硼酸锌

硼酸锌是一种环保型的无机阻燃填料，广泛应用于高分子材料中。它通过多种机理协同作用实现阻燃，同时兼具抑烟、成炭、防熔滴等多种功能。常见的品种以 2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O 为代表。

化学与特性

• 化学组成： 是氧化锌（ZnO）和三氧化二硼（B₂O₃）的水合复合物，有多种不同摩尔比和水合度的品种。最常见的是 ZB-2335（即 2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O）。

• 物理性质：

• 白色细微粉末。

• 无毒、无味。

• 难溶于水和大多数有机溶剂。

• 具有较高的热稳定性（分解温度 > 290°C）。

主要用途：阻燃剂

这是硼酸锌最核心的应用。它通常作为阻燃增效剂与其它阻燃剂（如氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑）协同使用，但也可单独使用。

1. 阻燃机理（多机理协同作用）

• 吸热分解： 在高温下（约290-450°C），硼酸锌会分解，释放出大量的结晶水。这个过程会吸收大量的热量，降低燃烧区域的温度。

• 形成覆盖层： 分解后生成的硼酸锌玻璃状薄膜和氧化锌牢固地覆盖在聚合物表面。

• 这层薄膜能隔绝氧气和热量，阻止可燃气体逸出。

• 能促进聚合物形成坚固的炭层，保护底层材料。

• 气相阻燃： 分解产生的水蒸气可以稀释可燃性气体和氧气浓度。

• 固相成炭： 硼酸能促进聚合物脱水炭化，形成不易燃的炭层，而不是产生可燃性挥发物。

• 阻隔作用： 生成的多孔状残渣对热和质传递有良好的阻隔效果。

2. 协同效应

• 与卤系阻燃剂： 可以部分或全部替代昂贵且有毒的三氧化二锑，生成卤化锌和卤化硼，在气相中捕获自由基，阻燃效率高。

• 与氢氧化铝/镁： 硼酸锌的分解温度高于氢氧化铝和镁，可以在不同的温度阶段持续发挥作用，形成更宽的温度保护范围，并显著增强抑烟和成炭效果。

其他功能与应用领域

除了核心的阻燃功能，硼酸锌还提供以下价值：

1. 抑烟剂： 能显著减少聚合物燃烧时的发烟量，这是它的一大优势。

2. 防熔滴剂： 促进成炭能有效防止聚合物在燃烧时产生熔融滴落，避免二次引燃。

3. 抑阴燃剂： 能有效防止材料熄灭后的阴燃（无焰燃烧）。

4. 防锈颜料： 用于防腐涂料中，硼酸根离子可以提供防锈作用。

5. 木材防腐剂。

应用领域

硼酸锌被添加到多种高分子材料中以提高其防火安全性能：

• 塑料： PVC（电线电缆、地板）、聚烯烃（PP, PE）、工程塑料（PA, PBT）、橡胶等。

• 涂料与油漆： 防火涂料、膨胀型涂料。

• 纺织品： 阻燃织物、背胶涂层。

• 电子产品： 电路板、电器外壳。

优势总结

• 环保无毒： 不含卤素和重金属锑，符合RoHS等环保指令。

• 高效多功能： 集阻燃、抑烟、成炭、防滴落于一体。

• 协同增效： 与多种阻燃剂有良好的协同作用，可降低总成本。

• 透明性影响小： 相对于其它填料，对聚合物的透明度影响较小。

• 腐蚀性低： 对加工设备的腐蚀性小。

注意事项

• 添加量： 通常需要较高的添加量（与有机阻燃剂相比）才能达到理想的阻燃效果，这可能会对材料的机械性能产生一定影响。

• 表面处理： 为了改善其在聚合物基体中的分散性和相容性，有时会对其进行表面处理