Aluminiumhydroxide(ATH, Al(OH)₃), als de meest gebruikte en milieuvriendelijke halogeenvrije anorganische vlamvertrager ter wereld, heeft vijf kernvoordelen: vlamvertraging, rookonderdrukking, vulling, niet-toxiciteit en lage kosten. Het wordt veel gebruikt op gebieden zoals epoxyhars, onverzadigde hars, PVC-elastomeer, EVA-kabelmateriaal, rubbercomposietmateriaal, elektronisch afdichtingsmateriaal en bouwdecoratiemateriaal. Tegen de achtergrond van steeds strengere mondiale milieuregels en de heersende trend van halogeenvrije vlamvertragers, is aluminiumhydroxide de voorkeursoplossing geworden voor hoogwaardige vlamvertragende systemen vanwege de niet-vluchtige, niet-corrosieve en niet-giftige gaseigenschappen.
Het meest fundamentele en fundamentele vlamvertragende effect van aluminiumhydroxide is het endotherme effect van thermische ontleding.
Wanneer het gevulde polymeermateriaal wordt verwarmd tot een bereik van 200°C - 320°C, ondergaat aluminiumhydroxide een volledige dehydratatiereactie, waarbij kristalwater vrijkomt en wordt omgezet in geactiveerd aluminiumoxide. De reactievergelijking is als volgt:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Dit proces heeft twee belangrijke vlamvertragende eigenschappen:
1. Sterk warmteabsorptievermogen: elke gram ontleding van aluminiumhydroxide kan 1050-1200 J aan warmte absorberen, waardoor de verbrandingswarmte op het oppervlak en de binnenkant van het materiaal snel kan worden geabsorbeerd, waardoor de substraattemperatuur lager wordt dan de kritische temperatuur van thermische ontleding, waardoor de verbranding wordt beëindigd of vertraagd.
2. Nauwkeurige temperatuurdrempel: de ontledingstemperatuur komt in hoge mate overeen met de thermische degradatietemperatuur van de meeste thermoplastische materialen en thermohardende harsen, en het vlamvertragende mechanisme kan onmiddellijk worden geactiveerd wanneer het materiaal het gevaarlijke temperatuurbereik binnengaat, waardoor vroegtijdige bescherming wordt bereikt.
Eenvoudig te begrijpen: aluminiumhydroxide is als een "koelsysteem" in het materiaal, dat een grote hoeveelheid warmte absorbeert op het moment van ontsteking, waardoor het voor het materiaal onmogelijk wordt om de verbrandingstemperatuur te handhaven en de voortzetting van de verbranding vanaf de wortel te onderdrukken.
Tijdens het dehydratatie- en afbraakprocesaluminiumhydroxidegeeft een grote hoeveelheid waterdamp op hoge temperatuur vrij, wat de tweede belangrijkste vlamvertragende functie is.
Waterdamp vormt een gasbarrière met hoge dichtheid op het oppervlak van het materiaal, waardoor een drievoudig vlamvertragend effect wordt bereikt:
1. Verdunning van brandbare gassen: Brandbare gassen zoals koolmonoxide, alkanen en alkenen die worden geproduceerd door de thermische ontleding van materialen, worden sterk verdund door waterdamp, waardoor hun concentratie wordt verlaagd tot onder de verbrandingsgrens.
2. Isolatie van zuurstof: Waterdamp neemt de verbrandingsinterfaceruimte in beslag, waardoor de diffusie van externe zuurstof in het materiaal wordt verminderd en een zwak oxiderende omgeving ontstaat.
3. Verlaag de gasfasetemperatuur: Waterdampvergassing absorbeert verder warmte, verlaagt de vlamtemperatuur en verzwakt de aanhoudende thermische straling van de vlam op het substraat.
In tegenstelling tot gehalogeneerde vlamvertragers is de waterdamp die vrijkomt door aluminiumhydroxide niet giftig, niet corrosief en niet kankerverwekkend, en voldoet volledig aan de mondiale milieunormen zoals EU REACH, RoHS en US UL, waardoor het een kernvertegenwoordiger is van groene vlamvertragende systemen.
