Hydroxid hlinitý(ATH, Al(OH)₃), ako najpoužívanejší a ekologický bezhalogénový anorganický spomaľovač horenia na svete, má päť hlavných výhod spomaľovania horenia, potláčania dymu, plnenia, netoxicity a nízkych nákladov. Je široko používaný v oblastiach, ako je epoxidová živica, nenasýtená živica, PVC elastomér, materiál EVA káblov, gumový kompozitný materiál, elektronický tesniaci materiál a materiál na dekoráciu budov. Na pozadí čoraz prísnejších globálnych environmentálnych predpisov a hlavného trendu bezhalogénových spomaľovačov horenia sa hydroxid hlinitý stal preferovaným riešením pre systémy spomaľujúce horenie špičkových materiálov vďaka svojim neprchavým, nekorozívnym a netoxickým vlastnostiam plynu.
Najzákladnejším a najzákladnejším spomaľovačom horenia hydroxidu hlinitého je endotermický účinok tepelného rozkladu.
Keď sa naplnený polymérny materiál zahreje na teplotu v rozmedzí 200 °C - 320 °C, hydroxid hlinitý podstúpi úplnú dehydratačnú reakciu, pričom sa uvoľní kryštálová voda a premení sa na aktivovaný oxid hlinitý. Reakčná rovnica je nasledovná:
2Al(OH)3 → Al₂O3 + 3H2O↑
Tento proces má dve kľúčové vlastnosti spomaľujúce horenie:
1. Silná kapacita absorpcie tepla: Každý gram rozkladu hydroxidu hlinitého môže absorbovať 1050-1200 J tepla, ktoré môže rýchlo absorbovať teplo spaľovania na povrchu a vo vnútri materiálu, prinútiť teplotu substrátu, aby bola nižšia ako kritická teplota tepelného rozkladu, čím sa ukončí alebo oneskorí spaľovanie.
2. Presný teplotný prah: Teplota rozkladu je vysoko zhodná s teplotou tepelnej degradácie väčšiny termoplastických materiálov a termosetových živíc a mechanizmus spomaľovania horenia sa môže aktivovať okamžite, keď materiál vstúpi do nebezpečného teplotného rozsahu, čím sa dosiahne skorá ochrana.
Jednoduché pochopenie: Hydroxid hlinitý je ako „chladiaci systém“ vo vnútri materiálu, ktorý v momente vznietenia absorbuje veľké množstvo tepla, čím znemožňuje materiálu udržiavať teplotu horenia a potláča pokračovanie horenia od koreňa.
Počas procesu dehydratácie a rozkladuhydroxid hlinitýuvoľňuje veľké množstvo vodnej pary s vysokou teplotou, čo je jeho druhá kľúčová funkcia spomaľujúca horenie.
Vodná para vytvára na povrchu materiálu plynovú bariéru s vysokou hustotou, čím sa dosahuje trojitý spomaľovač horenia:
1. Riedenie horľavých plynov: Horľavé plyny ako oxid uhoľnatý, alkány a alkény vznikajúce tepelným rozkladom materiálov sú vo veľkej miere riedené vodnou parou, čím sa znižuje ich koncentrácia pod hranicu horenia.
2. Izolácia kyslíka: Vodná para zaberá priestor rozhrania spaľovania, čím sa znižuje difúzia vonkajšieho kyslíka do materiálu a vytvára sa slabo oxidačné prostredie.
3. Znížte teplotu plynnej fázy: Splyňovanie vodnej pary ďalej absorbuje teplo, znižuje teplotu plameňa a oslabuje trvalé tepelné vyžarovanie plameňa na substráte.
Na rozdiel od halogénovaných retardérov horenia je vodná para uvoľňovaná hydroxidom hlinitým netoxická, nekorozívna a nekarcinogénna, plne vyhovuje globálnym environmentálnym normám, ako sú EU REACH, RoHS a US UL, vďaka čomu je hlavným predstaviteľom zelených systémov spomaľujúcich horenie.
Po dehydratácii hydroxidu hlinitého sa na povrchu materiálu vytvorí in situ vrstva bieleho, hustého, vysokoteplotného a nehorľavého aktivovaného oxidu hlinitého (Al2O3).
