Alumínium-hidroxid(ATH, Al(OH)₃), mint a legszélesebb körben használt és környezetbarát halogénmentes szervetlen égésgátló a világon, öt fő előnye van: égésgátlás, füstelnyomás, töltés, nem mérgező és alacsony költség. Széles körben használják olyan területeken, mint az epoxigyanta, telítetlen gyanta, PVC elasztomer, EVA kábelanyag, gumi kompozit anyag, elektronikus tömítőanyag és épületdekorációs anyag. Az egyre szigorodó globális környezetvédelmi előírások és a halogénmentes égésgátlók fő irányzatának hátterében az alumínium-hidroxid nem illékony, nem korrozív és nem mérgező gázjellemzői miatt a csúcsminőségű anyagból készült égésgátló rendszerek preferált megoldásává vált.
Az alumínium-hidroxid legfontosabb és alapvető égésgátló hatása a termikus bomlás endoterm hatása.
Amikor a töltött polimer anyagot 200 °C és 320 °C közötti hőmérsékletre melegítjük, az alumínium-hidroxid teljes dehidratációs reakción megy keresztül, kristályvíz szabadul fel és aktivált alumínium-oxiddá alakul. A reakcióegyenlet a következő:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H₂O↑
Ennek az eljárásnak két fő égésgátló tulajdonsága van:
1. Erős hőelnyelő képesség: Az alumínium-hidroxid bomlás minden grammja 1050-1200 J hőt képes felvenni, amely gyorsan elnyeli az égés hőjét az anyag felületén és belsejében, az aljzat hőmérsékletét a termikus bomlás kritikus hőmérsékleténél alacsonyabbra kényszeríti, ezáltal megszakítja vagy késlelteti az égést.
2. Pontos hőmérsékleti küszöb: A bomlási hőmérséklet nagymértékben illeszkedik a legtöbb hőre lágyuló anyag és hőre keményedő gyanta termikus lebomlási hőmérsékletéhez, és az égésgátló mechanizmus azonnal aktiválható, amikor az anyag veszélyes hőmérsékleti tartományba kerül, így korai védelem érhető el.
Egyszerűen érthető: Az alumínium-hidroxid olyan, mint egy "hűtőrendszer" az anyag belsejében, amely a gyulladás pillanatában nagy mennyiségű hőt vesz fel, ami lehetetlenné teszi az anyag számára az égési hőmérséklet fenntartását, és elnyomja az égés folytatását a gyökértől.
A kiszáradási és bomlási folyamat során,alumínium-hidroxidnagy mennyiségű magas hőmérsékletű vízgőzt bocsát ki, ami a második kulcsfontosságú égésgátló funkciója.
A vízgőz nagy sűrűségű gáznemű gátat képez az anyag felületén, háromszoros égésgátló hatást érve el:
1. Éghető gázok hígítása: Az anyagok hőbomlása során keletkező éghető gázok, mint a szén-monoxid, alkánok és alkének, nagymértékben felhígulnak a vízgőz hatására, így koncentrációjuk az égési határ alá csökken.
2. Oxigén izolálása: A vízgőz elfoglalja az égési határfelületet, csökkenti a külső oxigén diffúzióját az anyagba, és gyengén oxidáló környezetet hoz létre.
3. Csökkentse a gázfázis hőmérsékletét: A vízgőz elgázosítása tovább nyeli el a hőt, csökkenti a láng hőmérsékletét, és gyengíti a láng tartós hősugárzását az aljzaton.
A halogénezett égésgátlókkal ellentétben az alumínium-hidroxid által kibocsátott vízgőz nem mérgező, nem korrozív és nem rákkeltő, teljes mértékben megfelel az olyan globális környezetvédelmi szabványoknak, mint az EU REACH, RoHS és US UL, így a zöld égésgátló rendszerek központi képviselője.
Az alumínium-hidroxid dehidratálása után egy fehér, sűrű, magas olvadáspontú és nem gyúlékony aktivált alumínium-oxid (Al2O3) réteg in situ keletkezik az anyag felületén.
