بورات رویبه عنوان یک ماده افزودنی ضد شعله معدنی کارآمد و دوستدار محیط زیست و چند منظوره، به طور گسترده در پلاستیک، لاستیک، پوشش، منسوجات و سایر زمینه ها استفاده شده است. با این حال، "بورات روی" که معمولاً در صنعت ذکر می شود در واقع شامل اشکال مختلفی با محتوای آب کریستالی متفاوت است که در میان آنها می توان به مونوهیدرات روی بورات (ZnO·B2O3·H2O) و بورات روی 3.5 هیدرات (2ZnO·3B2O3·3.5H) اشاره کرد. این مقاله به تفاوت های بین این دو از دیدگاه آکادمیک حرفه ای می پردازد.
فرمول شیمیایی مونوهیدرات بورات روی ZnO·B2O3·H2O است، که در آن نسبت مولی ZnO به B2O3 1:1 است و محتوای آب کریستالی در 1 مولکول ثابت است. ساختار کریستالی آن معمولاً چینش لایه‌ای یا زنجیره‌ای را نشان می‌دهد که اتم‌های بور به شکل سه مختصات یا چهار مختصات وجود دارند و یک شبکه اکسیژن بور پایدار را تشکیل می‌دهند. این ساختار دارای پایداری حرارتی بالایی است و دمای کم آبی معمولاً بین 250-300 ℃ است.
فرمول شیمیایی 3.5 بورات روی هیدراته 2ZnO·3B2O3·3.5H2O، با نسبت مولی 2:3 بین ZnO و B2O3، حاوی 3.5 مولکول آب کریستالی است.
مقایسه تفاوت‌های ساختاری کلیدی:
· تفاوت محتوای آب: محتوای آب کریستالی 3.5 بورات روی هیدراته 3.5 برابر مونوهیدرات است.
· نسبت های مختلف بور روی: 1:1 برای مونوهیدرات و 3:2 برای 3.5 هیدرات
· تقارن کریستالی: مونوهیدرات معمولاً در سیستم کریستالی مونوکلینیک است، در حالی که هیدرات 3.5 بیشتر در سیستم کریستالی تری کلینیک یا مونوکلینیک است.
فرآیند آبگیری مونوهیدرات بورات روی نسبتاً ساده است و تنها مولکول آب ساختاری در محدوده 250-300 درجه سانتیگراد را حذف می کند تا بورات روی بی آب تشکیل شود. این فرآیند گرما را به میزان قابل توجهی جذب می کند که به مواد کمک می کند تا هنگام گرم شدن مقدار زیادی گرما را جذب کنند.
رفتار کم آبی 3.5 بورات روی هیدراته پیچیده تر است و ویژگی های کم آبی چند مرحله ای را نشان می دهد:
· فاز 1 (100-150 درجه سانتیگراد): حذف مقداری آب جذب شده و مقدار کمی آب کریستالی
مرحله دوم (200-250 ℃): حذف بیشتر آب کریستالی
مرحله 3 (300-350 ℃): آبگیری کامل برای تشکیل بورات روی آمورف
این فرآیند آبگیری چند مرحله ای به آن اجازه می دهد تا گرما را در محدوده دمایی وسیع تری جذب کند و کارایی بازدارنده شعله طولانی تری دارد.
حلالیت مونوهیدرات روی بورات در آب بسیار کم است (<0.1٪) و تقریباً در حلال های آلی نامحلول است که به آن پایداری پراکندگی خوبی در سیستم های پلیمری می دهد.
3.5 بورات روی هیدراته به دلیل محتوای بیشتر آب کریستالی، قطبیت سطح قوی تری دارد و در نتیجه پراکندگی بهتری در سیستم های قطبی ایجاد می کند. با این حال، درمان اصلاح سطح ممکن است در پلیمرهای غیر قطبی مورد نیاز باشد.
اندازه ذرات مونوهیدرات بورات روی کوچکتر است (معمولا 1-5 میکرومتر) و سطح ویژه بزرگتر است (5-15 متر مربع / گرم)، که برای پراکندگی یکنواخت آن در ماتریس مفید است.
