Hydroxid hlinitý(ATH, Al(OH)₃), jako nejrozšířenější a k životnímu prostředí nejšetrnější bezhalogenový anorganický retardér hoření na světě, má pět hlavních výhod zpomalování hoření, potlačení kouře, plnění, netoxicitu a nízkou cenu. Je široce používán v oblastech, jako je epoxidová pryskyřice, nenasycená pryskyřice, PVC elastomer, kabelový materiál EVA, pryžový kompozitní materiál, elektronický těsnicí materiál a materiál pro dekoraci budov. Na pozadí stále přísnějších globálních ekologických předpisů a hlavního proudu trendu bezhalogenových zpomalovačů hoření se hydroxid hlinitý stal preferovaným řešením pro systémy zpomalující hoření špičkových materiálů díky svým netěkavým, nekorozivním a netoxickým vlastnostem plynů.
Nejzákladnějším a nejzákladnějším zpomalujícím účinkem hydroxidu hlinitého je endotermický účinek tepelného rozkladu.
Když se plněný polymerní materiál zahřeje na teplotu 200 °C - 320 °C, hydroxid hlinitý podstoupí úplnou dehydratační reakci, uvolní krystalickou vodu a přemění se na aktivovaný oxid hlinitý. Reakční rovnice je následující:
2Al(OH)3 → Al₂O3 + 3H2O↑
Tento proces má dvě klíčové vlastnosti zpomalující hoření:
1. Silná kapacita absorpce tepla: Každý gram rozkladu hydroxidu hlinitého může absorbovat 1050-1200 J tepla, které může rychle absorbovat spalné teplo na povrchu a uvnitř materiálu, přimět teplotu substrátu, aby byla nižší než kritická teplota tepelného rozkladu, čímž se ukončí nebo zpomalí spalování.
2. Přesný teplotní práh: Teplota rozkladu je vysoce shodná s teplotou tepelné degradace většiny termoplastických materiálů a termosetových pryskyřic a mechanismus zpomalující hoření může být aktivován okamžitě, když materiál vstoupí do nebezpečného teplotního rozsahu, čímž se dosáhne včasné ochrany.
Jednoduché pochopení: Hydroxid hlinitý je jako „chladící systém“ uvnitř materiálu, který v okamžiku zapálení pohlcuje velké množství tepla, znemožňuje materiálu udržet spalovací teplotu a potlačuje pokračování spalování od kořene.
Během procesu dehydratace a rozkladuhydroxid hlinitýuvolňuje velké množství vodní páry o vysoké teplotě, což je jeho druhá klíčová funkce zpomalující hoření.
Vodní pára vytváří na povrchu materiálu plynovou bariéru s vysokou hustotou, čímž se dosahuje trojího účinku zpomalujícího hoření:
1. Ředění hořlavých plynů: Hořlavé plyny jako oxid uhelnatý, alkany a alkeny vznikající tepelným rozkladem materiálů jsou silně ředěny vodní párou, čímž se snižuje jejich koncentrace pod mez hoření.
2. Izolace kyslíku: Vodní pára zabírá prostor rozhraní spalování, snižuje difúzi vnějšího kyslíku do materiálu a vytváří slabě oxidační prostředí.
3. Snižte teplotu plynné fáze: Zplyňování vodní párou dále absorbuje teplo, snižuje teplotu plamene a zeslabuje trvalé tepelné záření plamene na substrátu.
Na rozdíl od halogenovaných zpomalovačů hoření je vodní pára uvolňovaná hydroxidem hlinitým netoxická, nekorozívní a nekarcinogenní, plně vyhovuje globálním ekologickým normám, jako jsou EU REACH, RoHS a US UL, což z ní dělá základní představitele zelených systémů zpomalujících hoření.
Po dehydrataci hydroxidu hlinitého se in situ na povrchu materiálu vytvoří vrstva bílého, hustého, vysoce bodu tání a nehořlavého aktivovaného oxidu hlinitého (Al2O3).
