در زمینه علم مواد مقاوم در برابر شعله،بورات رویبه دلیل کارایی بالا و سازگاری با محیط زیست بسیار مورد علاقه است. با این حال، دو دسته عمده در بازار وجود دارد: «بورات روی بی آب» و «بورات روی هیدراته»، و تفاوت‌های اساسی آنها بسیار بیشتر از این است که فقط حاوی آب کریستالی باشند. تفاوت های اساسی بین این دو ماده از نظر ساختار شیمیایی، رفتار حرارتی، مکانیسم بازدارنده شعله و عملکرد کاربرد وجود دارد. تفاوت اساسی بین بورات روی بی آب و هیدراته به طور سیستماتیک در زیر تجزیه و تحلیل خواهد شد.
فرمول شیمیایی برای بورات روی بی آب معمولاً به صورت xZnO·yB2O3 (مانند 2ZnO·3B2O3) نشان داده می شود و ساختار آن حاوی هیچ مولکول آب کریستالی (H2O) نیست. ساختار بلوری آن شامل چند وجهی اکسیژن روی (ZnO4, ZnO6) و گروه‌های اکسیژن بور (مثلث‌های BO3، چهار وجهی BO4) است که توسط اتم‌های اکسیژن مشترک به هم متصل شده‌اند و یک شبکه سه‌بعدی متراکم یا ساختار لایه‌ای را تشکیل می‌دهند. این ویژگی ساختاری آن را با پایداری حرارتی ذاتی بسیار بالا می بخشد.
در ساختار کریستالی بورات روی هیدراته (که توسط تک هیدرات ZnO·B2O3·H2O و 3.5 هیدرات 2ZnO·3B2O3·3.5H2O ارائه می شود)، مولکول های آب (H2O) مستقیماً به عنوان واحد ساختاری در ساخت شرکت می کنند. مولکول های آب معمولاً به دو شکل وجود دارند:
· به طور مستقیم با یون های روی (Zn2+) هماهنگ می شود و بر محیط هماهنگی مرکز فلز تأثیر می گذارد.
· با اشغال شکاف ها یا لایه های میانی ساختار کریستالی، از طریق پیوندهای هیدروژنی به شبکه اکسیژن بور متصل می شود و به عنوان "تکیه ساختاری" و "پل اتصال" عمل می کند.
خلاصه تفاوت های هسته: بورات روی بی آب یک شبکه اکسید معدنی خالص است، در حالی که بورات روی هیدراته یک ماده کریستالی غیرآلی آب است. این تفاوت اساسی مستقیماً منجر به یک سری تفاوت های قابل توجه در خواص فیزیکی و شیمیایی شد که به دنبال آن اتفاق افتاد.
این تفاوت عملکرد اصلی بین این دو است که مستقیماً بر عملکرد بازدارنده شعله و محدوده دمایی قابل اعمال تأثیر می گذارد.
بورات روی بی آب:
· بدون فرآیند کم آبی: در طول فرآیند گرمایش (معمولاً تا 800-900 درجه سانتیگراد)، هیچ واکنش گرماگیر ناشی از حذف آب کریستال وجود ندارد.
·جذب گرمای ذوب: پیک جذب حرارت اصلی آن در منطقه دمای بالا (حدود 900-1000 درجه سانتیگراد) ظاهر می شود، مربوط به تشکیلبورات رویشیشه (جذب حرارت ذوب).
· مزایا: حفظ ثبات ساختاری و کیفیت در دمای بسیار بالا پردازش (> 300 درجه)، بدون نقص مانند حباب یا تخلخل ناشی از انتشار بخار آب.
زینک بورات هیدراته شده:
· کم آبی چند مرحله ای و جذب گرما: یکی از عملکردهای بازدارنده شعله اصلی آن است. با در نظر گرفتن 3.5 هیدرات به عنوان مثال، کم آبی و جذب گرما طیف وسیعی از دمای 100-350 درجه سانتیگراد را پوشش می دهد.
· 100-150 ℃: آب جذب شده و مقداری آب کریستالی (گرم گیر) را حذف کنید.
