Seng borat, sebagai aditif tahan api anorganik dan multifungsi yang efisien dan ramah lingkungan, telah banyak digunakan dalam plastik, karet, pelapis, tekstil, dan bidang lainnya. Namun, "seng borat" yang umum disebutkan di industri sebenarnya mencakup berbagai bentuk dengan kandungan air kristal yang berbeda, di antaranya yang paling mewakili adalah seng borat monohidrat (ZnO·B₂O₃·H₂O) dan seng borat 3,5hidrat (2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O). Artikel ini akan mempelajari perbedaan keduanya dari sudut pandang akademis profesional.
Rumus kimia seng borat monohidrat adalah ZnO·B₂O₃·H₂O, dengan perbandingan molar ZnO terhadap B₂O₃ adalah 1:1 dan kandungan air kristal ditetapkan pada 1 molekul. Struktur kristalnya biasanya memiliki susunan berlapis atau seperti rantai, dengan atom boron berada dalam bentuk tiga koordinat atau empat koordinat, membentuk jaringan oksigen boron yang stabil. Struktur ini memiliki stabilitas termal yang tinggi, dan suhu dehidrasi biasanya antara 250-300 ℃.
Rumus kimia seng borat 3,5 terhidrasi adalah 2ZnO·3B₂O₃·3,5H₂O, dengan perbandingan molar 2:3 antara ZnO dan B₂O₃, mengandung 3,5 molekul air kristal.
Perbandingan perbedaan struktural utama:
·Perbedaan kadar air: Kandungan air kristal dari 3,5 seng borat terhidrasi adalah 3,5 kali lipat dari monohidrat
·Rasio seng boron yang berbeda: 1:1 untuk monohidrat dan 3:2 untuk 3,5-hidrat
·Simetri kristal: Monohidrat biasanya terdapat pada sistem kristal monoklinik, sedangkan 3,5 hidrat sebagian besar terdapat pada sistem kristal triklinik atau monoklinik
Proses dehidrasi seng borat monohidrat relatif sederhana, menghilangkan satu-satunya molekul air struktural dalam kisaran 250-300℃ untuk membentuk seng borat anhidrat. Proses ini menyerap panas secara signifikan, yang membantu material menyerap panas dalam jumlah besar saat dipanaskan.
Perilaku dehidrasi seng borat 3,5 terhidrasi lebih kompleks, menunjukkan karakteristik dehidrasi multi-tahap:
·Fase 1 (100-150℃): Penghapusan sebagian air yang teradsorpsi dan sejumlah kecil air kristal
·Tahap kedua (200-250℃): Buang sebagian besar air kristal
·Tahap 3 (300-350℃): Dehidrasi lengkap untuk membentuk seng borat amorf
Proses dehidrasi multi-tahap ini memungkinkannya menyerap panas pada rentang suhu yang lebih luas dan memiliki efisiensi tahan api yang lebih lama.
Kelarutan seng borat monohidrat dalam air sangat rendah (<0,1%), dan hampir tidak larut dalam pelarut organik, sehingga memberikan stabilitas dispersi yang baik dalam sistem polimer.
3.5 Seng borat terhidrasi memiliki polaritas permukaan yang lebih kuat karena kandungan air kristalnya yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan dispersi yang lebih baik dalam sistem polar. Namun, perlakuan modifikasi permukaan mungkin diperlukan pada polimer non-polar.
Ukuran partikel seng borat monohidrat lebih kecil (biasanya 1-5 μm) dan luas permukaan spesifik lebih besar (5-15 m ²/g), yang bermanfaat karena dispersi seragamnya dalam matriks.
Ukuran partikel dari3,5 seng borat terhidrasirelatif besar (biasanya 5-20μm), tetapi produk ultrahalus juga dapat dibuat melalui proses khusus.
Kedua jenis seng borat memberikan efek tahan api melalui berbagai mekanisme, namun dengan fokus berbeda:
Seng borat monohidrat:
·Dehidrasi penyerapan panas: Suhu dehidrasi tinggi, cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketahanan api pada tahap selanjutnya
·Membentuk lapisan pelindung seperti kaca: Setelah dehidrasi, lapisan kaca B₂O₃ dihasilkan untuk mengisolasi oksigen dan panas
·Mempromosikan karbonisasi: memiliki efek sinergis yang signifikan dengan penghambat api seperti aluminium hidroksida
3.5 Seng Borat Terhidrasi:
·Penyerapan panas multi tahap: menyerap panas pada rentang suhu yang lebih luas
·Lepaskan air kristal untuk mengencerkan gas yang mudah terbakar
·Seng oksida yang dihasilkan memiliki efek penghambatan pada asap
·Efek sinergis dengan penghambat api terhalogenasi sangat menonjol
3.5 Seng borat terhidrasibiasanya lebih unggul daripada produk monohidrat dalam menekan timbulnya asap karena kandungan boronnya yang lebih tinggi dan karakteristik dehidrasinya yang unik, sehingga sangat cocok untuk aplikasi dengan persyaratan kepadatan asap yang ketat.
·Polimer pemrosesan suhu tinggi, seperti plastik rekayasa (PA, PBT, dll.), karena suhu dehidrasinya yang tinggi
·Produk berwarna terang: biasanya memiliki tingkat putih lebih tinggi (≥ 95%), cocok untuk produk dengan persyaratan warna yang ketat
·Bahan kabel: Efek sinergis yang sangat baik dengan aluminium hidroksida/magnesium
·Produk transparan atau semi transparan: pencocokan indeks bias lebih baik
·Sistem yang mengandung PVC dan halogen: efek penghambat api sinergis yang signifikan dengan halogen
·Produk karet: karakteristik dehidrasi multi-tahap lebih cocok untuk proses vulkanisasi karet
·Lapisan tahan api: kandungan boron yang tinggi memberikan kinerja ketahanan api yang lebih baik
·Perawatan tahan api tekstil: Efek tahan api suhu rendah lebih baik
·Tempat dengan persyaratan pemadaman asap yang tinggi: seperti kereta bawah tanah, kapal, dan material internal lainnya
·Suhu pemrosesan<220℃: Prioritas harus diberikan pada 3,5 seng borat terhidrasi
·Suhu pemrosesan 220-280℃: Kedua opsi tersedia, pilih sesuai dengan kebutuhan lainnya
·Suhu pemrosesan>280℃: Seng borat monohidrat harus dipilih
·Dikombinasikan dengan penghambat api anorganik (aluminium hidroksida/magnesium): Seng borat monohidrat biasanya memiliki efek yang lebih baik
·Bila dikombinasikan dengan penghambat api terhalogenasi, efek sinergis dari 3,5 seng borat terhidrasi lebih signifikan
Karena ukuran partikelnya yang lebih kecil, seng borat monohidrat biasanya memiliki dampak yang lebih kecil terhadap sifat mekanik material, sedangkan produk 3,5 hidrat mungkin memerlukan perlakuan dispersi yang lebih halus.
Seng borat monohidrat dan 3,5 hidrat pada dasarnya adalah dua senyawa yang berbeda secara kimia, bukan perbedaan sederhana dalam "kandungan air".
