Alumiinihydroksidi(ATH, Al(OH)₃), joka on maailman laajimmin käytetty ja ympäristöystävällisin halogeeniton epäorgaaninen palonestoaine, ja sillä on viisi keskeistä etua: palonesto, savunsammutus, täyttö, myrkyttömyys ja alhaiset kustannukset. Sitä käytetään laajalti sellaisilla aloilla kuin epoksihartsi, tyydyttymätön hartsi, PVC-elastomeeri, EVA-kaapelimateriaali, kumikomposiittimateriaali, elektroninen tiivistemateriaali ja rakennusten sisustusmateriaalit. Yhä tiukentuvien maailmanlaajuisten ympäristömääräysten ja halogeenittoman palonestoaineen yleistrendin taustalla alumiinihydroksidista on tullut ensisijainen ratkaisu korkealuokkaisista palonestojärjestelmistä sen haihtumattomien, syövyttämättömien ja myrkyttömän kaasun ominaisuuksien vuoksi.
Alumiinihydroksidin keskeisin ja perustavanlaatuisin palonestovaikutus on lämpöhajoamisen endoterminen vaikutus.
Kun täytetty polymeerimateriaali kuumennetaan alueelle 200 °C - 320 °C, alumiinihydroksidi käy läpi täydellisen dehydraatioreaktion, vapauttaen kidevettä ja muuttuen aktivoiduksi alumiinioksidiksi. Reaktioyhtälö on seuraava:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H₂O↑
Tällä prosessilla on kaksi tärkeää palonesto-ominaisuutta:
1. Vahva lämmön absorptiokyky: Jokainen gramma alumiinihydroksidin hajoamista voi absorboida 1050-1200 J lämpöä, joka voi nopeasti absorboida palamislämpöä materiaalin pinnalla ja sisällä, pakottaa alustan lämpötilan alemmaksi kuin termisen hajoamisen kriittinen lämpötila, mikä lopettaa tai viivästyttää palamista.
2. Tarkka lämpötilakynnys: Hajoamislämpötila vastaa hyvin useimpien termoplastisten materiaalien ja lämpökovettuvien hartsien lämpöhajoamislämpötilaa, ja palonestomekanismi voidaan aktivoida välittömästi, kun materiaali tulee vaaralliselle lämpötila-alueelle, jolloin saavutetaan varhainen suoja.
Yksinkertainen ymmärrys: Alumiinihydroksidi on kuin "jäähdytysjärjestelmä" materiaalin sisällä, joka imee suuren määrän lämpöä syttymishetkellä, mikä tekee mahdottomaksi materiaalin ylläpitää palamislämpötilaa ja estää palamisen jatkumisen juuresta.
Kuivumis- ja hajoamisprosessin aikana,alumiinihydroksidivapauttaa suuren määrän korkean lämpötilan vesihöyryä, mikä on sen toinen keskeinen palonestotoiminto.
Vesihöyry muodostaa korkeatiheyksisen kaasusulun materiaalin pinnalle, jolloin saavutetaan kolminkertainen palonestovaikutus:
1. Palavien kaasujen laimentaminen: Palavat kaasut, kuten hiilimonoksidi, alkaanit ja alkeenit, jotka muodostuvat materiaalien lämpöhajoamisesta, laimentuvat suuresti vesihöyryllä, mikä laskee niiden pitoisuuden palamisrajan alapuolelle.
2. Hapen eristäminen: Vesihöyry täyttää palamisrajapinnan, mikä vähentää ulkoisen hapen diffuusiota materiaaliin ja luo heikosti hapettavan ympäristön.
3. Alenna kaasufaasin lämpötilaa: Vesihöyryn kaasutus imee edelleen lämpöä, alentaa liekin lämpötilaa ja heikentää liekin jatkuvaa lämpösäteilyä substraatilla.
Toisin kuin halogenoidut palonestoaineet, alumiinihydroksidin vapauttama vesihöyry on myrkytöntä, syövyttävää ja syöpää aiheuttamatonta ja täyttää täysin maailmanlaajuiset ympäristöstandardit, kuten EU REACH, RoHS ja US UL, joten se on vihreiden palonestojärjestelmien ydin.
Alumiinihydroksidin dehydraation jälkeen materiaalin pinnalle muodostuu in situ kerros valkoista, tiheää, korkean sulamispisteen ja palamatonta aktivoitua alumiinioksidia (Al2O3).