· 200-300 ℃: آب ساختاری اصلی را حذف کنید (اوج گرماگیر قوی).
مزیت: ارائه اثر خنک کننده گرماگیر قوی در محدوده دمای بحرانی تجزیه پلیمر، به طور موثر دمای سطح مواد را کاهش می دهد.
بورات روی بی آب:
· قطبیت سطح کم و آب گریزی نسبتاً قوی تر.
· در پلیمرهای غیر قطبی مانند پلی اولفین PP و PE معمولاً پراکندگی و سازگاری بهتری دارند و تأثیر کمتری بر خواص مکانیکی ماده دارند.
زینک بورات هیدراته شده:
· گروه های هیدروکسیل (-OH) روی سطح وجود دارد که دارای قطبیت قوی و آب دوستی خوبی هستند.
· پراکندگی در پلیمرهای قطبی (مانند PVC، PA) یا سیستم های آبی بهتر است.
1. ذوب شدن در دمای بالا در هنگام آتش سوزی، تشکیل یک لایه متراکم و عایق از شیشه بورات روی سطح مواد.
2. به عنوان یک اسید لوئیس، کم آبی، پیوند متقابل و سایر واکنش های پلیمرها را کاتالیز می کند و یک لایه کاراکتر منبسط شده پایدارتر و متراکم تر را تشکیل می دهد.
3. لایه شیشه ای تشکیل شده دارای اثرات بازتابی و پراکندگی خوبی بر تابش حرارتی است.
1. از طریق واکنش های کم آبی چند مرحله ای، مقدار زیادی گرما از ناحیه احتراق جذب می شود و دمای بستر را کاهش می دهد.
2. بخار آب را آزاد کنید تا غلظت اکسیژن و گازهای قابل احتراق رقیق شود.
3. با سیستم های هالوژنه واکنش شیمیایی می دهد تا کارایی بازدارنده شعله را افزایش دهد.
4. محصول نهایی آبگیری شده، بورات روی فعال است که توانایی ترویج کربن و تشکیل لایه شیشه ای را نیز دارد.
· بورات روی بی آب بیشتر شبیه یک "استاد معماری" است که بر ساخت موانع عایق محکم تمرکز دارد.
· بورات روی هیدراته مانند یک "آتش نشان" عمل می کند، منبع آتش را با جذب گرما و رقیق کردن آن در وهله اول خاموش می کند.
تصور غلط: "اثر ضد شعله بورات روی بی آب به خوبی روی برات هیدراته نیست زیرا گرما را جذب نمی کند.
توضیح: مکانیسم های بازدارنده شعله این دو متفاوت است. اثرات "شکل دهی شیشه" و "کربنیزاسیون کاتالیزوری" بی آب اغلب یک لایه محافظ بادوام تری در آتش سوزی با شار حرارتی بالا ایجاد می کند و آنها را به عنوان "دفاع طولانی مدت" بازدارنده شعله تبدیل می کند.
تصور غلط: «بورات روی هیدراته در دماهای بالا کاملاً از بین می‌رود
توضیح: ترکیب شیمیایی محصول دهیدراته شده بورات روی هیدراته شبیه به بورات روی بی آب است و همچنین توانایی ترویج کربن و تشکیل لایه شیشه ای را دارد. این یک ضد شعله کامپوزیت با "مسدود اولیه + دفاع بعدی" است.
تصور غلط: "محصولات بی آب را می توان با خشک کردن بورات روی هیدراته به دلخواه به دست آورد
توضیح: آبگیری گرمایشی ساده باعث ایجاد بورات روی آمورف یا از نظر ساختاری فروپاشیده می شود که تفاوت قابل توجهی در پراکندگی و فعالیت کاتالیزوری در مقایسه با بورات روی بی آب صنعتی با ساختار کریستالی دست نخورده دارد و عملکرد آن را نمی توان معادل سازی کرد.
بی آب و هیدراتهبورات رویدو ماده مهم بازدارنده شعله با موقعیت عملکردی مکمل، به جای یک رابطه جایگزینی ساده از مزایا و معایب هستند.
