Na področju znanosti o materialih, ki zavirajo gorenje,cinkov boratje zelo priljubljen zaradi svoje visoke učinkovitosti in prijaznosti do okolja. Vendar pa na trgu obstajata dve veliki kategoriji: "brezvodni cinkov borat" in "hidratirani cinkov borat", njuni temeljni razliki pa sta veliko več kot le to, ali vsebujeta kristalno vodo. Med tema dvema materialoma obstajajo bistvene razlike v smislu kemične strukture, toplotnega obnašanja, mehanizma za zaviranje gorenja in učinkovitosti uporabe. Spodaj bo sistematično analizirana temeljna razlika med brezvodnim in hidratiranim cinkovim boratom.
Kemična formula za brezvodni cinkov borat je običajno predstavljena kot xZnO·yB₂O₃ (kot je 2ZnO·3B₂O3), njegova struktura pa ne vsebuje nobenih kristalnih molekul vode (H₂O). Njegovo kristalno strukturo sestavljajo poliedri kisika cinka (ZnO₄、ZnO₆) in skupine kisika bora (trikotniki BO₃, tetraedri BO₄), ki so povezani s skupnimi atomi kisika in tvorijo neprekinjeno, gosto tridimenzionalno mrežo ali večplastno strukturo. Ta strukturna značilnost mu daje izjemno visoko intrinzično toplotno stabilnost.
V kristalni strukturi hidratiranega cinkovega borata (ki ga predstavljata monohidrat ZnO·B₂O3·H₂O in 3,5-hidrat 2ZnO·3B₂O₃·3,5H₂O) molekule vode (H₂O) neposredno sodelujejo pri gradnji kot strukturne enote. Molekule vode običajno obstajajo v dveh oblikah:
·Neposredno koordinira s cinkovimi ioni (Zn²⁺), kar vpliva na koordinacijsko okolje kovinskega središča.
· Zavzema vrzeli ali vmesne plasti kristalne strukture in je prek vodikovih vezi povezan z mrežo bora in kisika ter služi kot "strukturna podpora" in "povezovalni most".
Povzetek glavnih razlik: brezvodni cinkov borat je mreža čistega anorganskega oksida, medtem ko je hidratizirani cinkov borat vodni anorganski hibridni kristalni material. Ta temeljna razlika je neposredno privedla do vrste pomembnih razlik v fizikalnih in kemijskih lastnostih, ki so sledile.
To je glavna razlika v zmogljivosti med obema, ki neposredno vpliva na njuno funkcijo zaviranja gorenja in veljavno temperaturno območje.
Brezvodni cinkov borat:
· Brez postopka dehidracije: Med postopkom segrevanja (običajno do 800-900 ℃) ni nobene endotermne reakcije, ki bi jo povzročila odstranitev kristalne vode.
· Absorpcija toplote pri taljenju: glavni vrh absorpcije toplote se pojavi v visokotemperaturnem območju (približno 900-1000 ℃), kar ustreza nastankucinkov boratsteklo (absorpcija toplote taljenja).
·Prednosti: ohranjanje strukturne in kakovostne stabilnosti pri izredno visokih temperaturah obdelave (>300 ℃), brez napak, kot so mehurčki ali poroznost zaradi sproščanja vodne pare.
Hidrirani cinkov borat:
· Večstopenjska dehidracija in absorpcija toplote: ena od njegovih glavnih funkcij zaviranja gorenja. Če za primer vzamemo hidrat 3,5, dehidracija in absorpcija toplote pokrivata široko temperaturno območje od 100 do 350 ℃.
·100-150 ℃: Odstranite adsorbirano vodo in nekaj kristalne vode (endotermno).
·200-300 ℃: Odstranite glavno strukturno vodo (močan endotermni vrh).
·Prednost: Zagotavlja močan endotermni učinek hlajenja v kritičnem temperaturnem območju razgradnje polimera, kar učinkovito zmanjša temperaturo površine materiala.
Brezvodni cinkov borat:
· Nizka površinska polarnost in relativno večja hidrofobnost.
·Pri nepolarnih polimerih, kot sta poliolefin PP in PE, imajo običajno boljšo disperzibilnost in združljivost ter manj vplivajo na mehanske lastnosti materiala.
Hidrirani cinkov borat:
· Na površini so hidroksilne skupine (-OH), ki imajo močno polarnost in dobro hidrofilnost.
·Disperzija je boljša v polarnih polimerih (kot je PVC, PA) ali vodnih sistemih.
1. Taljenje pri visokih temperaturah med požarom, ki tvori gosto in izolativno plast boratnega stekla na površini materiala.
2. Kot Lewisova kislina katalizira dehidracijo, zamreženje in druge reakcije polimerov, pri čemer tvori bolj stabilno in gosto ekspandirano plast zoglenca.
3. Oblikovana steklasta plast ima dober odboj in sipanje toplotnega sevanja.
1. Z večstopenjskimi reakcijami dehidracije se iz območja zgorevanja absorbira velika količina toplote, kar zmanjša temperaturo substrata.
2. Spustite vodno paro, da razredčite koncentracijo kisika in gorljivih plinov.
3. Kemično reagira s halogeniranimi sistemi za povečanje učinkovitosti zaviranja gorenja.
4. Končni dehidriran produkt je aktivirani cinkov borat, ki ima tudi sposobnost spodbujanja karbonizacije in tvorjenja steklene plasti.
·Brezvodni cinkov borat je bolj podoben "arhitekturnemu mojstru", ki se osredotoča na gradnjo močnih izolacijskih ovir.
· Hidrirani cinkov borat deluje kot "gasilec", ki pogasi vir ognja tako, da absorbira toploto in jo najprej razredči.
Napačno prepričanje: "Učinek zaviranja gorenja brezvodnega cinkovega borata ni tako dober kot učinek hidriranega cinkovega borata, ker ne absorbira toplote
Pojasnilo: Mehanizma za zaviranje gorenja sta različna. Brezvodni učinki "tvorjenja stekla" in "katalitične karbonizacije" pogosto zagotavljajo trpežnejšo zaščitno plast pri požarih z visokim toplotnim tokom, zaradi česar so "dolgotrajna obramba" zaviralci gorenja.
Napačno prepričanje: "Hidrirani cinkov borat pri visokih temperaturah popolnoma odpove
Pojasnilo: Kemična sestava dehidriranega produkta hidriranega cinkovega borata je podobna sestavi brezvodnega cinkovega borata in ima tudi sposobnost spodbujanja karbonizacije in tvorbe steklene plasti. Je kompozitni zaviralec gorenja z "zgodnjim blokiranjem + kasnejšo obrambo".
Napačno prepričanje: "Brezvodne izdelke lahko dobimo s poljubnim sušenjem hidriranega cinkovega borata
Pojasnilo: Enostavna dehidracija s segrevanjem daje amorfni ali strukturno propadli cinkov borat, ki ima znatne razlike v disperzibilnosti in katalitični aktivnosti v primerjavi z industrijskim brezvodnim cinkovim boratom z nedotaknjeno kristalno strukturo in njegove učinkovitosti ni mogoče enačiti.
Brezvodni in hidriranicinkov boratsta dva pomembna materiala, ki zavirata gorenje, s komplementarnim funkcionalnim položajem, namesto preprostega nadomestnega razmerja prednosti in slabosti.
