[发明专利]一种偏硼酸钡纳米粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及精细化工领域，尤其是一种偏硼酸钡纳米粉体的制备工艺。

背景技术

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。

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（专利申请号00135015.3）。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（专利申请号200410008739.3）。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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种偏硼酸钡纳米粉体的制备方法, 采用低温固态反应的方法，以氢氧化钡和硼酸为原料，仅需研磨一步反应制得偏硼酸钡，无需添加任何溶剂、表面活性剂和沉淀剂，无需抽滤、减压干燥、离心分离等操作步骤，直接实现了原料完全转化为产物，低能耗、低成本、对环境无污染，符合绿色化学的要求。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

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1～1.5h；

B、上步所得产物经烘干和/或晾干和/或焙烧，得不同晶态的低温相偏硼酸钡纳米粉体。

作为本发明的一种优选技术方案，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。

作为本发明的另一种优选技术方案，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1.5h；

B、将上步所得产物放入干燥箱，于空气气氛、40～60℃下烘干，得产品Ba[B(OH)₄]₂。