Алуминиум хидроксид(ATH, Al(OH)3), како најшироко употребуван и еколошки неоргански неоргански отпорен на пламен без халоген во светот, има пет основни предности на отпорност на пламен, сузбивање на чад, полнење, нетоксичност и ниска цена. Широко се користи во полиња како што се епоксидна смола, незаситена смола, ПВЦ еластомер, EVA кабелски материјал, гумен композитен материјал, електронски материјал за запечатување и материјал за украсување на згради. Наспроти позадината на сè построгите глобални еколошки регулативи и главниот тренд на отпорен на пламен без халоген, алуминиум хидроксид стана претпочитано решение за системи за отпорност на пламен од врвни материјали поради неговите неиспарливи, некорозивни и нетоксични карактеристики на гас.
Најсуштинскиот и фундаменталниот ефект на отпорност на пламен на алуминиум хидроксид е ендотермичкиот ефект на термичко распаѓање.
Кога наполнетиот полимерен материјал се загрева до опсегот од 200°C - 320°C, алуминиум хидроксид се подложува на целосна реакција на дехидрација, ослободувајќи кристална вода и претворајќи се во активна алумина. Равенката на реакцијата е како што следува:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
Овој процес има две клучни карактеристики на отпорност на пламен:
1. Силен капацитет за апсорпција на топлина: Секој грам распаѓање на алуминиум хидроксид може да апсорбира 1050-1200 J топлина, што може брзо да ја апсорбира топлината од согорувањето на површината и во внатрешноста на материјалот, да ја принуди температурата на подлогата да биде пониска од критичната температура на термичко распаѓање, а со тоа да го прекине или одложи согорувањето.
2. Точен температурен праг: Температурата на распаѓање е во голема мера усогласена со температурата на термичка деградација на повеќето термопластични материјали и термореактивни смоли, а механизмот за забавување на пламенот може веднаш да се активира кога материјалот ќе влезе во опасниот температурен опсег, со што се постигнува рана заштита.
Едноставно разбирање: алуминиум хидроксидот е како „систем за ладење“ во материјалот, кој апсорбира голема количина топлина во моментот на палење, што го оневозможува материјалот да ја одржува температурата на согорување и го потиснува продолжувањето на согорувањето од коренот.
За време на процесот на дехидрација и распаѓање,алуминиум хидроксидослободува големо количество водена пареа со висока температура, што е неговата втора клучна функција за заштита од пламен.
Водената пареа формира гасна бариера со висока густина на површината на материјалот, со што се постигнува ефект на троен отпор на пламен:
1. Разредување на запаливи гасови: запаливите гасови како јаглерод моноксид, алканите и алкените произведени со термичко распаѓање на материјалите во голема мера се разредуваат со водена пареа, намалувајќи ја нивната концентрација под границата на согорување.
2. Изолација на кислород: Водената пареа го зазема просторот на интерфејсот на согорувањето, намалувајќи ја дифузијата на надворешен кислород во материјалот и создавајќи слабо оксидирачка средина.
3. Намалете ја температурата на гасната фаза: Гасификацијата на водена пареа дополнително ја апсорбира топлината, ја намалува температурата на пламенот и го ослабува одржливото топлинско зрачење на пламенот на подлогата.
За разлика од халогенираните средства за заштита од пламен, водената пареа ослободена од алуминиум хидроксид е нетоксична, некорозивна и неканцерогена, целосно во согласност со глобалните еколошки стандарди како што се EU REACH, RoHS и US UL, што го прави главен претставник на системите за забавување на зелен пламен.
По дехидрација на алуминиум хидроксид, на површината на материјалот ќе се генерира слој од бела, густа, висока температура на топење и незапалива активна алуминиумска стихија (Al2O3).
Алуминиум оксидот има точка на топење до 2050 ℃ и поседува силна топлинска стабилност и структурна цврстина, служејќи како тројна физичка бариера:
1. Изолирајте го преносот на топлина: блокирајте го надворешниот пламен да не зрачи топлина на внатрешната подлога и спречи понатамошно термичко распаѓање на материјалот.
2. Блокирајте го капењето на капките: поправете го топењето на полимерот за да спречите секундарно согорување или ширење на пожар предизвикано од капнување на капки.
3. Заклучете ги запаливите гасови: потиснете го истекувањето на внатрешните запаливи гасови и прекинете го снабдувањето со запаливи материи.
Овој слој на обвивка од алуминиум нема да изгори, да пуши или да се скрши и е важна физичка основа за постигнување на долготрајна отпорност на пламен на алуминиум хидроксид.
Во вистинските несреќи со пожар, густиот чад и отровните гасови се примарните фактори кои предизвикуваат штета. Основната предност на алуминиум хидроксид во споредба со другите забавувачи на пламен е синхроната отпорност на пламен и силно сузбивање на чад.
Неговиот механизам за сузбивање чад се рефлектира во три аспекти:
1. Стиснување на ниски температури на создавање чад и прашина: однапред апсорбира топлина и ладење за да се намали црниот чад, катран и токсичните честички генерирани од високотемпературно пукање на материјалите.
2. Физичка адсорпција на честички од чад со слој од алуминиум: порозната површинска структура може да ги фати честичките од чад и да ја намали концентрацијата на чад.
3. Без секундарно загадување: не произведува високо токсичен чад како што се водородни халиди и диоксини и ги исполнува строгите барања за густина на чад во области како што се градежништвото, транспортот, внатрешните материјали и железничкиот транзит.
Во апликации како што се епоксидна смола, SMC/BMC композитни материјали, жици и кабли, додавањето на алуминиум хидроксид може да ја намали густината на чадот (DS) на материјалот за повеќе од 60%, што значително ја подобрува безбедноста од пожари.
Алуминиум хидроксидне делува самостојно и може да формира синергетски ефект на карбонизација со матрицата на смолата во системи со високо полнење
1. Алумина слојот промовира брзо формирање на стабилен јаглероден слој на површината на подлогата;
2. Апсорпцијата на топлина и дехидрацијата го забрзуваат згуснувањето на јаглеродниот слој, зголемувајќи го неговиот антиоксидативен капацитет;
3. Намалете го времето на согорување, направете го материјалот самостојно да се гаси и веднаш престанете да гори откако ќе го оставите пламенот.
Овој синергетски ефект му овозможува на алуминиум хидроксидот да покаже ефикасност на отпорност на пламен, далеку поголема од онаа на обичните неоргански полнила во високополнети епоксидни смоли, незаситени полиестри и еластомери.
Земајќи ги предвид горенаведените ефекти, алуминиум хидроксидот не постигнува отпорност на пламен преку еден механизам, туку преку истовремена појава на четири функции: апсорпција и ладење на топлина, разредување во гасна фаза, изолација во цврста фаза, сузбивање чад и фиксирање на цврст јаглерод, формирајќи целосна тродимензионална мрежа од пламен:
1. Апсорпција на топлина: принудно ладење за да се спречи континуирана пиролиза на материјалите;
2. Ослободување вода: Разредете кислород и запаливи гасови;
3. Формирање на школка: формирање на изолационен слој од алумина;
4. Сузбивање на чад: Намалете го токсичниот чад и зајакнете ја безбедноста.
Ова е, исто така, основната причина зошто алуминиум хидроксид може да стане главен материјал во глобалното поле за отпорност на пламен без халогени.