Oxid hlinitý má teplotu topenia až 2050 ℃ a má silnú tepelnú stabilitu a štrukturálnu pevnosť, ktorá slúži ako trojitá fyzická bariéra:
1. Izolujte prenos tepla: blokujte vonkajšie plamene pred vyžarovaním tepla do vnútorného substrátu a zabráňte ďalšiemu tepelnému rozkladu materiálu.
2. Blokujte kvapkanie kvapiek: Upevnite taveninu polyméru, aby ste zabránili sekundárnemu horeniu alebo šíreniu požiaru spôsobenému kvapkaním kvapiek.
3. Uzamknite horľavé plyny: potlačte únik vnútorných horľavých plynov a prerušte prívod horiacich látok.
Táto vrstva hliníkovej škrupiny nebude horieť, dymiť ani sa lámať a je dôležitým fyzikálnym základom na dosiahnutie dlhotrvajúcej spomaľovania horenia hydroxidu hlinitého.
Pri skutočných požiarnych nehodách sú hlavnými faktormi, ktoré spôsobujú škody, hustý dym a toxické plyny. Hlavnou výhodou hydroxidu hlinitého v porovnaní s inými retardérmi horenia je synchrónna retardácia horenia a silné potlačenie dymu.
Jeho mechanizmus potláčania dymu sa odráža v troch aspektoch:
1. Nízkoteplotné potlačenie tvorby dymu a prachu: vopred absorbuje teplo a chladí, aby sa znížil čierny dym, decht a toxické častice vznikajúce pri vysokoteplotnom praskaní materiálov.
2. Fyzická adsorpcia častíc dymu vrstvou oxidu hlinitého: Štruktúra pórovitého povrchu môže zachytávať častice dymu a znižovať koncentráciu dymu.
3. Žiadne sekundárne znečistenie: neprodukuje vysoko toxický dym, ako sú halogenovodíky a dioxíny, a spĺňa prísne požiadavky na hustotu dymu v oblastiach ako stavebníctvo, doprava, vnútorné materiály a železničná doprava.
V aplikáciách, ako sú epoxidové živice, kompozitné materiály SMC/BMC, drôty a káble, môže pridanie hydroxidu hlinitého znížiť hustotu dymu (DS) materiálu o viac ako 60 %, čím sa výrazne zlepší požiarna bezpečnosť.
Hydroxid hlinitýnepôsobí samostatne a môže vytvárať synergický karbonizačný efekt so živicovou matricou vo vysoko plniacich systémoch
1. Vrstva oxidu hlinitého podporuje rýchlu tvorbu stabilnej uhlíkovej vrstvy na povrchu substrátu;
2. Absorpcia tepla a dehydratácia urýchľujú zahusťovanie uhlíkovej vrstvy, čím sa zvyšuje jej antioxidačná kapacita;
3. Skráťte čas horenia, urobte materiál samozhášavým a po opustení plameňa okamžite prestaňte horieť.
Tento synergický efekt umožňuje hydroxidu hlinitému vykazovať účinnosť spomaľovania horenia ďaleko prevyšujúcu účinnosť bežných anorganických plnív vo vysoko plnených epoxidových živiciach, nenasýtených polyesteroch a elastoméroch.
Ak vezmeme do úvahy vyššie uvedené účinky, hydroxid hlinitý nedosahuje spomaľovanie horenia jediným mechanizmom, ale skôr súčasným výskytom štyroch funkcií: absorpcia tepla a chladenie, riedenie plynnej fázy, izolácia pevnej fázy, potláčanie dymu a fixácia pevného uhlíka, čím sa vytvára kompletná trojrozmerná sieť spomaľujúca horenie:
1. Absorpcia tepla: nútené chladenie, aby sa zabránilo nepretržitej pyrolýze materiálov;
2. Uvoľňovanie vody: Zriedený kyslík a horľavé plyny;
3. Tvorba škrupiny: vytvorenie izolačnej vrstvy z oxidu hlinitého;
4. Potlačenie dymu: Znížte toxický dym a zvýšte bezpečnosť.
To je tiež základný dôvod, prečo sa hydroxid hlinitý môže stať hlavným materiálom v celosvetovej oblasti bezhalogénových spomaľovačov horenia.
