Алуминијум хидроксид(АТХ, Ал(ОХ)₃), као најшире коришћени и еколошки најприхватљивији неоргански успоривач пламена без халогена на свету, има пет основних предности као што су отпорност на пламен, сузбијање дима, пуњење, нетоксичност и ниска цена. Широко се користи у областима као што су епоксидна смола, незасићена смола, ПВЦ еластомер, ЕВА кабловски материјал, гумени композитни материјал, електронски заптивни материјал и грађевински материјал за декорацију. У позадини све строжијих глобалних еколошких прописа и општег тренда успоривача пламена без халогена, алуминијум хидроксид је постао пожељно решење за системе за успоравање пламена врхунског материјала због својих неиспарљивих, некорозивних и нетоксичних гасних карактеристика.
Најважнији и фундаментални ефекат алуминијум хидроксида успорења пламена је ендотермни ефекат термичког разлагања.
Када се пуњени полимерни материјал загреје до опсега од 200°Ц - 320°Ц, алуминијум хидроксид пролази кроз потпуну реакцију дехидратације, ослобађајући кристалну воду и претварајући се у активирану глиницу. Једначина реакције је следећа:
2Ал(ОХ)₃ → Ал₂О₃ + 3Х₂О↑
Овај процес има две кључне карактеристике отпорности на ватру:
1. Снажан капацитет апсорпције топлоте: Сваки грам распадања алуминијум хидроксида може апсорбовати 1050-1200 Ј топлоте, што може брзо да апсорбује топлоту сагоревања на површини и унутрашњости материјала, приморавајући температуру подлоге да буде нижа од критичне температуре термичког разлагања, чиме се прекида или одлаже сагоревање.
2. Тачан температурни праг: Температура распадања је у великој мери усклађена са температуром термичке деградације већине термопластичних материјала и термореактивних смола, а механизам за успоравање пламена може се активирати одмах када материјал уђе у опасан температурни опсег, постижући рану заштиту.
Једноставно разумевање: Алуминијум хидроксид је као "систем за хлађење" унутар материјала, апсорбујући велику количину топлоте у тренутку паљења, онемогућујући материјалу да одржи температуру сагоревања и потискујући наставак сагоревања из корена.
Током процеса дехидрације и разлагања,алуминијум хидроксидослобађа велику количину водене паре високе температуре, што је његова друга кључна функција успоравања пламена.
Водена пара формира гасну баријеру високе густине на површини материјала, постижући троструки ефекат успоравања пламена:
1. Разблаживање запаљивих гасова: Запаљиви гасови као што су угљен моноксид, алкани и алкени који настају термичким разлагањем материјала су у великој мери разређени воденом паром, смањујући њихову концентрацију испод границе сагоревања.
2. Изолација кисеоника: водена пара заузима међупростор сагоревања, смањујући дифузију спољашњег кисеоника у материјал и стварајући слабо оксидирајућу средину.
3. Смањите температуру гасне фазе: гасификација водене паре даље апсорбује топлоту, смањује температуру пламена и слаби трајно топлотно зрачење пламена на подлози.
За разлику од халогених успоривача пламена, водена пара коју ослобађа алуминијум хидроксид је нетоксична, није корозивна и није канцерогена, у потпуности је у складу са глобалним еколошким стандардима као што су ЕУ РЕАЦХ, РоХС и УС УЛ, што га чини кључним представником зелених система за успоравање пламена.
Након дехидрације алуминијум хидроксида, слој беле, густе, високе тачке топљења и незапаљиве активиране глинице (Ал₂О₃) ће се створити ин ситу на површини материјала.
Алуминијум оксид има тачку топљења до 2050 ℃ и поседује јаку термичку стабилност и структурну чврстоћу, служећи као трострука физичка баријера:
1. Изолујте пренос топлоте: блокирајте спољашњи пламен да емитује топлоту на унутрашњу подлогу и спречите даље термичко разлагање материјала.
2. Блокирајте капљање капљица: Поправите растопљени полимер да бисте спречили секундарно сагоревање или ширење ватре изазвано капањем капљица.
3. Закључавање запаљивих гасова: сузбити излазак унутрашњих запаљивих гасова и прекинути довод запаљивих материја.
Овај слој љуске од алуминијума неће сагорети, димити се или ломити, и представља важну физичку основу за постизање дуготрајне отпорности на пламен алуминијум хидроксида.
У стварним пожарним несрећама, густи дим и токсични гасови су примарни фактори који узрокују штету. Основна предност алуминијум хидроксида у поређењу са другим успоривачима пламена је синхрона отпорност на пламен и снажно сузбијање дима.
Његов механизам за сузбијање дима се огледа у три аспекта:
1. Нискотемпературно сузбијање стварања дима и прашине: апсорбовање топлоте и хлађење унапред како би се смањио црни дим, катран и токсичне честице настале пуцањем материјала на високој температури.
2. Физичка адсорпција честица дима слојем глинице: Порозна површинска структура може ухватити честице дима и смањити концентрацију дима.
3. Нема секундарног загађења: не производи високо токсичан дим као што су халогениди водоник и диоксини, и испуњава строге захтеве за густину дима у областима као што су грађевинарство, транспорт, материјали у затвореном простору и транзит железницом.
У апликацијама као што су епоксидна смола, СМЦ/БМЦ композитни материјали, жице и каблови, додавање алуминијум хидроксида може смањити густину дима (ДС) материјала за више од 60%, значајно побољшавајући сигурност од пожара.
Алуминијум хидроксидне делује сам и може да створи синергистички ефекат карбонизације са матриксом смоле у системима са високим пуњењем
1. Слој глинице промовише брзо формирање стабилног слоја угљеника на површини супстрата;
2. Апсорпција топлоте и дехидратација убрзавају згушњавање слоја угљеника, повећавајући његов антиоксидативни капацитет;
3. Смањите време сагоревања, учините материјал самогасивим и одмах престаните да гори након што напустите пламен.
Овај синергистички ефекат омогућава алуминијум хидроксиду да покаже ефикасност успорења пламена која је далеко већа од оне обичних неорганских пунила у високо пуњеним епоксидним смолама, незасићеним полиестерима и еластомерима.
Узимајући у обзир горе наведене ефекте, алуминијум хидроксид не постиже успоравање пламена кроз један механизам, већ кроз истовремену појаву четири функције: апсорпција топлоте и хлађење, разблаживање у гасној фази, изолација чврсте фазе, сузбијање дима и фиксација чврстог угљеника, формирајући потпуну тродимензионалну мрежу: успоравање пламена.
1. Апсорпција топлоте: принудно хлађење како би се спречила континуирана пиролиза материјала;
2. Отпуштање воде: разблажен кисеоник и запаљиви гасови;
3. Формирање шкољке: формирање изолационог слоја глинице;
4. Сузбијање дима: Смањите токсични дим и повећајте сигурност.
Ово је такође основни разлог зашто алуминијум хидроксид може постати главни материјал у глобалном пољу отпорности пламена без халогена.
