Sinkkiboraatti, tehokkaana ja ympäristöystävällisenä epäorgaanisena palonestoaineena ja monikäyttöisenä lisäaineena, sitä on käytetty laajalti muovissa, kumissa, pinnoitteissa, tekstiileissä ja muilla aloilla. Kuitenkin teollisuudessa yleisesti mainittu "sinkkiboraatti" sisältää itse asiassa erilaisia muotoja, joissa on erilainen kidevesipitoisuus, joista edustavimpia ovat sinkkiboraattimonohydraatti (ZnO·B2O3·H2O) ja sinkkiboraatti 3,5-hydraatti (2ZnO·3B2O3·3,5H2O). Tässä artikkelissa tarkastellaan näiden kahden välisiä eroja ammattiakateemisesta näkökulmasta.
Sinkkiboraattimonohydraatin kemiallinen kaava on ZnO·B2O3·H2O, jossa ZnO:n ja B2O3:n moolisuhde on 1:1 ja kidevesipitoisuus on kiinteä 1 molekyyliin. Sen kiderakenne on yleensä kerrostettu tai ketjumainen, ja booriatomit ovat kolmen tai neljän koordinaatin muodossa muodostaen vakaan boorihappiverkoston. Tällä rakenteella on korkea lämmönkestävyys, ja kuivauslämpötila on yleensä välillä 250-300 ℃.
3,5 hydratoidun sinkkiboraatin kemiallinen kaava on 2ZnO·3B2O3·3,5H2O, moolisuhteella 2:3 ZnO:n ja B2O3:n välillä ja joka sisältää 3,5 kiteistä vesimolekyyliä.
Keskeisten rakenteellisten erojen vertailu:
· Vesipitoisuuden ero: 3,5 hydratoidun sinkkiboraatin kidevesipitoisuus on 3,5 kertaa monohydraatin vesipitoisuus
· Eri boorisinkkisuhteet: 1:1 monohydraatille ja 3:2 3,5-hydraatille
·Kidesymmetria: Monohydraatti on yleensä monokliinisessä kidejärjestelmässä, kun taas 3,5 hydraattia on useimmiten trikliinisessä tai monokliinisessä kidejärjestelmässä
Sinkkiboraattimonohydraatin dehydratointiprosessi on suhteellisen yksinkertainen, ja se poistaa ainoan rakenteellisen vesimolekyylin välillä 250-300 ℃ vedettömän sinkkiboraatin muodostamiseksi. Tämä prosessi imee lämpöä merkittävästi, mikä auttaa materiaalia imemään suuren määrän lämpöä kuumennettaessa.
3,5-hydratoidun sinkkiboraatin kuivumiskäyttäytyminen on monimutkaisempaa, ja sillä on monivaiheiset kuivumisominaisuudet:
· Vaihe 1 (100-150 ℃): osan adsorboituneen veden ja pienen määrän kiteistä vettä poistaminen
·Toinen vaihe (200-250 ℃): Poista suurin osa kiteisestä vedestä
·Vaihe 3 (300-350 ℃): Täydellinen dehydraatio amorfisen sinkkiboraatin muodostamiseksi
Tämä monivaiheinen kuivausprosessi mahdollistaa lämmön imeytymisen laajemmalla lämpötila-alueella ja sillä on pidempi palonestoteho.
Sinkkiboraattimonohydraatin liukoisuus veteen on erittäin alhainen (<0,1 %) ja se on lähes liukenematon orgaanisiin liuottimiin, mikä antaa sille hyvän dispersiostabiilisuuden polymeerijärjestelmissä.
3.5 Hydratoidulla sinkkiboraatilla on vahvempi pinnan napaisuus sen suuremman kiteisen veden pitoisuuden vuoksi, mikä johtaa parempaan dispersioon polaarisissa järjestelmissä. Ei-polaarisissa polymeereissä voidaan kuitenkin tarvita pinnan modifiointikäsittelyä.
Sinkkiboraattimonohydraatin hiukkaskoko on pienempi (yleensä 1-5 μm) ja ominaispinta-ala suurempi (5-15 m²/g), mikä on edullista sen tasaiselle dispergoinnille matriisissa.
