Zinkborat, som ett effektivt och miljövänligt oorganiskt flamskyddsmedel och multifunktionellt tillsatsmedel, har använts i stor utsträckning inom plast, gummi, beläggningar, textilier och andra områden. Emellertid inkluderar det allmänt nämnda "zinkboratet" i industrin faktiskt olika former med olika kristallvattenhalter, bland vilka de mest representativa är zinkboratmonohydrat (ZnO·B2O3·H2O) och zinkborat 3.5hydrat (2ZnO·3B2O3·3.5H2O). Den här artikeln kommer att fördjupa sig i skillnaderna mellan de två ur ett professionellt akademiskt perspektiv.
Den kemiska formeln för zinkboratmonohydrat är ZnO·B2O3·H2O, där molförhållandet ZnO till B2O3 är 1:1 och kristallvattenhalten är fixerad till 1 molekyl. Dess kristallstruktur uppvisar vanligtvis ett skiktat eller kedjeliknande arrangemang, med boratomer som existerar i en form med tre koordinater eller fyra koordinater, vilket bildar ett stabilt borsyrenätverk. Denna struktur har hög termisk stabilitet, och uttorkningstemperaturen är vanligtvis mellan 250-300 ℃.
Den kemiska formeln för 3,5 hydratiserat zinkborat är 2ZnO·3B2O3·3,5H2O, med ett molförhållande på 2:3 mellan ZnO och B2O3, innehållande 3,5 kristallina vattenmolekyler.
Jämförelse av viktiga strukturella skillnader:
· Vattenhaltsskillnad: Kristallvatteninnehållet i 3,5 hydratiserat zinkborat är 3,5 gånger högre än för monohydrat
·Olika borzinkförhållanden: 1:1 för monohydrat och 3:2 för 3,5-hydrat
·Kristallsymmetri: Monohydrat finns vanligtvis i det monokliniska kristallsystemet, medan 3,5 hydrat är mestadels i det trikliniska eller monokliniska kristallsystemet
Dehydreringsprocessen för zinkboratmonohydrat är relativt enkel, och tar bort den enda strukturella vattenmolekylen inom intervallet 250-300 ℃ för att bilda vattenfritt zinkborat. Denna process absorberar värme avsevärt, vilket hjälper materialet att absorbera en stor mängd värme när det värms upp.
Uttorkningsbeteendet hos 3,5 hydratiserat zinkborat är mer komplext och uppvisar uttorkningsegenskaper i flera steg:
·Fas 1 (100-150 ℃): Avlägsnande av en del adsorberat vatten och en liten mängd kristallint vatten
·Andra steget (200-250 ℃): Ta bort det mesta av det kristallina vattnet
·Steg 3 (300-350 ℃): Fullständig uttorkning för att bilda amorft zinkborat
Denna dehydreringsprocess i flera steg gör att den absorberar värme över ett bredare temperaturområde och har en längre flamskyddseffektivitet.
Lösligheten av zinkboratmonohydrat i vatten är extremt låg (<0,1%) och det är nästan olösligt i organiska lösningsmedel, vilket ger det god dispersionsstabilitet i polymersystem.
3.5 Hydrerat zinkborat har starkare ytpolaritet på grund av dess högre innehåll av kristallint vatten, vilket resulterar i bättre spridning i polära system. Ytmodifieringsbehandling kan dock krävas i opolära polymerer.
Partikelstorleken för zinkboratmonohydrat är mindre (vanligtvis 1-5 μm) och den specifika ytan är större (5-15 m²/g), vilket är fördelaktigt för dess enhetliga dispersion i matrisen.
Partikelstorleken på3,5 hydratiserat zinkboratär relativt stor (vanligtvis 5-20μm), men ultrafina produkter kan också framställas genom speciella processer.
Båda typerna av zinkborat utövar flamskyddande effekter genom flera mekanismer, men med olika fokus:
Zinkboratmonohydrat:
·Värmeabsorberande uttorkning: Uttorkningstemperaturen är hög, lämplig för applikationer som kräver flamskydd i senare skede
· Bildar ett glasartat skyddsskikt: Efter uttorkning genereras ett B2O₃-glasskikt för att isolera syre och värme
· Främja förkolning: har en betydande synergistisk effekt med flamskyddsmedel som aluminiumhydroxid
3.5 Hydrerad zinkborat:
· Flerstegs värmeabsorption: absorberar värme över ett bredare temperaturområde
· Släpp ut kristallvatten för att späda ut brännbara gaser
·Den genererade zinkoxiden har en hämmande effekt på rök
·Särskilt framträdande är den synergistiska effekten med halogenerade flamskyddsmedel
3.5 Hydraterad zinkboratär vanligtvis överlägsen monohydratprodukter när det gäller att undertrycka rökutveckling på grund av dess högre borhalt och unika uttorkningsegenskaper, vilket gör den särskilt lämplig för tillämpningar med strikta krav på rökdensitet.
·Högtemperaturbearbetningspolymerer, såsom ingenjörsplaster (PA, PBT, etc.), på grund av deras höga uttorkningstemperatur
·Ljusfärgade produkter: har vanligtvis en högre vithet (≥ 95%), lämplig för produkter med strikta färgkrav
· Kabelmaterial: Utmärkt synergistisk effekt med aluminiumhydroxid/magnesium
·Transparenta eller halvtransparenta produkter: bättre matchning av brytningsindex
·System som innehåller PVC och halogen: betydande synergistisk flamskyddseffekt med halogener
· Gummiprodukter: dehydreringsegenskaper i flera steg är mer lämpade för gummivulkaniseringsprocessen
· Brandsäker beläggning: högt borinnehåll ger bättre brandbeständighet
· Textil flamskyddsbehandling: Lågtemperatur flamskyddseffekt är bättre
·Platser med höga krav på rökdämpning: som tunnelbanor, fartyg och andra interna material
·Bearbetningstemperatur <220℃: Prioritet bör ges till 3,5 hydratiserat zinkborat
·Bearbetningstemperatur 220-280℃: Båda alternativen är tillgängliga, välj enligt andra krav
·Bearbetningstemperatur>280℃: Zinkboratmonohydrat bör väljas
·Kombinerat med oorganiska flamskyddsmedel (aluminiumhydroxid/magnesium): Zinkboratmonohydrat har vanligtvis bättre effekter
·I kombination med halogenerade flamskyddsmedel är den synergistiska effekten av 3,5 hydratiserat zinkborat mer betydande
På grund av sin mindre partikelstorlek har zinkboratmonohydrat vanligtvis mindre inverkan på materialets mekaniska egenskaper, medan 3,5-hydratprodukten kan kräva finare dispersionsbehandling.
Monohydrat och 3,5-hydrat zinkborat är i huvudsak två olika föreningar inom kemi, snarare än en enkel skillnad i "vatteninnehåll".
