Boritan zinočnatý, ako účinný a ekologický anorganický spomaľovač horenia a multifunkčná prísada, sa široko používa v plastoch, gume, náteroch, textíliách a iných oblastiach. Bežne spomínaný „boritan zinočnatý“ v priemysle však v skutočnosti zahŕňa rôzne formy s rôznym obsahom kryštálovej vody, z ktorých najreprezentatívnejšie sú monohydrát boritanu zinočnatého (ZnO·B2O3·H2O) a boritan zinočnatý 3,5hydrát (2ZnO·3B2O3·3,5H2O). Tento článok sa ponorí do rozdielov medzi nimi z profesionálneho akademického hľadiska.
Chemický vzorec monohydrátu boritanu zinočnatého je ZnO·B203·H2O, kde molárny pomer ZnO k B203 je 1:1 a obsah kryštálovej vody je stanovený na 1 molekulu. Jeho kryštálová štruktúra zvyčajne predstavuje vrstvené alebo reťazové usporiadanie, pričom atómy bóru existujú vo forme troch alebo štyroch súradníc, ktoré tvoria stabilnú sieť bórového kyslíka. Táto štruktúra má vysokú tepelnú stabilitu a teplota dehydratácie je zvyčajne medzi 250-300 ℃.
Chemický vzorec 3,5-hydratovaného boritanu zinočnatého je 2ZnO·3B203·3,5H2O, s molárnym pomerom 2:3 medzi ZnO a B203, ktorý obsahuje 3,5 molekúl kryštalickej vody.
Porovnanie kľúčových štrukturálnych rozdielov:
· Rozdiel v obsahu vody: Obsah kryštálovej vody 3,5-krát hydratovaného boritanu zinočnatého je 3,5-násobok obsahu monohydrátu
· Rôzne pomery bór-zinok: 1:1 pre monohydrát a 3:2 pre 3,5-hydrát
·Kryštálová symetria: Monohydrát je zvyčajne v monoklinickom kryštálovom systéme, zatiaľ čo 3,5 hydrát je väčšinou v triklinickom alebo monoklinickom kryštálovom systéme
Proces dehydratácie monohydrátu boritanu zinočnatého je relatívne jednoduchý, pričom sa odstraňuje jediná štrukturálna molekula vody v rozsahu 250-300 °C za vzniku bezvodého boritanu zinočnatého. Tento proces výrazne absorbuje teplo, čo pomáha materiálu absorbovať veľké množstvo tepla pri zahrievaní.
Dehydratačné správanie 3,5 hydratovaného boritanu zinočnatého je zložitejšie a vykazuje viacstupňové dehydratačné charakteristiky:
· Fáza 1 (100-150 ℃): Odstránenie časti adsorbovanej vody a malého množstva kryštalickej vody
· Druhý stupeň (200-250 ℃): Odstráňte väčšinu kryštalickej vody
· Stupeň 3 (300-350 ℃): Kompletná dehydratácia za vzniku amorfného boritanu zinočnatého
Tento viacstupňový proces dehydratácie umožňuje absorbovať teplo v širšom teplotnom rozsahu a má dlhšiu účinnosť spomaľujúcu horenie.
Rozpustnosť monohydrátu boritanu zinočnatého vo vode je extrémne nízka (<0,1 %) a je takmer nerozpustný v organických rozpúšťadlách, čo mu dáva dobrú disperznú stabilitu v polymérnych systémoch.
3.5 Hydratovaný boritan zinočnatý má silnejšiu povrchovú polaritu v dôsledku vyššieho obsahu kryštalickej vody, čo má za následok lepšiu disperziu v polárnych systémoch. V nepolárnych polyméroch však môže byť potrebná úprava povrchovej úpravy.
Veľkosť častíc monohydrátu boritanu zinočnatého je menšia (zvyčajne 1-5 μm) a špecifický povrch je väčší (5-15 m²/g), čo je výhodné pre jeho rovnomerné rozptýlenie v matrici.