Hiukkaskoko3,5 hydratoitua sinkkiboraattiaon suhteellisen suuri (yleensä 5-20μm), mutta ultrahienoja tuotteita voidaan valmistaa myös erikoisprosesseilla.
Molemmilla sinkkiboraattityypeillä on paloa hidastavia vaikutuksia useiden mekanismien kautta, mutta eri painopisteillä:
Sinkkiboraattimonohydraatti:
·Lämmön absorptio dehydraatio: Kuivumislämpötila on korkea, sopii sovelluksiin, jotka vaativat liekinsuojaa myöhemmässä vaiheessa
· Lasimaisen suojakerroksen muodostaminen: Dehydraation jälkeen syntyy B2O3 -lasikerros hapen ja lämmön eristämiseksi
· Edistää hiiltymistä: sillä on merkittävä synergistinen vaikutus palonestoaineiden, kuten alumiinihydroksidin, kanssa
3.5 Hydratoitu sinkkiboraatti:
·Monivaiheinen lämmön absorptio: absorboi lämpöä laajemmalla lämpötila-alueella
· Vapauta kidevettä palavien kaasujen laimentamiseksi
·Tunnetulla sinkkioksidilla on savua estävä vaikutus
·Synergistinen vaikutus halogenoitujen palonestoaineiden kanssa on erityisen näkyvä
3.5 Hydratoitu sinkkiboraattion yleensä parempi kuin monohydraattituotteet savun muodostumisen estämisessä korkeamman booripitoisuutensa ja ainutlaatuisten kuivumisominaisuuksiensa ansiosta, mikä tekee siitä erityisen sopivan sovelluksiin, joissa savun tiheys on tiukat.
·Korkean lämpötilan prosessointipolymeerit, kuten tekniset muovit (PA, PBT jne.), koska niiden kuivatuslämpötila on korkea
· Vaaleat tuotteet: yleensä korkeampi valkoisuus (≥ 95%), sopii tuotteille, joilla on tiukat värivaatimukset
·Kaapelin materiaali: Erinomainen synergistinen vaikutus alumiinihydroksidin/magnesiumin kanssa
· Läpinäkyvät tai puoliläpinäkyvät tuotteet: parempi taitekerroin vastaavuus
·PVC:tä ja halogeenia sisältävät järjestelmät: merkittävä synergistinen palonestovaikutus halogeenien kanssa
· Kumituotteet: monivaiheiset kuivumisominaisuudet sopivat paremmin kumin vulkanointiprosessiin
·Tulenkestävä pinnoite: korkea booripitoisuus tarjoaa paremman palonkestävyyden
· Tekstiilin palonestokäsittely: Matalan lämpötilan palosuojavaikutus on parempi
· Paikat, joissa savunpoistovaatimukset ovat korkeat: kuten metrot, laivat ja muut sisäiset materiaalit
·Prosessointilämpötila <220℃: Etusija tulee antaa 3,5 hydratoidulle sinkkiboraatille
· Käsittelylämpötila 220-280 ℃: Molemmat vaihtoehdot ovat saatavilla, valitse muiden vaatimusten mukaan
· Käsittelylämpötila > 280 ℃: Sinkkiboraattimonohydraatti tulee valita
·Yhdessä epäorgaanisten palonestoaineiden kanssa (alumiinihydroksidi/magnesium): Sinkkiboraattimonohydraatilla on yleensä parempia vaikutuksia
·Yhdistettynä halogenoitujen palonestoaineiden kanssa 3,5-hydratoidun sinkkiboraatin synergistinen vaikutus on merkittävämpi
Sinkkiboraattimonohydraatilla on pienemmän partikkelikoonsa vuoksi yleensä vähemmän vaikutusta materiaalin mekaanisiin ominaisuuksiin, kun taas 3,5-hydraattituote saattaa vaatia hienompaa dispersiokäsittelyä.
Monohydraatti ja 3,5-hydraattisinkkiboraatti ovat pohjimmiltaan kaksi erilaista yhdistettä kemiassa pikemminkin kuin pelkkä ero "vesipitoisuudessa".
