Υδροξείδιο αργιλίου(ATH, Al(OH)3), ως το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο και φιλικό προς το περιβάλλον ανόργανο επιβραδυντικό φλόγας χωρίς αλογόνο στον κόσμο, έχει πέντε βασικά πλεονεκτήματα: επιβραδυντικότητα φλόγας, καταστολή καπνού, πλήρωση, μη τοξικότητα και χαμηλό κόστος. Χρησιμοποιείται ευρέως σε τομείς όπως η εποξική ρητίνη, η ακόρεστη ρητίνη, το ελαστομερές PVC, το υλικό καλωδίων EVA, το σύνθετο υλικό από καουτσούκ, το ηλεκτρονικό υλικό σφράγισης και το υλικό διακόσμησης κτιρίων. Στο πλαίσιο των ολοένα και πιο αυστηρών παγκόσμιων περιβαλλοντικών κανονισμών και της κυρίαρχης τάσης του επιβραδυντικού φλόγας χωρίς αλογόνο, το υδροξείδιο του αλουμινίου έχει γίνει η προτιμώμενη λύση για συστήματα επιβραδυντικών φλόγας υψηλής ποιότητας λόγω των μη πτητικού, μη διαβρωτικού και μη τοξικού αερίου του.
Η πιο βασική και θεμελιώδης επιβραδυντική φλόγα επίδραση του υδροξειδίου του αλουμινίου είναι η ενδόθερμη επίδραση της θερμικής αποσύνθεσης.
Όταν το γεμάτο πολυμερές υλικό θερμαίνεται στην περιοχή από 200°C - 320°C, το υδροξείδιο του αργιλίου υφίσταται αντίδραση πλήρους αφυδάτωσης, απελευθερώνοντας κρυσταλλικό νερό και μετατρέποντας σε ενεργοποιημένη αλουμίνα. Η εξίσωση της αντίδρασης είναι η εξής:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
Αυτή η διαδικασία έχει δύο βασικά χαρακτηριστικά επιβραδυντικού φλόγας:
1. Ισχυρή ικανότητα απορρόφησης θερμότητας: Κάθε γραμμάριο αποσύνθεσης υδροξειδίου του αργιλίου μπορεί να απορροφήσει 1050-1200 J θερμότητας, η οποία μπορεί να απορροφήσει γρήγορα τη θερμότητα καύσης στην επιφάνεια και στο εσωτερικό του υλικού, αναγκάζοντας τη θερμοκρασία του υποστρώματος να είναι χαμηλότερη από την κρίσιμη θερμοκρασία της θερμικής αποσύνθεσης, τερματίζοντας ή καθυστερώντας την καύση.
2. Ακριβές κατώφλι θερμοκρασίας: Η θερμοκρασία αποσύνθεσης ταιριάζει πολύ με τη θερμοκρασία θερμικής αποικοδόμησης των περισσότερων θερμοπλαστικών υλικών και θερμοσκληρυνόμενων ρητινών και ο μηχανισμός επιβραδυντικού φλόγας μπορεί να ενεργοποιηθεί αμέσως όταν το υλικό εισέλθει στο επικίνδυνο εύρος θερμοκρασίας, επιτυγχάνοντας έγκαιρη προστασία.
Απλή κατανόηση: Το υδροξείδιο του αλουμινίου είναι σαν ένα «σύστημα ψύξης» μέσα στο υλικό, απορροφά μεγάλη ποσότητα θερμότητας τη στιγμή της ανάφλεξης, καθιστώντας αδύνατο για το υλικό να διατηρήσει τη θερμοκρασία καύσης και καταστέλλει τη συνέχιση της καύσης από τη ρίζα.
Κατά τη διαδικασία αφυδάτωσης και αποσύνθεσης,υδροξείδιο αργιλίουαπελευθερώνει μεγάλη ποσότητα υδρατμών υψηλής θερμοκρασίας, που είναι η δεύτερη βασική του λειτουργία επιβραδυντικής φλόγας.