Veľkosť častíc3,5 hydratovaného boritanu zinočnatéhoje relatívne veľká (zvyčajne 5-20μm), ale ultrajemné produkty možno pripraviť aj špeciálnymi procesmi.
Oba typy boritanu zinočnatého majú spomaľovače horenia prostredníctvom viacerých mechanizmov, ale s rôznym zameraním:
Monohydrát boritanu zinočnatého:
· Dehydratácia absorpciou tepla: Teplota dehydratácie je vysoká, vhodná pre aplikácie, ktoré vyžadujú spomaľovanie horenia v neskoršom štádiu
· Vytvorenie sklovitej ochrannej vrstvy: Po dehydratácii sa vytvorí sklenená vrstva B₂O₃, ktorá izoluje kyslík a teplo
·Podpora karbonizácie: má významný synergický efekt so spomaľovačmi horenia, ako je hydroxid hlinitý
3.5 Hydratovaný boritan zinočnatý:
·Viacstupňová absorpcia tepla: absorbuje teplo v širšom teplotnom rozsahu
·Uvoľnite kryštálovú vodu na zriedenie horľavých plynov
·Vytvorený oxid zinočnatý má inhibičný účinok na dym
· Synergický efekt s halogénovými retardérmi horenia je obzvlášť výrazný
3.5 Hydratovaný boritan zinočnatýje zvyčajne lepšia ako monohydrátové produkty v potláčaní tvorby dymu vďaka vyššiemu obsahu bóru a jedinečným charakteristikám dehydratácie, vďaka čomu je obzvlášť vhodná pre aplikácie s prísnymi požiadavkami na hustotu dymu.
· Polyméry na spracovanie pri vysokej teplote, ako sú technické plasty (PA, PBT atď.), kvôli ich vysokej teplote dehydratácie
· Svetlé farebné výrobky: zvyčajne majú vyššiu belosť (≥ 95 %), vhodné pre výrobky s prísnymi požiadavkami na farbu
·Materiál kábla: Vynikajúci synergický efekt s hydroxidom hlinitým/horčíkom
·Transparentné alebo polopriehľadné produkty: lepšie prispôsobenie indexu lomu
· Systémy obsahujúce PVC a halogény: významný synergický účinok spomaľujúci horenie s halogénmi
· Gumové výrobky: viacstupňové dehydratačné charakteristiky sú vhodnejšie pre proces vulkanizácie gumy
·Ohňovzdorný náter: vysoký obsah bóru poskytuje lepšiu požiarnu odolnosť
· Textilná úprava spomaľujúca horenie: Účinok spomaľujúci horenie pri nízkej teplote je lepší
·Miesta s vysokými požiadavkami na potlačenie dymu: ako sú metro, lode a iné vnútorné materiály
· Teplota spracovania <220 ℃: Prioritou by mal byť 3,5 hydratovaný boritan zinočnatý
· Teplota spracovania 220-280 ℃: K dispozícii sú obe možnosti, vyberte si podľa iných požiadaviek
· Teplota spracovania > 280 ℃: Mal by sa zvoliť monohydrát boritanu zinočnatého
· V kombinácii s anorganickými retardérmi horenia (hydroxid hlinitý/horčík): Monohydrát boritanu zinočnatého má zvyčajne lepšie účinky
·V kombinácii s halogénovými retardérmi horenia je synergický efekt 3,5-hydratovaného boritanu zinočnatého výraznejší
Vďaka svojej menšej veľkosti častíc má monohydrát boritanu zinočnatého zvyčajne menší vplyv na mechanické vlastnosti materiálu, zatiaľ čo produkt s obsahom 3,5 hydrátu môže vyžadovať jemnejšiu disperznú úpravu.
Monohydrát a 3,5-hydrát boritanu zinočnatého sú v podstate dve rôzne zlúčeniny v chémii, a nie jednoduchý rozdiel v "obsahu vody".
