гідроксид алюмінію(ATH, Al(OH)₃), як найпоширеніший і екологічно чистий безгалогенний неорганічний антипірен у світі, має п’ять основних переваг: стійкість до полум’я, придушення диму, наповнення, нетоксичність і низька вартість. Він широко використовується в таких сферах, як епоксидна смола, ненасичена смола, ПВХ-еластомер, кабельний матеріал EVA, гумовий композитний матеріал, електронний ущільнювальний матеріал та будівельний оздоблювальний матеріал. На тлі дедалі суворіших глобальних екологічних норм і загальної тенденції використання антипіренів без галогенів, гідроксид алюмінію став кращим рішенням для високоякісних систем антипірену завдяки своїм нелетким, некорозійним і нетоксичним газовим характеристикам.
Основним і основним вогнезахисним ефектом гідроксиду алюмінію є ендотермічний ефект термічного розкладання.
Коли наповнений полімерний матеріал нагрівається до діапазону 200°C - 320°C, гідроксид алюмінію проходить повну реакцію дегідратації, вивільняючи кристалічну воду та перетворюючись на активований оксид алюмінію. Рівняння реакції має такий вигляд:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Цей процес має дві основні вогнезахисні характеристики:
1. Сильна теплопоглинаюча здатність: кожен грам розкладання гідроксиду алюмінію може поглинати 1050-1200 Дж тепла, яке може швидко поглинати тепло згоряння на поверхні та всередині матеріалу, змусити температуру субстрату бути нижчою за критичну температуру термічного розкладання, тим самим припиняючи або затримуючи горіння.
2. Точний температурний поріг: температура розкладання дуже узгоджується з температурою термічної деградації більшості термопластичних матеріалів і термореактивних смол, а вогнезахисний механізм може бути активований негайно, коли матеріал потрапляє в небезпечний температурний діапазон, досягаючи раннього захисту.
Просте розуміння: гідроксид алюмінію є як би «системою охолодження» всередині матеріалу, яка поглинає велику кількість тепла в момент займання, унеможливлюючи матеріал підтримувати температуру горіння та пригнічуючи продовження горіння від кореня.
Під час процесу дегідратації та розкладання,гідроксид алюмініювиділяє велику кількість високотемпературної водяної пари, що є його другою ключовою функцією вогнезахисної дії.
Водяна пара утворює газоподібний бар’єр високої щільності на поверхні матеріалу, досягаючи потрійного вогнезахисного ефекту:
1. Розведення горючих газів: горючі гази, такі як монооксид вуглецю, алкани та алкени, що утворюються в результаті термічного розкладання матеріалів, сильно розбавляються водяною парою, знижуючи їх концентрацію до рівня, нижчого за межу горіння.
2. Виділення кисню: водяна пара займає простір на поверхні горіння, зменшуючи дифузію зовнішнього кисню в матеріал і створюючи слабкоокислювальне середовище.
3. Зменшити температуру газової фази: газифікація водяною парою додатково поглинає тепло, знижує температуру полум’я та послаблює стійке теплове випромінювання полум’я на підкладку.
На відміну від галогеновмісних антипіренів, водяна пара, що виділяється гідроксидом алюмінію, не є токсичною, не викликає корозії та не є канцерогенною, повністю відповідає глобальним екологічним стандартам, таким як ЄС REACH, RoHS та US UL, що робить її основним представником екологічних систем антипірену.
Після дегідратації гідроксиду алюмінію на поверхні матеріалу на місці утворюється шар білого щільного негорючого активованого оксиду алюмінію з високою температурою плавлення (Al₂O₃).
Оксид алюмінію має температуру плавлення до 2050 ℃ і володіє сильною термічною стабільністю та структурною міцністю, слугуючи потрійним фізичним бар'єром:
1. Ізолюйте передачу тепла: блокуйте зовнішнє полум’я від випромінювання тепла до внутрішньої підкладки та запобігайте подальшому термічному розкладанню матеріалу.
2. Блокуйте капання крапель: Зафіксуйте розплав полімеру, щоб запобігти вторинному горінню або поширенню вогню, спричиненому капанням крапель.
3. Заблокувати горючі гази: придушити вихід внутрішніх горючих газів і перекрити подачу горючих речовин.
Цей шар оболонки з оксиду алюмінію не горить, не димить і не ламається, і є важливою фізичною основою для досягнення довготривалої вогнестійкості гідроксиду алюмінію.
Під час реальних пожеж густий дим і токсичні гази є основними факторами, що завдають шкоди. Основною перевагою гідроксиду алюмінію в порівнянні з іншими антипіренами є синхронна стійкість до полум’я та сильне придушення диму.
Його механізм придушення диму відображається в трьох аспектах:
1. Низькотемпературне придушення утворення диму та пилу: поглинання тепла та охолодження заздалегідь для зменшення чорного диму, смоли та токсичних частинок, що утворюються в результаті високотемпературного розтріскування матеріалів.
2. Фізична адсорбція частинок диму шаром оксиду алюмінію: пориста структура поверхні може захоплювати частинки диму та зменшувати концентрацію диму.
3. Відсутність вторинного забруднення: не утворює високотоксичний дим, такий як галогеніди водню та діоксини, і відповідає суворим вимогам до щільності диму в таких сферах, як будівництво, транспорт, матеріали для приміщень і залізничний транспорт.
У таких сферах застосування, як епоксидна смола, композитні матеріали SMC/BMC, дроти та кабелі, додавання гідроксиду алюмінію може зменшити щільність диму (DS) матеріалу більш ніж на 60%, значно покращуючи пожежну безпеку.
гідроксид алюмініюне діє самостійно і може створити синергічний ефект карбонізації з матрицею смоли в системах з високим наповненням
1. Шар оксиду алюмінію сприяє швидкому утворенню стійкого вуглецевого шару на поверхні підкладки;
2. Поглинання тепла та дегідратація прискорюють ущільнення вуглецевого шару, підвищуючи його антиоксидантну здатність;
3. Скоротіть час горіння, зробіть матеріал самозагасаючим і негайно припиніть горіння після виходу з полум'я.
Цей синергетичний ефект дозволяє гідроксиду алюмінію демонструвати вогнезахисну ефективність, що значно перевищує ефективність звичайних неорганічних наповнювачів у високонаповнених епоксидних смолах, ненасичених поліефірах та еластомерах.
Беручи до уваги наведені вище ефекти, гідроксид алюмінію не досягає вогнестійкості за допомогою одного механізму, а завдяки одночасному виконанню чотирьох функцій: поглинання тепла та охолодження, розведення газової фази, ізоляція твердої фази, придушення диму та твердої фіксації вуглецю, утворюючи повну тривимірну вогнезахисну мережу:
1. Поглинання тепла: примусове охолодження для запобігання безперервному піролізу матеріалів;
2. Виділення води: розбавлений кисень і горючі гази;
3. Формування оболонки: формування ізоляційного шару оксиду алюмінію;
4. Придушення диму: Зменшення токсичного диму та підвищення безпеки.
Це також фундаментальна причина, чому гідроксид алюмінію може стати основним матеріалом у світовій галузі вогнезахисних безгалогенних матеріалів.