Οι υδρατμοί σχηματίζουν ένα αέριο φράγμα υψηλής πυκνότητας στην επιφάνεια του υλικού, επιτυγχάνοντας ένα τριπλό επιβραδυντικό φλόγας:
1. Αραίωση εύφλεκτων αερίων: Τα εύφλεκτα αέρια όπως το μονοξείδιο του άνθρακα, τα αλκάνια και τα αλκένια που παράγονται από τη θερμική αποσύνθεση των υλικών αραιώνονται πολύ από τους υδρατμούς, μειώνοντας τη συγκέντρωσή τους κάτω από το όριο καύσης.
2. Απομόνωση οξυγόνου: Οι υδρατμοί καταλαμβάνουν το χώρο διεπαφής της καύσης, μειώνοντας τη διάχυση εξωτερικού οξυγόνου στο υλικό και δημιουργώντας ένα ασθενώς οξειδωτικό περιβάλλον.
3. Μειώστε τη θερμοκρασία της αέριας φάσης: Η αεριοποίηση υδρατμών απορροφά περαιτέρω τη θερμότητα, μειώνει τη θερμοκρασία της φλόγας και αποδυναμώνει τη διατηρούμενη θερμική ακτινοβολία της φλόγας στο υπόστρωμα.
Σε αντίθεση με τα αλογονωμένα επιβραδυντικά φλόγας, οι υδρατμοί που απελευθερώνονται από το υδροξείδιο του αλουμινίου είναι μη τοξικοί, μη διαβρωτικοί και μη καρκινογόνοι, συμμορφώνονται πλήρως με τα παγκόσμια περιβαλλοντικά πρότυπα όπως EU REACH, RoHS και US UL, καθιστώντας το βασικό αντιπροσωπευτικό των συστημάτων πράσινων επιβραδυντικών φλόγας.
Μετά την αφυδάτωση του υδροξειδίου του αργιλίου, ένα στρώμα λευκής, πυκνής, υψηλού σημείου τήξης και μη εύφλεκτης ενεργοποιημένης αλουμίνας (Al2O3) θα δημιουργηθεί επί τόπου στην επιφάνεια του υλικού.
Το οξείδιο του αλουμινίου έχει σημείο τήξης έως και 2050 ℃ και διαθέτει ισχυρή θερμική σταθερότητα και δομική αντοχή, χρησιμεύοντας ως τριπλό φυσικό εμπόδιο:
1. Απομονώστε τη μεταφορά θερμότητας: εμποδίστε τις εξωτερικές φλόγες να εκπέμψουν θερμότητα στο εσωτερικό υπόστρωμα και αποτρέψτε την περαιτέρω θερμική αποσύνθεση του υλικού.
2. Αποκλείστε τη στάλαξη σταγονιδίων: Στερεώστε το τήγμα του πολυμερούς για να αποτρέψετε τη δευτερογενή καύση ή την εξάπλωση πυρκαγιάς που προκαλείται από τη στάλαξη σταγονιδίων.
3. Κλείδωμα εύφλεκτων αερίων: καταστέλλει τη διαφυγή εσωτερικών καύσιμων αερίων και διακόπτει την παροχή καυσίμων ουσιών.
Αυτό το στρώμα από κέλυφος αλουμίνας δεν θα καεί, δεν καπνίζει ή σπάσει και είναι μια σημαντική φυσική βάση για την επίτευξη μακροχρόνιας επιβράδυνσης φλόγας του υδροξειδίου του αλουμινίου.
Σε πραγματικά ατυχήματα πυρκαγιάς, ο πυκνός καπνός και τα τοξικά αέρια είναι οι κύριοι παράγοντες που προκαλούν βλάβη. Το βασικό πλεονέκτημα του υδροξειδίου του αλουμινίου σε σύγκριση με άλλα επιβραδυντικά φλόγας είναι η σύγχρονη επιβραδυντικότητα φλόγας και η ισχυρή καταστολή του καπνού.
