Zink borat, sebagai kalis api bukan organik yang cekap dan mesra alam dan bahan tambahan pelbagai fungsi, telah digunakan secara meluas dalam plastik, getah, salutan, tekstil dan bidang lain. Walau bagaimanapun, "zink borat" yang biasa disebut dalam industri sebenarnya merangkumi pelbagai bentuk dengan kandungan air kristal yang berbeza, antaranya yang paling mewakili ialah zink borat monohidrat (ZnO·B₂O₃·H₂O) dan zink borat 3.5hidrat (2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O). Artikel ini akan menyelidiki perbezaan antara keduanya dari perspektif akademik profesional.
Formula kimia zink borat monohidrat ialah ZnO·B₂O₃·H₂O, di mana nisbah molar ZnO kepada B₂O₃ ialah 1:1 dan kandungan air kristal ditetapkan pada 1 molekul. Struktur kristalnya biasanya membentangkan susunan berlapis atau rantai, dengan atom boron wujud dalam bentuk tiga koordinat atau empat koordinat, membentuk rangkaian oksigen boron yang stabil. Struktur ini mempunyai kestabilan haba yang tinggi, dan suhu dehidrasi biasanya antara 250-300 ℃.
Formula kimia 3.5 zink borat terhidrat ialah 2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O, dengan nisbah molar 2:3 antara ZnO dan B₂O₃, mengandungi 3.5 molekul air kristal.
Perbandingan perbezaan struktur utama:
· Perbezaan kandungan air: Kandungan air kristal 3.5 zink borat terhidrat adalah 3.5 kali ganda daripada monohidrat
·Nisbah zink boron yang berbeza: 1:1 untuk monohidrat dan 3:2 untuk 3.5-hidrat
·Simetri kristal: Monohidrat biasanya dalam sistem kristal monoklinik, manakala 3.5 hidrat kebanyakannya dalam sistem kristal triklinik atau monoklinik
Proses dehidrasi zink borat monohidrat adalah agak mudah, mengeluarkan satu-satunya molekul air struktur dalam julat 250-300 ℃ untuk membentuk zink borat kontang. Proses ini menyerap haba dengan ketara, yang membantu bahan menyerap sejumlah besar haba apabila dipanaskan.
Tingkah laku dehidrasi 3.5 zink borat terhidrat adalah lebih kompleks, menunjukkan ciri-ciri dehidrasi berbilang peringkat:
·Fasa 1 (100-150℃): Penyingkiran beberapa air terjerap dan sedikit air kristal
·Peringkat kedua (200-250℃): Keluarkan sebahagian besar air hablur
· Peringkat 3 (300-350 ℃): Penyahhidratan lengkap untuk membentuk zink borat amorf
Proses dehidrasi berbilang peringkat ini membolehkannya menyerap haba pada julat suhu yang lebih luas dan mempunyai kecekapan kalis api yang lebih lama.
Keterlarutan zink borat monohidrat dalam air adalah sangat rendah (<0.1%), dan ia hampir tidak larut dalam pelarut organik, yang memberikan kestabilan serakan yang baik dalam sistem polimer.
3.5 Zink borat terhidrat mempunyai kekutuban permukaan yang lebih kuat kerana kandungan air kristalnya yang lebih tinggi, menghasilkan penyebaran yang lebih baik dalam sistem kutub. Walau bagaimanapun, rawatan pengubahsuaian permukaan mungkin diperlukan dalam polimer bukan kutub.
Saiz zarah zink borat monohidrat adalah lebih kecil (biasanya 1-5 μm) dan luas permukaan khusus lebih besar (5-15 m ²/g), yang bermanfaat untuk penyebaran seragamnya dalam matriks.
Saiz zarah bagi3.5 zink borat terhidratagak besar (biasanya 5-20μm), tetapi produk ultrafine juga boleh disediakan melalui proses khas.
Kedua-dua jenis zink borat memberikan kesan kalis api melalui pelbagai mekanisme, tetapi dengan fokus yang berbeza:
Zink borat monohidrat:
·Dehidrasi penyerapan haba: Suhu dehidrasi adalah tinggi, sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kalis nyalaan pada peringkat akhir.
·Membentuk lapisan pelindung berkaca: Selepas dehidrasi, lapisan kaca B₂O₃ dihasilkan untuk mengasingkan oksigen dan haba
·Menggalakkan pengkarbonan: mempunyai kesan sinergistik yang ketara dengan kalis api seperti aluminium hidroksida
3.5 Borat Zink Terhidrat:
·Penyerapan haba berbilang peringkat: menyerap haba pada julat suhu yang lebih luas
·Melepaskan air kristal untuk mencairkan gas mudah terbakar
·Zink oksida yang dihasilkan mempunyai kesan perencatan pada asap
·Kesan sinergistik dengan kalis api halogen adalah amat ketara
3.5 Zink borat terhidratbiasanya lebih baik daripada produk monohidrat dalam menyekat penjanaan asap kerana kandungan boronnya yang lebih tinggi dan ciri-ciri dehidrasi yang unik, menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi dengan keperluan ketat untuk ketumpatan asap.
·Polimer pemprosesan suhu tinggi, seperti plastik kejuruteraan (PA, PBT, dsb.), disebabkan oleh suhu dehidrasi yang tinggi
·Produk berwarna terang: biasanya mempunyai keputihan yang lebih tinggi (≥ 95%), sesuai untuk produk dengan keperluan warna yang ketat
·Bahan kabel: Kesan sinergi yang sangat baik dengan aluminium hidroksida/magnesium
·Produk lutsinar atau separa lutsinar: padanan indeks biasan yang lebih baik
·PVC dan sistem yang mengandungi halogen: kesan kalis api sinergistik yang ketara dengan halogen
·Produk getah: ciri dehidrasi berbilang peringkat lebih sesuai untuk proses pemvulkanan getah
·Salutan kalis api: kandungan boron yang tinggi memberikan prestasi rintangan api yang lebih baik
·Rawatan kalis api tekstil: Kesan kalis api suhu rendah adalah lebih baik
·Tempat dengan keperluan penindasan asap tinggi: seperti kereta api bawah tanah, kapal dan bahan dalaman lain
· Suhu pemprosesan<220℃: Keutamaan harus diberikan kepada 3.5 zink borat terhidrat
· Suhu pemprosesan 220-280 ℃: Kedua-dua pilihan tersedia, pilih mengikut keperluan lain
· Suhu pemprosesan> 280 ℃: Zink borat monohidrat harus dipilih
·Digabungkan dengan kalis api bukan organik (aluminium hidroksida/magnesium): Zink borat monohidrat biasanya mempunyai kesan yang lebih baik
·Apabila digabungkan dengan kalis api halogen, kesan sinergistik 3.5 zink borat terhidrat adalah lebih ketara
Disebabkan saiz zarahnya yang lebih kecil, zink borat monohidrat biasanya mempunyai kesan yang kurang pada sifat mekanikal bahan, manakala produk 3.5 hidrat mungkin memerlukan rawatan penyebaran yang lebih halus.
Monohydrate dan 3.5-hydrate zinc borate pada asasnya adalah dua sebatian berbeza dalam kimia, dan bukannya perbezaan mudah dalam "kandungan air".
