Aluminiumhydroxid(ATH, Al(OH)₃), som den mest udbredte og miljøvenlige halogenfri uorganiske flammehæmmer i verden, har fem kernefordele ved flammehæmning, røgundertrykkelse, fyldning, ikke-toksicitet og lave omkostninger. Det er meget udbredt inden for områder som epoxyharpiks, umættet harpiks, PVC-elastomer, EVA-kabelmateriale, gummikompositmateriale, elektronisk tætningsmateriale og byggedekorationsmateriale. På baggrund af stadig strengere globale miljøbestemmelser og mainstream-tendensen med halogenfri flammehæmmer, er aluminiumhydroxid blevet den foretrukne løsning til flammehæmmende systemer af høj kvalitet på grund af dets ikke-flygtige, ikke-ætsende og ikke-toksiske gasegenskaber.
Den mest kerne og grundlæggende flammehæmmende effekt af aluminiumhydroxid er den endoterme effekt af termisk nedbrydning.
Når det fyldte polymermateriale opvarmes til området 200°C - 320°C, gennemgår aluminiumhydroxid en fuldstændig dehydreringsreaktion, frigiver krystalvand og omdannes til aktiveret aluminiumoxid. Reaktionsligningen er som følger:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
Denne proces har to centrale flammehæmmende egenskaber:
1. Stærk varmeabsorptionskapacitet: Hvert gram aluminiumhydroxidnedbrydning kan absorbere 1050-1200 J varme, som hurtigt kan absorbere forbrændingsvarmen på overfladen og indersiden af materialet, tvinge substrattemperaturen til at være lavere end den kritiske temperatur for termisk nedbrydning, og derved afslutte eller forsinke forbrændingen.
2. Nøjagtig temperaturtærskel: Nedbrydningstemperaturen er meget afstemt med den termiske nedbrydningstemperatur for de fleste termoplastiske materialer og termohærdende harpikser, og den flammehæmmende mekanisme kan aktiveres straks, når materialet kommer ind i det farlige temperaturområde, hvilket opnår tidlig beskyttelse.
Enkel forståelse: Aluminiumhydroxid er som et "kølesystem" inde i materialet, der absorberer en stor mængde varme i antændelsesøjeblikket, hvilket gør det umuligt for materialet at opretholde forbrændingstemperaturen og undertrykker forbrændingens fortsættelse fra roden.
Under dehydrering og nedbrydningsprocessen,aluminiumhydroxidfrigiver en stor mængde højtemperatur vanddamp, hvilket er dens anden centrale flammehæmmende funktion.
Vanddamp danner en gasbarriere med høj densitet på overfladen af materialet og opnår en tredobbelt flammehæmmende effekt:
1. Fortynding af brændbare gasser: Brændbare gasser såsom kulilte, alkaner og alkener produceret ved termisk nedbrydning af materialer fortyndes kraftigt af vanddamp, hvilket reducerer deres koncentration til under forbrændingsgrænsen.
2. Isolering af ilt: Vanddamp optager forbrændingsgrænsefladerummet, hvilket reducerer diffusionen af ekstern ilt ind i materialet og skaber et svagt oxiderende miljø.
3. Reducer gasfasetemperaturen: Vanddampforgasning absorberer yderligere varme, reducerer flammetemperaturen og svækker den vedvarende termiske stråling fra flammen på underlaget.
I modsætning til halogenerede flammehæmmere er vanddampen, der frigives af aluminiumhydroxid, ikke-toksisk, ikke-ætsende og ikke-kræftfremkaldende, og den overholder fuldt ud globale miljøstandarder såsom EU REACH, RoHS og US UL, hvilket gør den til en kernerepræsentant for grønne flammehæmmende systemer.
Efter dehydrering af aluminiumhydroxid vil et lag af hvidt, tæt, højt smeltepunkt og ikke brændbart aktiveret aluminiumoxid (Al2O3) blive genereret in situ på overfladen af materialet.
Aluminiumoxid har et smeltepunkt på op til 2050 ℃ og besidder stærk termisk stabilitet og strukturel styrke, der tjener som en tredobbelt fysisk barriere:
1. Isoler varmeoverførsel: bloker eksterne flammer i at udsende varme til det indre substrat, og forhindre yderligere termisk nedbrydning af materialet.
2. Blokdråbedrypning: Fikser polymersmelten for at forhindre sekundær forbrænding eller brandspredning forårsaget af dråbedryp.
3. Lås brændbare gasser ind: undertryk udslip af interne brændbare gasser og afbryd tilførslen af brændende stoffer.
Dette lag af aluminiumoxidskal vil ikke brænde, ryge eller gå i stykker og er et vigtigt fysisk grundlag for at opnå langvarig flammehæmning af aluminiumhydroxid.
I egentlige brandulykker er tyk røg og giftige gasser de primære faktorer, der forårsager skade. Kernefordelen ved aluminiumhydroxid sammenlignet med andre flammehæmmere er synkron flammehæmning og stærk røgdæmpning.
Dens røgdæmpningsmekanisme afspejles i tre aspekter:
1. Lavtemperaturundertrykkelse af røg- og støvgenerering: absorberer varme og afkøling på forhånd for at reducere den sorte røg, tjære og giftige partikler, der genereres ved højtemperaturkrakning af materialer.
2. Fysisk adsorption af røgpartikler af aluminiumoxidlag: Den porøse overfladestruktur kan fange røgpartikler og reducere røgkoncentrationen.
3. Ingen sekundær forurening: producerer ikke meget giftig røg såsom hydrogenhalogenider og dioxiner, og opfylder de strenge krav til røgtæthed inden for områder som byggeri, transport, indendørs materialer og jernbanetransit.
I applikationer som epoxyharpiks, SMC/BMC-kompositmaterialer, ledninger og kabler kan tilsætning af aluminiumhydroxid reducere materialets røgtæthed (DS) med mere end 60 %, hvilket væsentligt forbedrer brandsikkerheden.
Aluminiumhydroxidvirker ikke alene og kan danne en synergistisk forkulningseffekt med harpiksmatricen i højfyldningssystemer
1. Aluminiumoxidlaget fremmer den hurtige dannelse af et stabilt kulstoflag på overfladen af substratet;
2. Varmeabsorption og dehydrering fremskynder fortætningen af kulstoflaget, hvilket øger dets antioxidantkapacitet;
3. Reducer forbrændingstiden, gør materialet selvslukkende, og stop straks med at brænde efter at have forladt flammen.
Denne synergistiske effekt gør det muligt for aluminiumhydroxid at udvise en flammehæmmende effektivitet, der langt overstiger den for almindelige uorganiske fyldstoffer i højt fyldte epoxyharpikser, umættede polyestere og elastomerer.
Under hensyntagen til ovenstående virkninger opnår aluminiumhydroxid ikke flammehæmning gennem en enkelt mekanisme, men snarere gennem den samtidige forekomst af fire funktioner: varmeabsorption og afkøling, gasfasefortynding, fastfaseisolering, røgundertrykkelse og fast carbonfiksering, der danner et komplet tredimensionelt flammehæmmende netværk:
1. Varmeabsorption: tvungen afkøling for at forhindre kontinuerlig pyrolyse af materialer;
2. Vandafgivelse: Fortynd ilt og brændbare gasser;
3. Skaldannelse: dannelse af et aluminiumoxidisoleringslag;
4. Røgdæmpning: Reducer giftig røg og øge sikkerheden.
Dette er også den grundlæggende årsag til, at aluminiumhydroxid kan blive det almindelige materiale i det globale halogenfrie flammehæmmende område.
