方法，其化学反应方程式为：ZnO+H3BO3→2ZnO·3B2O3·3.5H2O+H2O
三、主要仪器和药品
四口烧瓶（250ml）、烧杯（250ml、500ml）、温度计（0~100℃）、抽滤瓶（500ml）、布氏漏斗、真空泵、电动搅拌机、电热鼓风干燥箱等。

硝酸锌(化学纯试剂)、氢氧化钠(化学纯试剂)、氧化锌（化学纯试剂）、硼酸（化学纯试剂）、蒸馏水。

四、实验内容
量取40ml水加入四口烧瓶中，搅拌下加入27.5g硼酸，待溶解后再加入12.5g氧化锌，并不断搅拌，加热升温至80~90℃，反应3~4h。

冷却至室温后减压过滤，滤饼用100ml水分两次洗涤。

滤饼取出后放入烧杯中，置于110℃电热鼓风干燥箱中，烘干1h，得白色细微粉末状晶体，低水合硼酸锌。

五、实验数据处理：
测试实验产品收率。

六、思考题
1.氧化锌和硼酸合成法制备低水合硼酸锌，该法有那些优点？
2.低水合硼酸锌有那些主要性质和用途？
磷酸盐耐热涂料的制备
一、实验目的
（1）了解磷酸盐涂料成膜的基本原理及影响其固化的因素
（2）学习水基耐热无机涂料的制备方法
（3）熟悉按国家标准检测涂膜的耐热性、耐水性及耐蚀性
二、实验原理
耐热涂料一般是指在温度200℃以上，漆膜不变色、不脱落，仍能保持适当的物理机械性能的涂料。

耐热涂料广泛用于烟囱、高温管道、热交换器、高温炉等高温设备及部件，随着航天事业的发展。

耐热涂料的重要作用已引起世界各国重视。

目前的耐热涂料可分为无机和有机两大类。

有机耐热涂料中最常用的是有机硅耐热涂料。

可耐热200～700℃，且耐水性好；凡耐燃性差，价格高。

无机耐热涂料具有耐温高（400～1000℃，甚至更高）、耐燃性、硬度高等优点，而且生产及使用安全，不造成大气污染，是一类前景较好的环保型涂料。

但是对无机涂料的开发研究较晚，理论和技术都不成熟。

磷酸盐涂料是新研究开发的新型耐热涂料。

磷酸盐耐热涂料是以水溶性酸式磷酸盐，即磷酸二氢盐、磷酸倍半氢盐及磷酸一氢盐为基料的涂料。

基料的组成可用M m O n·xP2O5·yH2O表示。

其中，M=Al,Mg,Zn,Ga,Mn,Fe等，基料同耐热颜料、填料及适当添加剂混均，胶磨后即为磷酸盐。

其研究方向是降低烘烤温度，乃至常温固化耐水，不必烘烤。

这是国内外尚未解决的技术难题，本实验是在80℃以下烘烤后奶、耐水。

以此为基础学生可以拓展实验已降低烘烤温度。

磷酸盐涂料的制备分为基料制备及涂料制备两部分。

基料制备大多数采用磷酸和金属氧化物和氢氧化物在水溶液中加热反应制备。

金属离子对涂料性能的影响有如下顺序：
耐水性：Zn，Ca>Mg>Al>Mn>Fe>Cu
附着力：Al>Mg>Ca>Cu>Fe>Zn
强度：Al>Mg>Ca，Fe，Cu>Ba，Ti，Mn
在烘烤过程中，金属氧化物与酸性磷酸盐发生反应，其氢离子被金属置换生成不溶于水的缩合物，此即磷酸盐涂料的成膜机理：
三、实验原料及设备
原料：磷酸（CP，85%）；氧化镁（CP）；氧化锌（CP）；氢氧化铝（CP）；氧化铁红（油漆级）；三乙醇胺（CP）；沉淀硫酸钡（320目）。

设备：电动搅拌器；恒温烘箱；箱式电阻炉；电炉；密度计；量筒；烧杯；钢片；3cm油漆刷；精密pH试纸（0.5-5.0）；托盘天平；砂纸。

四、实验步骤
（1）基液制备的步骤：85%的H3PO4125g+30%体积蒸馏水→加热搅拌至50℃→加入Al(OH)333g→90℃时停止加热→温度下降到90℃继续加热至Al(OH)3溶完→停止加热，加蒸馏水稀释至250mL→加入研细的轻质氧化镁4g，搅拌至溶完，温度下降到50℃以下加入研细的氧化锌12g，搅拌至少量未溶（约2-4小时）→测pH值（2.5-3.0之间）、体积及相对密度（1.35-1.36g·cm-3）→如果体积不足、相对密度偏高，在剧烈搅拌下滴加水稀释至所需体积。

（2）涂料的制备步骤：基液称量100g→搅拌下滴加40%三乙醇胺水溶液1mL→溶完后加入铁红颜料20g→搅拌均匀后加入沉淀硫酸钡100g。

五、性能测试及数据处理
（1）将普通热轧钢板除油除锈后，涂一层磷酸盐铁红涂料，并记录其在实验温度、湿度下的表干时间。

（2）将表干后的钢片于恒温烘箱中80℃烘烤1h，取出后作浸水实验，并观察是否有气泡脱落现象。

（3）将表干或烘烤后的涂片置于电炉中，升温至500℃，做耐高温实验1-4小时，取出冷却至室温后，观察有无气泡和脱落现象。

六、注意事项
磷酸与氢氧化铝在室温反应时不明显，加热至80-90℃时剧烈反应，放出大量的热，使温度迅速上升至沸腾，乃至暴沸。

故在90℃前停止加热，如出现暴沸，可立即加入少量冷水。

所用颜料、填料必须耐酸，尤其是铁红颜料，需用稀盐酸检验，是否发生反应，有无气泡产生？如有，则不能用。

七、思考题
1、解释配方中氧化铁红、三乙醇胺和沉淀硫酸钡的作用?
2、为什么要将钢板出油？如若不去除油垢须向涂料中加入什么物质才能改善其性能？。