Na dehydratatie van aluminiumhydroxide zal ter plaatse op het oppervlak van het materiaal een laag wit, dicht, hoog smeltpunt en niet-ontvlambaar geactiveerd aluminiumoxide (Al₂O₃) worden gegenereerd.
Aluminiumoxide heeft een smeltpunt tot 2050 ℃ en beschikt over een sterke thermische stabiliteit en structurele sterkte, en dient als een drievoudige fysieke barrière:
1. Isoleer de warmteoverdracht: voorkom dat externe vlammen warmte uitstralen naar het interne substraat en voorkom verdere thermische ontbinding van het materiaal.
2. Blokkeer het druppelen van druppels: Fixeer de polymeersmelt om secundaire verbranding of branduitbreiding veroorzaakt door het druppelen te voorkomen.
3. Houd brandbare gassen binnen: onderdruk het ontsnappen van interne brandbare gassen en sluit de toevoer van brandende stoffen af.
Deze laag aluminiumoxide omhulsel zal niet verbranden, roken of breken en is een belangrijke fysieke basis voor het bereiken van langdurige vlamvertraging van aluminiumhydroxide.
Bij daadwerkelijke brandongevallen zijn dikke rook en giftige gassen de belangrijkste factoren die schade veroorzaken. Het belangrijkste voordeel van aluminiumhydroxide ten opzichte van andere vlamvertragers is de synchrone vlamvertraging en sterke rookonderdrukking.
Het rookonderdrukkingsmechanisme komt tot uiting in drie aspecten:
1. Lage temperatuuronderdrukking van rook- en stofontwikkeling: vooraf absorberen van warmte en koeling om de zwarte rook, teer en giftige deeltjes te verminderen die worden gegenereerd door het kraken van materialen bij hoge temperaturen.
2. Fysische adsorptie van rookdeeltjes door een aluminiumoxidelaag: de poreuze oppervlaktestructuur kan rookdeeltjes opvangen en de rookconcentratie verminderen.
3. Geen secundaire vervuiling: produceert geen zeer giftige rook zoals waterstofhalogeniden en dioxines, en voldoet aan de strenge rookdichtheidseisen op gebieden zoals de bouw, transport, binnenmaterialen en spoorwegvervoer.
In toepassingen zoals epoxyhars, SMC/BMC-composietmaterialen, draden en kabels kan het toevoegen van aluminiumhydroxide de rookdichtheid (DS) van het materiaal met meer dan 60% verminderen, waardoor de brandveiligheid aanzienlijk wordt verbeterd.
Aluminiumhydroxidewerkt niet alleen en kan een synergetisch carbonisatie-effect vormen met de harsmatrix in systemen met een hoge vulling
1. De aluminiumoxidelaag bevordert de snelle vorming van een stabiele koolstoflaag op het oppervlak van het substraat;
2. Warmteabsorptie en uitdroging versnellen de verdichting van de koolstoflaag, waardoor de antioxiderende capaciteit wordt vergroot;
3. Verkort de verbrandingstijd, zorg ervoor dat het materiaal zelfdovend is en stop onmiddellijk met branden nadat het de vlam heeft verlaten.
Dit synergetische effect maakt het mogelijk dat aluminiumhydroxide een vlamvertragende efficiëntie vertoont die veel groter is dan die van gewone anorganische vulstoffen in sterk gevulde epoxyharsen, onverzadigde polyesters en elastomeren.
Rekening houdend met de bovenstaande effecten, bereikt aluminiumhydroxide geen vlamvertraging via een enkel mechanisme, maar eerder door het gelijktijdig optreden van vier functies: warmteabsorptie en koeling, gasfaseverdunning, vaste-fase-isolatie, rookonderdrukking en vaste koolstoffixatie, waardoor een compleet driedimensionaal vlamvertragend netwerk wordt gevormd:
1. Warmteabsorptie: geforceerde koeling om continue pyrolyse van materialen te voorkomen;
2. Waterafgifte: Verdun zuurstof en brandbare gassen;
3. Vorming van de schaal: het vormen van een aluminiumoxide-isolatielaag;
4. Rookonderdrukking: Verminder giftige rook en verbeter de veiligheid.
Dit is ook de fundamentele reden waarom aluminiumhydroxide het mainstream materiaal kan worden op het wereldwijde gebied van halogeenvrije vlamvertragers.
