Aliuminio hidroksidas(ATH, Al(OH)₃), kaip plačiausiai pasaulyje naudojamas ir aplinkai nekenksmingas neorganinis antipirenas be halogenų, turi penkis pagrindinius privalumus: antipireną, dūmų slopinimą, užpildymą, netoksiškumą ir mažą kainą. Jis plačiai naudojamas tokiose srityse kaip epoksidinė derva, nesočiosios dervos, PVC elastomeras, EVA kabelių medžiaga, gumos kompozicinė medžiaga, elektroninė sandarinimo medžiaga ir pastatų apdailos medžiaga. Atsižvelgiant į vis griežtesnius pasaulinius aplinkosaugos reikalavimus ir pagrindinę tendenciją naudoti antipirenus be halogenų, aliuminio hidroksidas tapo tinkamiausiu sprendimu aukščiausios klasės medžiagų antipireno sistemoms dėl savo nelakių, nerūdijančių ir netoksiškų dujų savybių.
Svarbiausias ir pagrindinis aliuminio hidroksido antipireninis poveikis yra endoterminis terminio skilimo poveikis.
Kai užpildyta polimerinė medžiaga kaitinama iki 200°C – 320°C, aliuminio hidroksidas visiškai dehidratuojasi, išskiria kristalinį vandenį ir virsta aktyvuotu aliuminio oksidu. Reakcijos lygtis yra tokia:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
Šis procesas turi dvi pagrindines antipireno savybes:
1. Stiprus šilumos sugerties pajėgumas: Kiekvienas aliuminio hidroksido skilimo gramas gali sugerti 1050–1200 J šilumos, kuri gali greitai sugerti degimo šilumą medžiagos paviršiuje ir viduje, priversti pagrindo temperatūrą būti žemesne nei kritinė terminio skilimo temperatūra, taip nutraukiant arba atitolinant degimą.
2. Tiksli temperatūros slenkstis: skilimo temperatūra yra labai suderinta su daugumos termoplastinių medžiagų ir termoreaktingų dervų terminio skilimo temperatūra, o antipireno mechanizmas gali būti įjungtas iš karto, kai medžiaga patenka į pavojingą temperatūros diapazoną, kad būtų užtikrinta ankstyva apsauga.
Paprastas supratimas: aliuminio hidroksidas yra tarsi „aušinimo sistema“ medžiagos viduje, užsiliepsnojimo momentu sugerianti didelį šilumos kiekį, todėl medžiaga negali išlaikyti degimo temperatūros ir slopina degimo tęsimą nuo šaknų.
Dehidratacijos ir skilimo proceso metu,aliuminio hidroksidasišskiria didelį kiekį aukštos temperatūros vandens garų, o tai yra antra pagrindinė antipireno funkcija.
Vandens garai sudaro didelio tankio dujinį barjerą ant medžiagos paviršiaus, todėl pasiekiamas trigubas antipireno efektas:
1. Degiųjų dujų skiedimas: Degiosios dujos, tokios kaip anglies monoksidas, alkanai ir alkenai, susidarančios termiškai skaidant medžiagas, labai atskiedžiamos vandens garais, todėl jų koncentracija sumažėja iki žemiau degimo ribos.
2. Deguonies izoliavimas: vandens garai užima degimo sąsajos erdvę, sumažindami išorinio deguonies difuziją į medžiagą ir sukurdami silpnai oksiduojančią aplinką.
3. Sumažinkite dujų fazės temperatūrą: vandens garų dujinimas dar labiau sugeria šilumą, sumažina liepsnos temperatūrą ir susilpnina nuolatinę liepsnos šiluminę spinduliuotę ant pagrindo.
Skirtingai nuo halogenintų antipirenų, aliuminio hidroksido išskiriami vandens garai yra netoksiški, neėsdinantys ir nekancerogeniški, visiškai atitinkantys pasaulinius aplinkosaugos standartus, tokius kaip ES REACH, RoHS ir JAV UL, todėl tai yra pagrindinis žaliųjų antipirenų sistemų atstovas.
