Boritan zinečnatý, jako účinná a ekologicky šetrná anorganická samozhášecí a multifunkční přísada se široce používá v plastech, gumě, nátěrech, textilu a dalších oblastech. Nicméně běžně zmiňovaný „boritan zinečnatý“ v průmyslu ve skutečnosti zahrnuje různé formy s různým obsahem krystalické vody, z nichž nejreprezentativnější jsou monohydrát boritanu zinečnatého (ZnO·B2O3·H2O) a boritan zinečnatý 3,5hydrát (2ZnO·3B2O3·3,5H2O). Tento článek se ponoří do rozdílů mezi těmito dvěma z profesionálního akademického hlediska.
Chemický vzorec monohydrátu boritanu zinečnatého je ZnO·B2O3·H2O, kde molární poměr ZnO k B203 je 1:1 a obsah krystalické vody je pevně stanoven na 1 molekulu. Jeho krystalová struktura obvykle představuje vrstvené nebo řetězové uspořádání, s atomy boru existujícími ve formě tří nebo čtyř souřadnic, které tvoří stabilní síť borového kyslíku. Tato struktura má vysokou tepelnou stabilitu a teplota dehydratace je obvykle mezi 250-300 ℃.
Chemický vzorec 3,5 hydratovaného boritanu zinečnatého je 2ZnO·3B203·3,5H2O, s molárním poměrem 2:3 mezi ZnO a B203, obsahující 3,5 molekul krystalické vody.
Srovnání klíčových strukturálních rozdílů:
· Rozdíl v obsahu vody: Obsah krystalové vody 3,5 hydratovaného boritanu zinečnatého je 3,5krát vyšší než obsah monohydrátu
· Různé poměry bór a zinek: 1:1 pro monohydrát a 3:2 pro 3,5-hydrát
·Krystalová symetrie: Monohydrát je obvykle v monoklinickém krystalovém systému, zatímco 3,5 hydrát je většinou v triklinickém nebo monoklinickém krystalovém systému
Proces dehydratace monohydrátu boritanu zinečnatého je relativně jednoduchý, odstraňuje jedinou strukturální molekulu vody v rozmezí 250-300 °C za vzniku bezvodého boritanu zinečnatého. Tento proces výrazně absorbuje teplo, což pomáhá materiálu absorbovat velké množství tepla při zahřívání.
Dehydratační chování 3,5 hydratovaného boritanu zinečnatého je složitější a vykazuje vícestupňové dehydratační vlastnosti:
·Fáze 1 (100-150℃): Odstranění části adsorbované vody a malého množství krystalické vody
·Druhý stupeň (200-250℃): Odstraňte většinu krystalické vody
· Stupeň 3 (300-350 ℃): Kompletní dehydratace za vzniku amorfního boritanu zinečnatého
Tento vícestupňový proces dehydratace umožňuje absorbovat teplo v širším teplotním rozsahu a má delší účinnost zpomalování hoření.
Rozpustnost monohydrátu boritanu zinečnatého ve vodě je extrémně nízká (<0,1 %) a je téměř nerozpustný v organických rozpouštědlech, což mu dává dobrou disperzní stabilitu v polymerních systémech.
3.5 Hydratovaný boritan zinečnatý má silnější povrchovou polaritu díky vyššímu obsahu krystalické vody, což vede k lepší disperzi v polárních systémech. U nepolárních polymerů však může být vyžadována úprava povrchu.
Velikost částic monohydrátu boritanu zinečnatého je menší (obvykle 1-5 μm) a měrný povrch je větší (5-15 m²/g), což je výhodné pro jeho rovnoměrnou disperzi v matrici.
Velikost částic3,5 hydratovaného boritanu zinečnatéhoje relativně velká (obvykle 5-20μm), ale speciálními procesy lze připravit i ultrajemné produkty.
Oba typy boritanu zinečnatého vykazují samozhášecí účinky prostřednictvím několika mechanismů, ale s různým zaměřením:
Monohydrát boritanu zinečnatého:
· Dehydratace absorpcí tepla: Teplota dehydratace je vysoká, vhodná pro aplikace, které vyžadují zpomalení hoření v pozdější fázi
·Vytvoření sklovité ochranné vrstvy: Po dehydrataci se vytvoří skleněná vrstva B₂O₃, která izoluje kyslík a teplo
·Podpora karbonizace: má významný synergický účinek s retardéry hoření, jako je hydroxid hlinitý
3.5 Hydratovaný boritan zinečnatý:
·Vícestupňová absorpce tepla: absorbuje teplo v širším teplotním rozsahu
·Uvolněte křišťálovou vodu pro zředění hořlavých plynů
·Vytvořený oxid zinečnatý má inhibiční účinek na kouř
· Synergický efekt s halogenovanými retardéry hoření je zvláště výrazný
3.5 Hydratovaný boritan zinečnatýje obvykle lepší než monohydrátové produkty v potlačování tvorby kouře díky vyššímu obsahu boru a jedinečným dehydratačním charakteristikám, díky čemuž je zvláště vhodný pro aplikace s přísnými požadavky na hustotu kouře.
· Polymery pro zpracování při vysokých teplotách, jako jsou technické plasty (PA, PBT atd.), kvůli jejich vysoké teplotě dehydratace
· Světle zbarvené produkty: obvykle mají vyšší bělost (≥ 95 %), vhodné pro produkty s přísnými požadavky na barvu
·Materiál kabelu: Vynikající synergický efekt s hydroxidem hlinitým/hořčíkem
·Transparentní nebo poloprůhledné produkty: lepší přizpůsobení indexu lomu
· Systémy obsahující PVC a halogeny: významný synergický účinek zpomalující hoření s halogeny
· Pryžové výrobky: vícestupňové dehydratační charakteristiky jsou vhodnější pro proces vulkanizace pryže
·Ohnivzdorný povlak: vysoký obsah boru poskytuje lepší odolnost proti ohni
· Textilní úprava zpomalující hoření: Účinek zpomalující hoření při nízkých teplotách je lepší
· Místa s vysokými požadavky na potlačení kouře: jako jsou metro, lodě a další vnitřní materiály
· Teplota zpracování <220 ℃: Přednost by měla mít 3,5 hydratovaný boritan zinečnatý
· Teplota zpracování 220-280 ℃: K dispozici jsou obě možnosti, vyberte si podle jiných požadavků
· Teplota zpracování > 280 ℃: Měl by být zvolen monohydrát boritanu zinečnatého
·V kombinaci s anorganickými retardéry hoření (hydroxid hlinitý/hořčík): Monohydrát boritanu zinečnatého má obvykle lepší účinky
·V kombinaci s halogenovanými retardéry hoření je synergický účinek 3,5 hydratovaného boritanu zinečnatého výraznější
Vzhledem ke své menší velikosti částic má monohydrát boritanu zinečnatého obvykle menší dopad na mechanické vlastnosti materiálu, zatímco 3,5 hydrátový produkt může vyžadovat jemnější úpravu disperze.
Monohydrát a 3,5-hydrát boritanu zinečnatého jsou v podstatě dvě různé sloučeniny v chemii, spíše než jednoduchý rozdíl v "obsahu vody".
