Dans le domaine de la science des matériaux ignifuges,borate de zincest très apprécié en raison de sa haute efficacité et de son respect de l’environnement. Cependant, il existe deux grandes catégories sur le marché : le « borate de zinc anhydre » et le « borate de zinc hydraté », et leurs différences fondamentales vont bien au-delà du simple fait qu'ils contiennent de l'eau cristalline. Il existe des différences essentielles entre ces deux matériaux en termes de structure chimique, de comportement thermique, de mécanisme ignifuge et de performances d'application. La différence fondamentale entre le borate de zinc anhydre et hydraté sera systématiquement analysée ci-dessous.
La formule chimique du borate de zinc anhydre est généralement représentée par xZnO·yB₂O₃ (comme 2ZnO·3B₂O₃), et sa structure ne contient aucune molécule d'eau cristalline (H₂O). Sa structure cristalline se compose de polyèdres d'oxygène de zinc (ZnO₄、ZnO₆) et de groupes d'oxygène de bore (triangles BO₃, tétraèdres BO₄) reliés par des atomes d'oxygène partagés, formant un réseau tridimensionnel continu et dense ou une structure en couches. Cette caractéristique structurelle lui confère une stabilité thermique intrinsèque extrêmement élevée.
Dans la structure cristalline du borate de zinc hydraté (représenté par le monohydrate ZnO·B₂O₃·H₂O et le 3,5-hydrate 2ZnO·3B₂O₃·3,5H₂O), les molécules d'eau (H₂O) participent directement à la construction en tant qu'unités structurelles. Les molécules d’eau existent généralement sous deux formes :
·Se coordonne directement avec les ions zinc (Zn²⁺), affectant l'environnement de coordination du centre métallique.
·Occupant les interstices ou les couches intermédiaires de la structure cristalline, il est relié au réseau de bore-oxygène par des liaisons hydrogène, servant de « support structurel » et de « pont de connexion ».
Résumé des différences fondamentales : le borate de zinc anhydre est un réseau d'oxyde inorganique pur, tandis que le borate de zinc hydraté est un matériau cristallin hybride inorganique aqueux. Cette différence fondamentale a directement conduit à une série de différences significatives dans les propriétés physiques et chimiques qui ont suivi.
Il s’agit de la principale différence de performances entre les deux, qui affecte directement leur fonction ignifuge et leur plage de température applicable.
Borate de zinc anhydre :
·Aucun processus de déshydratation : pendant le processus de chauffage (généralement jusqu'à 800-900℃), il n'y a aucune réaction endothermique provoquée par l'élimination de l'eau cristalline.
·Absorption de chaleur de fusion : son principal pic d'absorption de chaleur apparaît dans la zone à haute température (environ 900-1000℃), correspondant à la formation deborate de zincverre (absorption de chaleur de fusion).
·Avantages : Maintenir la stabilité structurelle et qualitative à des températures de traitement extrêmement élevées (>300℃), sans défauts tels que des bulles ou une porosité provoqués par la libération de vapeur d'eau.
Borate de zinc hydraté :
·Déshydratation en plusieurs étapes et absorption de chaleur : l'une de ses principales fonctions ignifuges. En prenant 3,5 hydrates comme exemple, la déshydratation et l'absorption de chaleur couvrent une large plage de températures de 100 à 350 ℃.
·100-150℃ : Retirez l'eau adsorbée et un peu d'eau cristalline (endothermique).
·200-300℃ : Éliminer l'eau structurelle principale (fort pic endothermique).
·Avantage : Fournit un fort effet de refroidissement endothermique dans la plage de température critique de décomposition du polymère, réduisant ainsi efficacement la température de surface du matériau.
Borate de zinc anhydre :
·Faible polarité de surface et hydrophobicité relativement plus forte.
·Dans les polymères non polaires tels que les polyoléfines PP et PE, ils ont généralement une meilleure dispersibilité et compatibilité et ont moins d'impact sur les propriétés mécaniques du matériau.
Borate de zinc hydraté :
·Il y a des groupes hydroxyle (-OH) sur la surface, qui ont une forte polarité et une bonne hydrophilie.
·La dispersion est meilleure dans les polymères polaires (tels que le PVC, le PA) ou les systèmes aqueux.
1. Fondre à haute température lors d'un incendie, formant une couche dense et isolante de verre borate à la surface du matériau.
2. En tant qu'acide de Lewis, il catalyse la déshydratation, la réticulation et d'autres réactions des polymères, formant une couche de charbon expansée plus stable et plus dense.
3. La couche vitreuse formée a de bons effets de réflexion et de diffusion sur le rayonnement thermique.
1. Grâce à des réactions de déshydratation en plusieurs étapes, une grande quantité de chaleur est absorbée par la zone de combustion, réduisant ainsi la température du substrat.
2. Libérez de la vapeur d'eau pour diluer la concentration d'oxygène et de gaz combustibles.
3. Réagit chimiquement avec les systèmes halogénés pour améliorer l'efficacité ignifuge.
4. Le produit final déshydraté est du borate de zinc activé, qui a également la capacité de favoriser la carbonisation et de former une couche de verre.
·Le borate de zinc anhydre ressemble davantage à un « maître en architecture » qui se concentre sur la construction de barrières isolantes robustes.
·Le borate de zinc hydraté agit comme un « pompier », éteignant la source d'incendie en absorbant la chaleur et en la diluant en premier lieu.
Idée fausse : « L’effet ignifuge du borate de zinc anhydre n’est pas aussi bon que celui du borate de zinc hydraté car il n’absorbe pas la chaleur.
Clarification : Les mécanismes ignifuges des deux sont différents. Les effets anhydres de « formation de verre » et de « carbonisation catalytique » fournissent souvent une couche protectrice plus durable dans les incendies à flux thermique élevé, ce qui en fait des retardateurs de flamme « de défense longue durée ».
Idée fausse : « Le borate de zinc hydraté échouera complètement à des températures élevées.
Clarification : La composition chimique du produit déshydraté du borate de zinc hydraté est similaire à celle du borate de zinc anhydre, et il a également la capacité de favoriser la carbonisation et de former une couche de verre. Il s'agit d'un ignifuge composite avec « blocage précoce + défense ultérieure ».
Idée fausse : « Des produits anhydres peuvent être obtenus en séchant à volonté du borate de zinc hydraté.
Clarification : Une simple déshydratation par chauffage produit du borate de zinc amorphe ou structurellement effondré, qui présente des différences significatives en termes de dispersibilité et d'activité catalytique par rapport au borate de zinc anhydre industriel avec une structure cristalline intacte, et ses performances ne peuvent être assimilées.
Anhydre et hydratéborate de zincsont deux matériaux ignifuges importants avec un positionnement fonctionnel complémentaire, plutôt qu'une simple relation de substitution d'avantages et d'inconvénients.
