● 摘要
硼酸锌作为一种新型的高效无机阻燃剂，具有无污染、高效无毒、阻燃抑烟等环保性能。但是，硼酸锌相对大的粒径在基质中很难分散，限制了其在工业上的应用。硼酸锌的形貌和尺寸大小对其阻燃性能和热力学性质均有影响。所以，开展硼酸锌纳米材料的制备及阻燃性能和热力学性质研究具有现实意义。
本文采用溶液法，制备了3种新型形貌的硼酸锌3ZnO·5B2O3·14H2O纳米结构，通过X射线粉晶衍射 (XRD)、X射线能谱分析(EDS)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM) 对其进行了物相鉴定和形貌分析，通过化学分析和同步热分析(TG-DTA)来确定产品纯度，并对其阻燃性能和热力学性质进行了研究。具体内容如下：
(1) 以Na2B4O7·10H2O，H3BO3和ZnSO4·7H2O为原料，采用溶液法在65ºC下可控制备出白菜状3ZnO·5B2O3·14H2O微纳米结构和3ZnO·5B2O3·14H2O纳米带；添加聚乙二醇-10000(PEG-10000)后，制备出3ZnO·5B2O3·14H2O纳米片；并进行了多组对比实验，考察了溶剂、反应温度、原料配比及表面活性剂等条件对硼酸锌3ZnO·5B2O3·14H2O形貌及尺寸的影响。
(2)采用热重分析法及氧指数法对白菜状3ZnO·5B2O3·14H2O微纳米结构和3ZnO·5B2O3·14H2O纳米带的阻燃性能进行了研究。阻燃实验结果表明，纳米材料的尺寸越小，形貌越均一，其阻燃性能也越好。
(3) 使用微量热计，在298.15 K下分别测定了白菜状3ZnO·5B2O3·14H2O微纳米结构及3ZnO·5B2O3·14H2O纳米带分别溶解于1 mol·L–1 HCl溶液中的摩尔溶解焓，由于表面效应，其溶解焓不同。利用本课题组已测得的H3BO3(s)溶解于1 mol?L–1 HCl溶剂中的摩尔溶解焓和ZnO(s) 溶解于1 mol?L–1 HCl溶剂中的摩尔溶解焓，然后根据设计的热力学循环，算得虚拟反应的摩尔反应焓，再结合ZnO(s)、H3BO3 (s) 和H2O(l)的标准生成焓，求得了白菜状3ZnO·5B2O3·14H2O微纳米结构和3ZnO·5B2O3·14H2O纳米带的标准摩尔生成焓分别为：?(11803.1±8.0) kJ?mol–1、 ?(11791.2±8.0) kJ?mol–1。结果表明，随着3ZnO·5B2O3·14H2O尺寸的减小，生成焓依次增大，直接证实了材料的纳米级处于亚稳态而对应的块状处于稳定态。
关键词：硼酸锌，纳米材料，制备，阻燃性能，热化学性质