아연 붕산염, 효율적이고 환경 친화적인 무기 난연제 및 다기능 첨가제로서 플라스틱, 고무, 코팅, 직물 및 기타 분야에서 널리 사용되었습니다. 그러나 업계에서 일반적으로 언급되는 "붕산아연"에는 실제로 결정수분 함량이 다른 다양한 형태가 포함되는데, 그 중 가장 대표적인 것이 붕산아연일수화물(ZnO·B2O₃·H2O)과 붕산아연 3.5수화물(2ZnO·3B2O₃·3.5H2O)이다. 이 기사에서는 전문적인 학술적 관점에서 두 가지의 차이점을 살펴보겠습니다.
붕산아연일수화물의 화학식은 ZnO·B2O₃·H2O이며, ZnO와 B2O₃의 몰비는 1:1이고 결정수분의 함량은 1분자로 고정되어 있다. 그 결정 구조는 일반적으로 3배위 또는 4배위 형태로 존재하는 붕소 원자와 함께 층상 또는 사슬형 배열을 나타내며 안정적인 붕소 산소 네트워크를 형성합니다. 이 구조는 열적 안정성이 높으며 탈수 온도는 일반적으로 250-300 ℃입니다.
3.5수화붕산아연의 화학식은 2ZnO·3B²O₃·3.5H²O이며, ZnO와 B²O₃의 몰비는 2:3이며, 3.5개의 결정질 물 분자를 함유하고 있습니다.
주요 구조적 차이점 비교:
·수분 함량 차이: 3.5수화 붕산아연의 결정 수분 함량은 일수화물의 3.5배입니다.
·다양한 붕소 아연 비율: 일수화물은 1:1, 3.5수화물은 3:2
·결정대칭: 일수화물은 일반적으로 단사정계 결정계에 속하고, 3.5수화물은 대부분 삼사정계 또는 단사정계 결정계에 속합니다.
붕산아연 일수화물의 탈수 공정은 비교적 간단하며, 250~300℃ 범위 내에서 유일한 구조적 물 분자를 제거하여 무수 붕산아연을 형성합니다. 이 공정은 열을 크게 흡수하므로 가열 시 재료가 많은 양의 열을 흡수하는 데 도움이 됩니다.
3.5수화 붕산아연의 탈수 거동은 더욱 복잡하여 다단계 탈수 특성을 나타냅니다.
·1단계(100-150℃): 일부 흡착수와 소량의 결정수 제거
·2단계(200~250℃) : 결정수를 대부분 제거
·3단계(300-350℃): 완전 탈수를 통해 무정형 붕산아연 형성
이 다단계 탈수 공정을 통해 더 넓은 온도 범위에서 열을 흡수할 수 있으며 난연 효율이 더 길어집니다.
붕산아연 일수화물의 물에 대한 용해도는 극히 낮으며(<0.1%), 유기 용매에 거의 용해되지 않아 고분자 시스템에서 우수한 분산 안정성을 제공합니다.
3.5 수화된 붕산아연은 결정수 함량이 높기 때문에 표면 극성이 더 강하여 극성 시스템에서 더 잘 분산됩니다. 그러나 비극성 폴리머의 경우 표면 개질 처리가 필요할 수 있습니다.
붕산아연 일수화물의 입자 크기는 더 작고(보통 1~5μm) 비표면적은 더 크므로(5~15m²/g) 매트릭스 내 균일한 분산에 유리합니다.
입자 크기3.5 수화 붕산아연상대적으로 크지만(보통 5~20μm) 특수 공정을 통해 초미세 제품을 제조할 수도 있습니다.
두 가지 유형의 붕산 아연은 다양한 메커니즘을 통해 난연성 효과를 발휘하지만 초점은 다릅니다.
아연 붕산염 일수화물:
·열흡수 탈수 : 탈수 온도가 높아 후기 단계에서 난연성이 요구되는 용도에 적합합니다.
·유리질 보호층 형성 : 탈수 후 B2O₃ 유리층이 생성되어 산소와 열을 분리
·탄화 촉진: 수산화알루미늄 등 난연제와 상당한 시너지 효과가 있습니다.
3.5 수화 아연 붕산염:
·다단계 열흡수: 더 넓은 온도 범위에서 열을 흡수합니다.
·가연성 가스를 희석하기 위해 수정수를 방출합니다.
·생성된 산화아연은 연기 억제 효과가 있습니다.
·할로겐계 난연제와의 시너지 효과가 특히 탁월합니다.
3.5 수화 붕산아연일반적으로 붕소 함량이 높고 고유한 탈수 특성으로 인해 연기 발생을 억제하는 데 있어서 일수화물 제품보다 우수하므로 연기 밀도에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 응용 분야에 특히 적합합니다.
·건조온도가 높아 엔지니어링 플라스틱(PA, PBT 등) 등 고온 가공용 고분자
·밝은 색상의 제품: 일반적으로 백색도가 더 높으며(≥ 95%) 엄격한 색상 요구 사항이 있는 제품에 적합합니다.
·케이블 재질 : 수산화알루미늄/마그네슘과 시너지 효과 우수
·투명 또는 반투명 제품: 더 나은 굴절률 매칭
·PVC 및 할로겐 함유 시스템: 할로겐과 상당한 시너지 효과를 발휘하는 난연 효과
·고무 제품: 다단계 탈수 특성은 고무 가황 공정에 더 적합합니다.
·내화 코팅: 높은 붕소 함량으로 더 나은 내화 성능 제공
·섬유 난연 처리 : 저온 난연 효과가 더 좋습니다.
·지하철, 선박, 기타 내부 자재 등 연기 억제 요구 사항이 높은 장소
·가공온도<220℃ : 3.5수화붕산아연 우선 적용
·처리 온도 220-280℃: 두 가지 옵션 모두 사용 가능하며 다른 요구 사항에 따라 선택하십시오.
·가공온도>280℃ : 붕산아연일수화물을 선택해야 함
·무기 난연제(수산화알루미늄/마그네슘)과 결합: 일반적으로 붕산아연 일수화물이 더 나은 효과를 나타냅니다.
·할로겐계 난연제와 병용 시 3.5수화붕산아연의 시너지 효과가 더욱 돋보입니다.
붕산아연 일수화물은 입자 크기가 작기 때문에 일반적으로 재료의 기계적 특성에 미치는 영향이 적은 반면, 3.5수화물 제품은 더 미세한 분산 처리가 필요할 수 있습니다.
일수화물과 3.5수화물 붕산아연은 본질적으로 "수분 함량"의 단순한 차이라기보다는 화학적으로 두 가지 다른 화합물입니다.
