В областта на науката за забавящи горенето материали,цинков борате много предпочитан поради високата си ефективност и екологичност. На пазара обаче има две основни категории: „безводен цинков борат“ и „хидратиран цинков борат“ и основните им разлики са много повече от това дали съдържат кристална вода. Има съществени разлики между тези два материала по отношение на химическата структура, термичното поведение, механизма за забавяне на горенето и производителността на приложението. Основната разлика между безводен и хидратиран цинков борат ще бъде систематично анализирана по-долу.
Химическата формула на безводния цинков борат обикновено се представя като xZnO·yB₂O3 (като 2ZnO·3B₂O3) и неговата структура не съдържа никакви кристални водни молекули (H₂O). Неговата кристална структура се състои от цинково-кислородни полиедри (ZnO₄、ZnO₆) и бор-кислородни групи (BO₃ триъгълници, BO₄ тетраедри), свързани с общи кислородни атоми, образувайки непрекъсната, плътна триизмерна мрежа или слоеста структура. Тази структурна характеристика му придава изключително висока присъща термична стабилност.
В кристалната структура на хидратиран цинков борат (представен от монохидрат ZnO·B₂O3·H₂O и 3,5-хидрат 2ZnO·3B₂O3·3,5H₂O), водните молекули (H₂O) участват директно в изграждането като структурни единици. Водните молекули обикновено съществуват в две форми:
·Директно координира с цинкови йони (Zn²⁺), влияейки върху координационната среда на металния център.
· Заемайки празнините или междинните слоеве на кристалната структура, той е свързан с борно-кислородната мрежа чрез водородни връзки, служейки като "структурна опора" и "свързващ мост".
Обобщение на основните разлики: Безводният цинков борат е мрежа от чист неорганичен оксид, докато хидратираният цинков борат е воден неорганичен хибриден кристален материал. Тази фундаментална разлика директно доведе до поредица от значителни разлики във физичните и химичните свойства, които последваха.
Това е основната разлика в производителността между двете, която пряко влияе върху тяхната функция за забавяне на горенето и приложимия температурен диапазон.
Безводен цинков борат:
· Без процес на дехидратация: По време на процеса на нагряване (обикновено до 800-900 ℃) няма ендотермична реакция, причинена от отстраняването на кристална вода.
· Поглъщане на топлина при топене: Неговият основен пик на поглъщане на топлина се появява във високотемпературната зона (около 900-1000 ℃), съответстваща на образуването нацинков боратстъкло (поглъщане на топлина при топене).
· Предимства: Поддържа структурна и качествена стабилност при изключително високи температури на обработка (>300 ℃), без дефекти като мехурчета или порьозност, причинени от отделянето на водна пара.
Хидратиран цинков борат:
·Многостепенна дехидратация и абсорбция на топлина: една от основните му функции за забавяне на горенето. Като вземем 3,5 хидрат като пример, дехидратацията и абсорбцията на топлина покриват широк температурен диапазон от 100-350 ℃.
·100-150 ℃: Отстранете адсорбираната вода и малко кристална вода (ендотермична).
·200-300 ℃: Отстранете основната структурна вода (силен ендотермичен пик).
· Предимство: Осигурява силен ендотермичен охлаждащ ефект в критичния температурен диапазон на разлагане на полимера, като ефективно намалява температурата на повърхността на материала.
Безводен цинков борат:
· Ниска повърхностна полярност и относително по-силна хидрофобност.
· В неполярните полимери като полиолефин PP и PE, те обикновено имат по-добра диспергируемост и съвместимост и имат по-малко въздействие върху механичните свойства на материала.
Хидратиран цинков борат:
· На повърхността има хидроксилни групи (-OH), които имат силна полярност и добра хидрофилност.
·Дисперсията е по-добра в полярни полимери (като PVC, PA) или водни системи.
1. Топене при високи температури по време на пожар, образувайки плътен и изолиращ слой от боратно стъкло върху повърхността на материала.
2. Като киселина на Люис, тя катализира дехидратация, омрежване и други реакции на полимери, образувайки по-стабилен и плътен експандиран овъглен слой.
3. Образуваният стъклен слой има добро отразяване и разсейване на топлинното излъчване.
1. Чрез многоетапни реакции на дехидратация, голямо количество топлина се абсорбира от зоната на горене, намалявайки температурата на субстрата.
2. Освободете водна пара, за да разредите концентрацията на кислород и горими газове.
3. Реагира химически с халогенирани системи за подобряване на ефективността на забавяне на горенето.
4. Крайният дехидратиран продукт е активиран цинков борат, който също има способността да насърчава карбонизацията и да образува стъклен слой.
· Безводният цинков борат е по-скоро като "архитектурен майстор", който се фокусира върху изграждането на здрави изолационни бариери.
· Хидратираният цинков борат действа като "пожарникар", като гаси източника на огън, като абсорбира топлината и я разрежда на първо място.
Погрешно схващане: „Забавящият горенето ефект на безводния цинков борат не е толкова добър, колкото този на хидратирания цинков борат, тъй като не абсорбира топлината
Пояснение: Механизмите за забавяне на горенето на двата са различни. Ефектите на безводно „стъклообразуване“ и „каталитично карбонизиране“ често осигуряват по-издръжлив защитен слой при пожари с висок топлинен поток, което ги прави забавители на горенето с „дълготрайна защита“.
Погрешно схващане: „Хидратният цинков борат ще се развали напълно при високи температури
Изясняване: Химическият състав на дехидратирания продукт от хидратиран цинков борат е подобен на този на безводния цинков борат и също така има способността да насърчава карбонизацията и да образува стъклен слой. Това е композитен забавител на горенето с "ранно блокиране + по-късна защита".
Погрешно схващане: „Безводните продукти могат да бъдат получени чрез сушене на хидратиран цинков борат по желание
Изясняване: Простата дехидратация чрез нагряване дава аморфен или структурно разпаднат цинков борат, който има значителни разлики в диспергируемостта и каталитичната активност в сравнение с промишления безводен цинков борат с непокътната кристална структура и неговата производителност не може да бъде приравнена.
Безводен и хидратиранцинков боратса два важни материала за забавяне на горенето с взаимно допълващо се функционално позициониране, а не проста връзка на заместване на предимства и недостатъци.