Az alumínium-oxid olvadáspontja akár 2050 ℃, erős termikus stabilitással és szerkezeti szilárdsággal rendelkezik, így hármas fizikai gátként szolgál:
1. A hőátadás elkülönítése: blokkolja a külső lángokat, hogy hőt sugározzanak a belső hordozóra, és megakadályozzák az anyag további termikus bomlását.
2. Blokkolja a cseppcsepegést: Rögzítse a polimer olvadékot, hogy megakadályozza a másodlagos égést vagy a cseppcseppek által okozott tűz terjedését.
3. Éghető gázok zárása: a belső éghető gázok kilépésének visszaszorítása és az égő anyagok betáplálása.
Ez az alumínium-oxid héjréteg nem fog égni, füstölni vagy eltörni, és fontos fizikai alap az alumínium-hidroxid tartós égésgátlásának eléréséhez.
Valójában a tűzesetekben a sűrű füst és a mérgező gázok az elsődleges károk okozói. Az alumínium-hidroxid fő előnye a többi égésgátlóhoz képest a szinkron égésgátlás és az erős füstelnyomás.
Füstcsökkentési mechanizmusa három vonatkozásban tükröződik:
1. A füst- és porképződés alacsony hőmérsékletű visszaszorítása: a hő elnyelése és a hűtés előzetesen csökkenti az anyagok magas hőmérsékletű repedéséből származó fekete füst, kátrány és mérgező részecskék mennyiségét.
2. Füstrészecskék fizikai adszorpciója alumínium-oxid réteggel: A porózus felületi szerkezet képes megragadni a füstrészecskéket és csökkenteni a füstkoncentrációt.
3. Nincs másodlagos szennyezés: nem termel rendkívül mérgező füstöt, például hidrogén-halogenideket és dioxinokat, és megfelel a szigorú füstsűrűségi követelményeknek olyan területeken, mint az építőipar, a szállítás, a beltéri anyagok és a vasúti tranzit.
Az olyan alkalmazásokban, mint az epoxigyanta, SMC/BMC kompozit anyagok, vezetékek és kábelek, alumínium-hidroxid hozzáadása több mint 60%-kal csökkentheti az anyag füstsűrűségét (DS), ami jelentősen javítja a tűzbiztonságot.
Alumínium-hidroxidnem működik önmagában, és szinergikus karbonizációs hatást tud kialakítani a gyanta mátrixszal a nagy telítettségű rendszerekben
1. Az alumínium-oxid réteg elősegíti a stabil szénréteg gyors kialakulását a hordozó felületén;
2. A hőelnyelés és a dehidratáció felgyorsítja a szénréteg sűrűsödését, fokozva annak antioxidáns kapacitását;
3. Csökkentse az égési időt, tegye az anyagot önkioltóvá, és azonnal hagyja abba az égést, miután elhagyta a lángot.
Ez a szinergikus hatás lehetővé teszi, hogy az alumínium-hidroxid égésgátlási hatékonysága messze meghaladja a hagyományos szervetlen töltőanyagokét nagymértékben töltött epoxigyantákban, telítetlen poliészterekben és elasztomerekben.
Figyelembe véve a fenti hatásokat, az alumínium-hidroxid nem egyetlen mechanizmussal éri el az égésgátlást, hanem négy funkció egyidejű teljesítésével: hőelnyelés és hűtés, gázfázisú hígítás, szilárd fázisú szigetelés, füstelnyomás és szilárd szénrögzítés, teljes háromdimenziós égésgátló hálózatot alkotva:
1. Hőelnyelés: kényszerhűtés az anyagok folyamatos pirolízisének megakadályozására;
2. Vízkibocsátás: Híg oxigén és éghető gázok;
3. Héj kialakítása: timföld szigetelőréteg kialakítása;
4. Füstcsökkentés: Csökkentse a mérgező füstöt és fokozza a biztonságot.
Ez egyben az alapvető oka annak, hogy az alumínium-hidroxid a globális halogénmentes égésgátló mező fő anyagává válhat.