Alumiinioksidin sulamispiste on jopa 2050 ℃ ja sillä on vahva lämpöstabiilisuus ja rakenteellinen lujuus, mikä toimii kolminkertaisena fyysisenä esteenä:
1. Eristä lämmönsiirto: estä ulkoiset liekit säteilemästä lämpöä sisäiseen alustaan ja estä materiaalin lämpöhajoaminen.
2. Estä pisaroiden tippuminen: Kiinnitä polymeerisula estääksesi pisaran tippumisen aiheuttaman toissijaisen palamisen tai palon leviämisen.
3. Lukitse palavat kaasut: estä sisäisten palavien kaasujen poistuminen ja katkaise palavien aineiden syöttö.
Tämä alumiinioksidikuorikerros ei pala, savua tai rikkoudu, ja se on tärkeä fyysinen perusta alumiinihydroksidin pitkäkestoisen palonestokyvyn saavuttamiseksi.
Varsinaisissa palo-onnettomuuksissa paksu savu ja myrkylliset kaasut ovat ensisijaisia vahinkoja aiheuttavia tekijöitä. Alumiinihydroksidin ydinetu muihin palonestoaineisiin verrattuna on synkroninen palonesto ja voimakas savunsammutus.
Sen savunpoistomekanismi heijastuu kolmeen näkökohtaan:
1. Savun ja pölyn muodostumisen estäminen alhaisessa lämpötilassa: absorboi lämpöä ja jäähdyttää etukäteen vähentääkseen materiaalien korkean lämpötilan halkeilusta syntyvää mustaa savua, tervaa ja myrkyllisiä hiukkasia.
2. Alumiinioksidikerroksen savuhiukkasten fyysinen adsorptio: Huokoinen pintarakenne voi vangita savuhiukkasia ja vähentää savupitoisuutta.
3. Ei toissijaista saastumista: ei tuota erittäin myrkyllistä savua, kuten vetyhalogenideja ja dioksiineja, ja täyttää tiukat savutiheysvaatimukset sellaisilla aloilla kuin rakentaminen, kuljetus, sisämateriaalit ja rautatiekuljetus.
Sovelluksissa, kuten epoksihartsi, SMC/BMC-komposiittimateriaalit, johdot ja kaapelit, alumiinihydroksidin lisääminen voi vähentää materiaalin savutiheyttä (DS) yli 60 %, mikä parantaa merkittävästi paloturvallisuutta.
Alumiinihydroksidiei toimi yksin ja voi muodostaa synergistisen hiiltymisvaikutuksen hartsimatriisin kanssa korkeatäyttöjärjestelmissä
1. Alumiinioksidikerros edistää vakaan hiilikerroksen nopeaa muodostumista substraatin pinnalle;
2. Lämmön absorptio ja dehydraatio nopeuttavat hiilikerroksen tiivistymistä, mikä lisää sen antioksidanttikapasiteettia;
3. Lyhennä palamisaikaa, tee materiaalista itsestään sammuva ja lopeta palaminen heti, kun olet poistunut liekistä.
Tämä synergistinen vaikutus mahdollistaa alumiinihydroksidin palonestotehokkuuden, joka ylittää huomattavasti tavallisten epäorgaanisten täyteaineiden tehokkuuden erittäin täytetyissä epoksihartseissa, tyydyttymättömissä polyestereissa ja elastomeereissä.
Edellä mainitut vaikutukset huomioon ottaen alumiinihydroksidi ei saavuta palonestokykyä yhdellä mekanismilla, vaan neljän toiminnon samanaikaisella esiintymisellä: lämmön absorptio ja jäähdytys, kaasufaasilaimennus, kiinteän faasin eristys, savunvaimennus ja kiinteän hiilen kiinnitys muodostaen täydellisen kolmiulotteisen palonestoverkoston:
1. Lämmön absorptio: pakotettu jäähdytys materiaalien jatkuvan pyrolyysin estämiseksi;
2. Veden vapautuminen: Laimennettu happi ja palavat kaasut;
3. Kuoren muodostus: alumiinioksidieristekerroksen muodostaminen;
4. Savun estäminen: Vähennä myrkyllistä savua ja lisää turvallisuutta.
Tämä on myös perustavanlaatuinen syy, miksi alumiinihydroksidista voi tulla yleisin materiaali maailmanlaajuisella halogeenivapaalla palonestoainekentällä.
