Cinko boratas, kaip efektyvus ir aplinkai nekenksmingas neorganinis antipirenas ir daugiafunkcis priedas, buvo plačiai naudojamas plastikų, gumos, dangų, tekstilės ir kitose srityse. Tačiau pramonėje dažnai minimas „cinko boratas“ iš tikrųjų apima įvairias formas su skirtingu kristalinio vandens kiekiu, tarp kurių tipiškiausi yra cinko borato monohidratas (ZnO·B2O3·H2O) ir cinko boratas 3,5 hidratas (2ZnO·3B2O₃·3,5H₂). Šiame straipsnyje bus nagrinėjami skirtumai tarp šių dviejų profesinės akademinės perspektyvos.
Cinko borato monohidrato cheminė formulė yra ZnO·B2O3·H2O, kur ZnO ir B2O3 molinis santykis yra 1:1, o kristalinio vandens kiekis yra 1 molekulė. Jo kristalinė struktūra paprastai yra sluoksniuota arba grandinės pavidalo, kai boro atomai yra trijų koordinačių arba keturių koordinačių pavidalu, sudarydami stabilų boro deguonies tinklą. Ši struktūra turi didelį šiluminį stabilumą, o dehidratacijos temperatūra paprastai yra tarp 250-300 ℃.
3,5 hidratuoto cinko borato cheminė formulė yra 2ZnO·3B2O3·3,5H2O, o molinis santykis tarp ZnO ir B2O3 yra 2:3, kuriame yra 3,5 kristalinio vandens molekulės.
Pagrindinių struktūrinių skirtumų palyginimas:
· Vandens kiekio skirtumas: 3,5 hidratuoto cinko borato kristalinio vandens kiekis yra 3,5 karto didesnis nei monohidrato
· Skirtingi boro cinko santykiai: 1:1 monohidratui ir 3:2 3,5 hidratui
· Kristalų simetrija: Monohidratas paprastai yra monoklininėje kristalų sistemoje, o 3,5 hidrato daugiausia yra triklininėje arba monoklininėje kristalų sistemoje
Cinko borato monohidrato dehidratacijos procesas yra gana paprastas, pašalinant vienintelę struktūrinę vandens molekulę nuo 250 iki 300 ℃, kad susidarytų bevandenis cinko boratas. Šis procesas žymiai sugeria šilumą, o tai padeda medžiagai sugerti didelį šilumos kiekį kaitinant.
3,5 hidratuoto cinko borato dehidratacijos elgsena yra sudėtingesnė ir pasižymi daugiapakopėmis dehidratacijos savybėmis:
· 1 fazė (100–150 ℃): šiek tiek adsorbuoto vandens ir nedidelio kristalinio vandens kiekio pašalinimas
· Antrasis etapas (200-250 ℃): Pašalinkite didžiąją dalį kristalinio vandens
· 3 etapas (300–350 ℃): visiškas dehidratavimas, kad susidarytų amorfinis cinko boratas
Šis daugiapakopis dehidratacijos procesas leidžia sugerti šilumą platesniame temperatūrų diapazone ir turi ilgesnį antipireno efektyvumą.
Cinko borato monohidrato tirpumas vandenyje yra labai mažas (<0,1%), o organiniuose tirpikliuose jis beveik netirpsta, todėl polimerinėse sistemose yra gerai dispersinis.
3.5 Hidratuotas cinko boratas turi stipresnį paviršiaus poliškumą dėl didesnio kristalinio vandens kiekio, todėl geriau sklaidosi polinėse sistemose. Tačiau nepoliniuose polimeruose gali prireikti paviršiaus modifikavimo.
Cinko borato monohidrato dalelių dydis yra mažesnis (dažniausiai 1-5 μm), o specifinis paviršiaus plotas yra didesnis (5-15 m ²/g), o tai yra naudinga tolygiai jo dispersijai matricoje.
Dalelių dydis3,5 hidratuotas cinko boratasyra gana didelis (dažniausiai 5-20 μm), tačiau itin smulkius produktus galima paruošti ir specialiais procesais.
Abiejų tipų cinko boratas turi antipireno poveikį įvairiais mechanizmais, tačiau skirtingais tikslais:
Cinko borato monohidratas:
· Šilumos sugerties dehidratacija: dehidratacijos temperatūra yra aukšta, tinka naudoti, kai vėlesniame etape reikalingas antipirenas
·Stiklinio apsauginio sluoksnio formavimas: po dehidratacijos susidaro B2O3 stiklo sluoksnis, kuris izoliuoja deguonį ir šilumą
· Skatina karbonizaciją: turi reikšmingą sinergetinį poveikį su antipirenais, tokiais kaip aliuminio hidroksidas
3.5 Hidratuotas cinko boratas:
· Daugiapakopis šilumos sugėrimas: sugeria šilumą platesniame temperatūrų diapazone
· Išleiskite kristalinį vandenį, kad praskiestumėte degias dujas
· Susidaręs cinko oksidas slopina dūmus
·Ypač ryškus sinerginis poveikis su halogenintais antipirenais
3.5 Hidratuotas cinko boratasDėl didesnio boro kiekio ir unikalių dehidratacijos savybių jis paprastai yra pranašesnis už monohidrato produktus, slopindamas dūmų susidarymą, todėl yra ypač tinkamas naudoti taikant griežtus dūmų tankio reikalavimus.
· Aukštos temperatūros perdirbimo polimerai, tokie kaip inžineriniai plastikai (PA, PBT ir kt.), dėl jų aukštos dehidratacijos temperatūros
·Šviesios spalvos gaminiai: paprastai turi didesnį baltumą (≥ 95%), tinka gaminiams, kuriems taikomi griežti spalvos reikalavimai
·Kabelio medžiaga: Puikus sinergetinis poveikis su aliuminio hidroksidu/magniu
· Skaidrūs arba pusiau skaidrūs gaminiai: geresnis lūžio rodiklio atitikimas
· Sistemos, kurių sudėtyje yra PVC ir halogenų: reikšmingas sinergetinis antipirenas su halogenais
· Gumos gaminiai: kelių etapų dehidratacijos charakteristikos labiau tinka gumos vulkanizavimo procesui
· Ugniai atspari danga: didelis boro kiekis užtikrina geresnį atsparumą ugniai
· Tekstilės antipireno apdorojimas: žemos temperatūros antipireno efektas yra geresnis
·Vietos, kurioms taikomi aukšti dūmų slopinimo reikalavimai: pavyzdžiui, metro, laivai ir kitos vidinės medžiagos
· Apdorojimo temperatūra < 220 ℃: pirmenybė turėtų būti teikiama 3,5 hidratuoto cinko borato
· Apdorojimo temperatūra 220-280 ℃: Galimos abi parinktys, pasirinkite pagal kitus reikalavimus
· Apdorojimo temperatūra> 280 ℃: reikia pasirinkti cinko borato monohidratą
· Derinys su neorganiniais antipirenais (aliuminio hidroksidu / magniu): cinko borato monohidratas paprastai turi geresnį poveikį
· Derinant su halogenintais antipirenais, sinergetinis 3,5 hidratuoto cinko borato poveikis yra reikšmingesnis
Dėl mažesnio dalelių dydžio cinko borato monohidratas paprastai turi mažesnį poveikį medžiagos mechaninėms savybėms, o 3,5 hidrato gaminį gali prireikti smulkesnės dispersijos apdorojimo.
Monohidratas ir 3,5 hidrato cinko boratas iš esmės yra du skirtingi chemijos junginiai, o ne paprastas „vandens kiekio“ skirtumas.
