Zinkborat, som et effektivt og miljøvenligt uorganisk flammehæmmer og multifunktionelt additiv, er blevet meget brugt i plast, gummi, belægninger, tekstiler og andre områder. Imidlertid omfatter det almindeligt nævnte "zinkborat" i industrien faktisk forskellige former med forskellige krystalvandindhold, blandt hvilke de mest repræsentative er zinkboratmonohydrat (ZnO·B2O3·H2O) og zinkborat 3.5hydrat (2ZnO·3B2O3·3.5H2O). Denne artikel vil dykke ned i forskellene mellem de to fra et professionelt akademisk perspektiv.
Den kemiske formel for zinkboratmonohydrat er ZnO·B2O3·H2O, hvor molforholdet mellem ZnO og B2O3 er 1:1, og krystalvandindholdet er fastsat til 1 molekyle. Dens krystalstruktur præsenterer normalt et lagdelt eller kædelignende arrangement, hvor boratomer eksisterer i en form med tre koordinater eller fire koordinater, der danner et stabilt boroxygenetværk. Denne struktur har høj termisk stabilitet, og dehydreringstemperaturen er normalt mellem 250-300 ℃.
Den kemiske formel for 3,5 hydratiseret zinkborat er 2ZnO·3B2O3·3,5H2O, med et molforhold på 2:3 mellem ZnO og B2O3, indeholdende 3,5 krystallinske vandmolekyler.
Sammenligning af vigtige strukturelle forskelle:
·Vandindholdsforskel: Krystalvandindholdet i 3,5 hydratiseret zinkborat er 3,5 gange højere end for monohydrat
·Forskellige borzinkforhold: 1:1 for monohydrat og 3:2 for 3,5-hydrat
· Krystalsymmetri: Monohydrat er normalt i det monokliniske krystalsystem, mens 3,5 hydrat for det meste er i det trikliniske eller monokliniske krystalsystem
Dehydreringsprocessen for zinkboratmonohydrat er relativt enkel, idet den fjerner det eneste strukturelle vandmolekyle inden for området 250-300 ℃ for at danne vandfrit zinkborat. Denne proces absorberer varme betydeligt, hvilket hjælper materialet med at absorbere en stor mængde varme, når det opvarmes.
Dehydreringsadfærden af 3,5 hydreret zinkborat er mere kompleks og udviser flertrins dehydreringsegenskaber:
· Fase 1 (100-150 ℃): Fjernelse af noget adsorberet vand og en lille mængde krystallinsk vand
· Andet trin (200-250 ℃): Fjern det meste af det krystallinske vand
· Trin 3 (300-350 ℃): Fuldstændig dehydrering til dannelse af amorft zinkborat
Denne flertrins dehydreringsproces gør det muligt for den at absorbere varme over et bredere temperaturområde og har en længere flammehæmmende effektivitet.
Opløseligheden af zinkboratmonohydrat i vand er ekstrem lav (<0,1%), og det er næsten uopløseligt i organiske opløsningsmidler, hvilket giver det en god dispersionsstabilitet i polymersystemer.
3.5 Hydreret zinkborat har stærkere overfladepolaritet på grund af dets højere indhold af krystallinsk vand, hvilket resulterer i bedre spredning i polære systemer. Imidlertid kan overflademodifikationsbehandling være påkrævet i ikke-polære polymerer.
Partikelstørrelsen af zinkboratmonohydrat er mindre (normalt 1-5 μm), og det specifikke overfladeareal er større (5-15 m²/g), hvilket er gavnligt for dets ensartede spredning i matrixen.
Partikelstørrelsen på3,5 hydreret zinkborater relativt stor (normalt 5-20μm), men ultrafine produkter kan også fremstilles gennem specielle processer.
Begge typer zinkborat udøver flammehæmmende effekter gennem flere mekanismer, men med forskellige fokus:
Zinkboratmonohydrat:
· Varmeabsorberende dehydrering: Dehydreringstemperaturen er høj, velegnet til applikationer, der kræver flammehæmning i det senere stadium
· Dannelse af et glasagtigt beskyttende lag: Efter dehydrering dannes et B₂O₃-glaslag for at isolere ilt og varme
· Fremme karbonisering: har en betydelig synergistisk effekt med flammehæmmere såsom aluminiumhydroxid
3.5 Hydreret zinkborat:
·Multi-trins varmeabsorption: absorberer varme over et bredere temperaturområde
·Slip krystalvand for at fortynde brændbare gasser
·Det dannede zinkoxid har en hæmmende effekt på røg
·Den synergistiske effekt med halogenerede flammehæmmere er særligt fremtrædende
3.5 Hydreret zinkborater normalt bedre end monohydratprodukter til at undertrykke røgdannelse på grund af dets højere borindhold og unikke dehydreringsegenskaber, hvilket gør det særligt velegnet til applikationer med strenge krav til røgtæthed.
· Højtemperaturbehandlingspolymerer, såsom ingeniørplast (PA, PBT osv.), på grund af deres høje dehydreringstemperatur
·Lysfarvede produkter: har normalt en højere hvidhed (≥ 95%), velegnet til produkter med strenge farvekrav
· Kabelmateriale: Fremragende synergistisk effekt med aluminiumhydroxid/magnesium
·Transparente eller semi-transparente produkter: bedre brydningsindeksmatchning
·PVC og halogenholdige systemer: signifikant synergistisk flammehæmmende effekt med halogener
· Gummiprodukter: flertrins dehydreringsegenskaber er mere egnede til gummivulkaniseringsprocessen
· Brandsikker belægning: højt borindhold giver bedre brandmodstandsevne
· Tekstil flammehæmmende behandling: Lav temperatur flammehæmmende effekt er bedre
·Steder med høje krav til røgdæmpning: såsom undergrundsbaner, skibe og andre interne materialer
· Behandlingstemperatur <220 ℃: Prioritet bør gives til 3,5 hydratiseret zinkborat
· Behandlingstemperatur 220-280 ℃: Begge muligheder er tilgængelige, vælg efter andre krav
·Behandlingstemperatur>280 ℃: Zinkboratmonohydrat bør vælges
·Kombineret med uorganiske flammehæmmere (aluminiumhydroxid/magnesium): Zinkboratmonohydrat har normalt bedre virkninger
·Når det kombineres med halogenerede flammehæmmere, er den synergistiske effekt af 3,5 hydreret zinkborat mere signifikant
På grund af sin mindre partikelstørrelse har zinkboratmonohydrat normalt mindre indflydelse på materialets mekaniske egenskaber, mens 3,5 hydratproduktet kan kræve finere dispersionsbehandling.
Monohydrat og 3,5-hydrat zinkborat er i det væsentlige to forskellige forbindelser i kemi, snarere end en simpel forskel i "vandindhold".