Oxid hlinitý má bod tání až 2050 ℃ a má silnou tepelnou stabilitu a strukturální pevnost, která slouží jako trojitá fyzická bariéra:
1. Izolujte přenos tepla: blokujte vnější plameny před vyzařováním tepla na vnitřní substrát a zabraňte dalšímu tepelnému rozkladu materiálu.
2. Zablokujte odkapávání kapek: Upevněte taveninu polymeru, aby se zabránilo sekundárnímu hoření nebo šíření požáru způsobeného odkapáváním kapek.
3. Uzamknout hořlavé plyny: potlačit únik vnitřních hořlavých plynů a přerušit přívod hořících látek.
Tato vrstva hliníkového pláště nebude hořet, kouřit ani se nerozbije a je důležitým fyzikálním základem pro dosažení dlouhodobé zpomalování hoření hydroxidu hlinitého.
Při skutečných požárech jsou primárními faktory, které způsobují škody, hustý kouř a toxické plyny. Hlavní výhodou hydroxidu hlinitého ve srovnání s jinými retardéry hoření je synchronní zpomalení hoření a silné potlačení kouře.
Jeho mechanismus potlačení kouře se odráží ve třech aspektech:
1. Nízkoteplotní potlačení tvorby kouře a prachu: předem absorbuje teplo a ochlazuje, aby se snížil černý kouř, dehet a toxické částice vznikající při vysokoteplotním praskání materiálů.
2. Fyzikální adsorpce částic kouře vrstvou oxidu hlinitého: Porézní povrchová struktura může zachytit částice kouře a snížit koncentraci kouře.
3. Žádné sekundární znečištění: neprodukuje vysoce toxický kouř, jako jsou halogenovodíky a dioxiny, a splňuje přísné požadavky na hustotu kouře v oblastech, jako je stavebnictví, doprava, vnitřní materiály a železniční doprava.
V aplikacích, jako jsou epoxidové pryskyřice, kompozitní materiály SMC/BMC, dráty a kabely, může přidání hydroxidu hlinitého snížit hustotu kouře (DS) materiálu o více než 60 %, což výrazně zlepšuje požární bezpečnost.
Hydroxid hlinitýnepůsobí samostatně a může vytvářet synergický efekt karbonizace s pryskyřičnou matricí v systémech s vysokou výplní
1. Vrstva oxidu hlinitého podporuje rychlou tvorbu stabilní uhlíkové vrstvy na povrchu substrátu;
2. Absorpce tepla a dehydratace urychlují zhuštění uhlíkové vrstvy a zvyšují její antioxidační kapacitu;
3. Zkraťte dobu hoření, udělejte materiál samozhášivý a po opuštění plamene okamžitě přestaňte hořet.
Tento synergický efekt umožňuje hydroxidu hlinitému vykazovat účinnost zpomalování hoření daleko převyšující účinnost běžných anorganických plniv ve vysoce plněných epoxidových pryskyřicích, nenasycených polyesterech a elastomerech.
Vezmeme-li v úvahu výše uvedené účinky, hydroxid hlinitý nedosahuje zpomalení hoření jediným mechanismem, ale spíše současným výskytem čtyř funkcí: absorpce tepla a chlazení, ředění plynné fáze, izolace v pevné fázi, potlačení kouře a fixace pevného uhlíku, což tvoří kompletní trojrozměrnou síť zpomalovačů hoření:
1. Absorpce tepla: nucené chlazení, aby se zabránilo nepřetržité pyrolýze materiálů;
2. Uvolňování vody: Zředěný kyslík a hořlavé plyny;
3. Tvorba skořepiny: vytvoření izolační vrstvy z oxidu hlinitého;
4. Potlačení kouře: Snižte toxický kouř a zvyšte bezpečnost.
To je také základní důvod, proč se hydroxid hlinitý může stát hlavním proudem materiálu v globální oblasti bezhalogenových zpomalovačů hoření.