اندازه ذرات از3.5 زینک بورات هیدراتهنسبتاً بزرگ است (معمولاً 5-20 میکرومتر)، اما محصولات بسیار ریز را نیز می توان از طریق فرآیندهای خاص تهیه کرد.
هر دو نوع بورات روی از طریق مکانیسم های متعدد، اما با تمرکز متفاوت، اثرات بازدارنده شعله را اعمال می کنند:
زینک بورات مونوهیدرات:
· کم آبی جذب گرما: دمای آبگیری بالا است، مناسب برای کاربردهایی که در مراحل بعدی نیاز به تاخیر در شعله دارند.
· تشکیل یک لایه محافظ شیشه ای: پس از آبگیری، یک لایه شیشه ای B2O3 برای جداسازی اکسیژن و گرما ایجاد می شود.
· تقویت کربن سازی: اثر هم افزایی قابل توجهی با مواد بازدارنده شعله مانند هیدروکسید آلومینیوم دارد.
3.5 زینک بورات هیدراته:
· جذب حرارت چند مرحله ای: جذب گرما در محدوده دمایی وسیع تری
·آب کریستالی را برای رقیق کردن گازهای قابل احتراق آزاد کنید
· اکسید روی تولید شده یک اثر بازدارنده بر دود دارد
· اثر هم افزایی با بازدارنده های شعله هالوژنه به ویژه برجسته است
3.5 روی هیدراته بوراتمعمولاً در سرکوب تولید دود نسبت به محصولات مونوهیدرات برتری دارد به دلیل محتوای بور بالاتر و ویژگی‌های کم‌آبی منحصربه‌فرد آن، و به‌ویژه برای کاربردهایی با شرایط سخت برای چگالی دود مناسب است.
· پلیمرهای فرآوری با دمای بالا، مانند پلاستیک های مهندسی (PA، PBT، و غیره)، به دلیل دمای کم آبی بالای آنها
·محصولات رنگ روشن: معمولاً دارای سفیدی بالاتری هستند (≥ 95%)، مناسب برای محصولات با الزامات رنگی دقیق.
· مواد کابل: اثر هم افزایی عالی با هیدروکسید آلومینیوم/منیزیم
· محصولات شفاف یا نیمه شفاف: تطبیق بهتر ضریب شکست
· سیستم های حاوی پی وی سی و هالوژن: اثر هم افزایی قابل توجه بازدارنده شعله با هالوژن ها
· محصولات لاستیکی: ویژگی های کم آبی چند مرحله ای برای فرآیند ولکانیزاسیون لاستیک مناسب تر است
· پوشش نسوز: محتوای بور بالا عملکرد مقاومت در برابر آتش بهتری را ارائه می دهد
· درمان بازدارنده شعله نساجی: اثر بازدارنده شعله در دمای پایین بهتر است
· مکان هایی با الزامات دفع دود بالا: مانند مترو، کشتی ها و سایر مواد داخلی
· دمای پردازش کمتر از 220 درجه سانتیگراد: اولویت باید به 3.5 بورات روی هیدراته داده شود.
· دمای پردازش 220-280 ℃: هر دو گزینه در دسترس هستند، با توجه به نیازهای دیگر انتخاب کنید
· دمای پردازش> 280 ℃: مونوهیدرات بورات روی باید انتخاب شود
· ترکیب با مواد بازدارنده شعله معدنی (هیدروکسید آلومینیوم/منیزیم): مونوهیدرات بورات روی معمولاً اثرات بهتری دارد.
· هنگامی که با مواد بازدارنده شعله هالوژنه ترکیب می شود، اثر هم افزایی 3.5 بورات روی هیدراته قابل توجه تر است.
به دلیل اندازه ذرات کوچکتر، مونوهیدرات بورات روی معمولاً تأثیر کمتری بر خواص مکانیکی ماده دارد، در حالی که محصول هیدرات 3.5 ممکن است به تصفیه پراکندگی ریزتری نیاز داشته باشد.
مونوهیدرات و زینک بورات 3.5 هیدرات اساساً دو ترکیب متفاوت در شیمی هستند، نه تفاوت ساده در "محتوای آب".