Ο μηχανισμός καταστολής του καπνού αντανακλάται σε τρεις πτυχές:
1. Καταστολή της δημιουργίας καπνού και σκόνης σε χαμηλή θερμοκρασία: απορρόφηση θερμότητας και ψύξης εκ των προτέρων για μείωση του μαύρου καπνού, της πίσσας και των τοξικών σωματιδίων που δημιουργούνται από το ράγισμα των υλικών σε υψηλή θερμοκρασία.
2. Φυσική προσρόφηση των σωματιδίων καπνού από το στρώμα αλουμίνας: Η πορώδης επιφανειακή δομή μπορεί να συλλάβει τα σωματίδια καπνού και να μειώσει τη συγκέντρωση καπνού.
3. Χωρίς δευτερογενή ρύπανση: δεν παράγει ιδιαίτερα τοξικό καπνό, όπως υδραλογονίδια και διοξίνες, και πληροί τις αυστηρές απαιτήσεις πυκνότητας καπνού σε τομείς όπως οι κατασκευές, οι μεταφορές, τα υλικά εσωτερικού χώρου και η σιδηροδρομική μεταφορά.
Σε εφαρμογές όπως η εποξική ρητίνη, τα σύνθετα υλικά SMC/BMC, τα σύρματα και τα καλώδια, η προσθήκη υδροξειδίου του αλουμινίου μπορεί να μειώσει την πυκνότητα καπνού (DS) του υλικού κατά περισσότερο από 60%, βελτιώνοντας σημαντικά την πυρασφάλεια.
Υδροξείδιο αργιλίουδεν δρα μόνη της και μπορεί να δημιουργήσει ένα συνεργικό αποτέλεσμα ενανθράκωσης με τη μήτρα ρητίνης σε συστήματα υψηλής πλήρωσης
1. Το στρώμα αλουμίνας προάγει τον γρήγορο σχηματισμό ενός σταθερού στρώματος άνθρακα στην επιφάνεια του υποστρώματος.
2. Η απορρόφηση θερμότητας και η αφυδάτωση επιταχύνουν την πύκνωση του στρώματος άνθρακα, ενισχύοντας την αντιοξειδωτική του ικανότητα.
3. Μειώστε το χρόνο καύσης, κάντε το υλικό να σβήσει μόνο του και σταματήστε αμέσως να καίγετε αφού φύγετε από τη φλόγα.
Αυτό το συνεργιστικό αποτέλεσμα επιτρέπει στο υδροξείδιο του αλουμινίου να παρουσιάζει αποτελεσματικότητα επιβραδυντικής φλόγας που υπερβαίνει κατά πολύ εκείνη των συνηθισμένων ανόργανων πληρωτικών σε εποξειδικές ρητίνες υψηλής πλήρωσης, ακόρεστους πολυεστέρες και ελαστομερή.
Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω αποτελέσματα, το υδροξείδιο του αλουμινίου δεν επιτυγχάνει επιβράδυνση φλόγας μέσω ενός μόνο μηχανισμού, αλλά μέσω της ταυτόχρονης εμφάνισης τεσσάρων λειτουργιών: απορρόφηση θερμότητας και ψύξη, αραίωση σε αέρια φάση, απομόνωση στερεάς φάσης, καταστολή καπνού και στερέωση στερεού άνθρακα, σχηματίζοντας ένα πλήρες τρισδιάστατο δίκτυο retartar της φλόγας:
1. Απορρόφηση θερμότητας: εξαναγκασμένη ψύξη για την πρόληψη της συνεχούς πυρόλυσης των υλικών.
2. Απελευθέρωση νερού: Αραιώστε το οξυγόνο και τα εύφλεκτα αέρια.
3. Σχηματισμός κελύφους: σχηματισμός μονωτικού στρώματος αλουμίνας.
4. Καταστολή καπνού: Μειώστε τον τοξικό καπνό και ενισχύστε την ασφάλεια.
Αυτός είναι επίσης ο θεμελιώδης λόγος για τον οποίο το υδροξείδιο του αλουμινίου μπορεί να γίνει το κύριο υλικό στον παγκόσμιο επιβραδυντικό φλόγας χωρίς αλογόνο.
