Борат цинку, як ефективний та екологічно чистий неорганічний антипірен та багатофункціональна добавка, широко використовується у пластмасах, гумі, покриттях, текстилі та інших галузях. Однак зазвичай згадуваний у промисловості «борат цинку» насправді включає різні форми з різним вмістом кристалічної води, серед яких найбільш репрезентативними є моногідрат борату цинку (ZnO·B₂O₃·H₂O) і борат цинку 3,5 гідрат (2ZnO·3B₂O3·3,5H₂O). У цій статті ми розглянемо відмінності між ними з професійної академічної точки зору.
Хімічна формула моногідрату борату цинку – ZnO·B₂O₃·H₂O, де молярне співвідношення ZnO до B₂O₃ становить 1:1, а вміст кристалічної води фіксується на рівні 1 молекули. Його кристалічна структура зазвичай являє собою шарувату або ланцюгову структуру з атомами бору, що існують у трикоординатній або чотирикоординатній формі, утворюючи стабільну мережу кисню бору. Ця структура має високу термічну стабільність, а температура зневоднення зазвичай становить 250-300 ℃.
Хімічна формула 3,5 гідратованого борату цинку: 2ZnO·3B₂O₃·3,5H₂O, з молярним співвідношенням 2:3 між ZnO та B₂O3, що містить 3,5 кристалічних молекул води.
Порівняння основних структурних відмінностей:
· Різниця у вмісті води: Вміст кристалічної води 3,5 гідратованого борату цинку в 3,5 рази перевищує вміст моногідрату
· Різні співвідношення бору цинку: 1:1 для моногідрату та 3:2 для 3,5-гідрату
·Кристалічна симетрія: моногідрат зазвичай знаходиться в моноклінній кристалічній системі, тоді як 3,5 гідрат в основному в триклінній або моноклінній кристалічній системі
Процес дегідратації моногідрату борату цинку є відносно простим, при цьому видаляється єдина структурна молекула води в діапазоні 250-300 ℃ з утворенням безводного борату цинку. Цей процес значно поглинає тепло, що допомагає матеріалу поглинати велику кількість тепла при нагріванні.
Поведінка дегідратації 3,5 гідратованого борату цинку є більш складною, демонструючи характеристики багатоступеневої дегідратації:
· Фаза 1 (100-150 ℃): Видалення деякої кількості адсорбованої води та невеликої кількості кристалічної води
· Другий етап (200-250 ℃): видалення більшої частини кристалічної води
·Стадія 3 (300-350 ℃): Повна дегідратація з утворенням аморфного борату цинку
Цей багатоступінчастий процес дегідратації дозволяє поглинати тепло в ширшому діапазоні температур і має більш тривалу вогнезахисну ефективність.
Розчинність моногідрату борату цинку у воді надзвичайно низька (<0,1%), і він майже нерозчинний в органічних розчинниках, що надає йому хорошу дисперсійну стабільність у полімерних системах.
3.5 Гідратований борат цинку має сильнішу поверхневу полярність завдяки вищому вмісту кристалічної води, що призводить до кращої дисперсії в полярних системах. Однак для неполярних полімерів може знадобитися модифікація поверхні.
Розмір частинок моногідрату борату цинку менший (зазвичай 1-5 мкм), а питома поверхня більша (5-15 м²/г), що сприяє його рівномірній дисперсії в матриці.
Розмір частинок3,5 гідратований борат цинкує відносно великим (зазвичай 5-20 мкм), але ультратонкі продукти також можуть бути виготовлені за допомогою спеціальних процесів.
Обидва типи борату цинку мають вогнезахисну дію за допомогою кількох механізмів, але з різними фокусами:
Цинку борат моногідрат:
· Дегідратація теплопоглинання: температура дегідратації висока, підходить для застосувань, які вимагають вогнестійкості на пізнішому етапі
· Утворення склоподібного захисного шару: після дегідратації утворюється скляний шар B₂O₃ для ізоляції кисню та тепла
·Сприяти карбонізації: має значний синергічний ефект із антипіренами, такими як гідроксид алюмінію
3.5 Гідратований борат цинку:
·Багатоступеневе теплопоглинання: поглинання тепла в більш широкому діапазоні температур
· Випускайте кришталеву воду для розрідження горючих газів
· Утворений оксид цинку має пригнічувальну дію на дим
· Синергічний ефект з галогеновмісними антипіренами є особливо помітним
3.5 Гідратований борат цинкузазвичай перевершує моногідратні продукти в придушенні утворення диму завдяки вищому вмісту бору та унікальним характеристикам дегідратації, що робить його особливо придатним для застосувань із суворими вимогами до щільності диму.
· Високотемпературна обробка полімерів, таких як інженерні пластики (PA, PBT тощо), через їх високу температуру дегідратації
· Продукти світлого кольору: зазвичай мають вищу білизну (≥ 95%), що підходить для продуктів із суворими вимогами до кольору
·Матеріал кабелю: чудовий синергічний ефект із гідроксидом алюмінію/магнієм
·Прозорі або напівпрозорі продукти: краще узгодження показника заломлення
·ПВХ та галогеновмісні системи: значний синергічний вогнезахисний ефект з галогенами
· Гумові вироби: характеристики багатоступеневої дегідратації більше підходять для процесу вулканізації гуми
· Вогнетривке покриття: високий вміст бору забезпечує кращу вогнестійкість
· Текстильна вогнезахисна обробка: вогнезахисний ефект при низькій температурі кращий
· Місця з високими вимогами до придушення диму: такі як метро, кораблі та інші внутрішні матеріали
·Температура обробки <220 ℃: Пріоритет слід віддавати 3,5 гідратованому борату цинку
· Температура обробки 220-280 ℃: доступні обидва варіанти, виберіть відповідно до інших вимог
·Температура обробки >280 ℃: слід вибрати моногідрат борату цинку
· У поєднанні з неорганічними антипіренами (гідроксид алюмінію/магнію): моногідрат борату цинку зазвичай має кращий ефект
· У поєднанні з галогенованими антипіренами синергічний ефект 3,5 гідратованого борату цинку є більш значним
Завдяки меншому розміру частинок моногідрат борату цинку зазвичай менше впливає на механічні властивості матеріалу, тоді як гідратний продукт 3,5 може вимагати більш дрібної дисперсії.
Моногідрат і 3,5-гідрат борат цинку — це по суті дві різні сполуки в хімії, а не проста різниця у «вмісту води».