Dehidratavus aliuminio hidroksidą, ant medžiagos paviršiaus in situ susidarys baltas, tankus, aukštos lydymosi temperatūros ir nedegios aktyvinto aliuminio oksido (Al2O3) sluoksnis.
Aliuminio oksido lydymosi temperatūra yra iki 2050 ℃, jis pasižymi dideliu šiluminiu stabilumu ir struktūriniu stiprumu, tarnauja kaip trigubas fizinis barjeras:
1. Atskirkite šilumos perdavimą: užblokuokite išorines liepsnas nuo šilumos spinduliavimo į vidinį pagrindą ir užkirskite kelią tolesniam medžiagos terminiam skilimui.
2. Blokuokite lašelių lašėjimą: pritvirtinkite polimero lydalą, kad išvengtumėte antrinio degimo arba ugnies plitimo, kurį sukelia lašelių lašeliai.
3. Užrakinti degias dujas: slopinti vidaus degių dujų nutekėjimą ir nutraukti degančių medžiagų tiekimą.
Šis aliuminio oksido apvalkalo sluoksnis nedegs, nerūks ir nesulūžtų ir yra svarbus fizinis pagrindas norint pasiekti ilgalaikį aliuminio hidroksido antipireną.
Faktinėse gaisro avarijose pagrindiniai žalą darantys veiksniai yra tiršti dūmai ir toksiškos dujos. Pagrindinis aliuminio hidroksido pranašumas, palyginti su kitais antipirenais, yra sinchroninis antipirenas ir stiprus dūmų slopinimas.
Jo dūmų slopinimo mechanizmas atsispindi trimis aspektais:
1. Dūmų ir dulkių susidarymo slopinimas žemoje temperatūroje: iš anksto sugeria šilumą ir vėsina, kad sumažėtų juodų dūmų, dervos ir toksiškų dalelių, susidarančių dėl medžiagų įtrūkimo aukštoje temperatūroje, kiekis.
2. Fizinė dūmų dalelių adsorbcija aliuminio oksido sluoksniu: akyta paviršiaus struktūra gali užfiksuoti dūmų daleles ir sumažinti dūmų koncentraciją.
3. Nėra antrinės taršos: nesukuria labai toksiškų dūmų, tokių kaip vandenilio halogenidai ir dioksinai, ir atitinka griežtus dūmų tankio reikalavimus tokiose srityse kaip statyba, transportavimas, patalpų medžiagos ir geležinkelių transportas.
Tokiose srityse kaip epoksidinė derva, SMC/BMC kompozitinės medžiagos, laidai ir kabeliai, pridedant aliuminio hidroksido, medžiagos dūmų tankis (DS) gali sumažėti daugiau nei 60%, o tai žymiai pagerina priešgaisrinę saugą.
Aliuminio hidroksidasneveikia vienas ir gali sudaryti sinergetinį karbonizacijos efektą su dervos matrica didelio užpildymo sistemose
1. Aliuminio oksido sluoksnis skatina greitą stabilaus anglies sluoksnio susidarymą pagrindo paviršiuje;
2. Šilumos sugėrimas ir dehidratacija pagreitina anglies sluoksnio tankėjimą, padidina jo antioksidacinį pajėgumą;
3. Sutrumpinkite degimo laiką, pasirūpinkite, kad medžiaga savaime užgestų ir, išėjus iš liepsnos, nedelsiant nustokite degti.
Dėl šio sinergetinio poveikio aliuminio hidroksidas pasižymi antipireno efektyvumu, gerokai viršijančiu įprastų neorganinių užpildų epoksidinėse dervose, nesočiųjų poliesterių ir elastomerų efektyvumą.
Atsižvelgiant į minėtus efektus, aliuminio hidroksidas nesulaiko liepsnos vienu mechanizmu, o vienu metu vykdo keturias funkcijas: šilumos sugėrimą ir aušinimą, dujų fazės skiedimą, kietosios fazės izoliaciją, dūmų slopinimą ir kietosios anglies fiksavimą, sudarydamas išbaigtą trimatį antipireno tinklą:
1. Šilumos sugėrimas: priverstinis aušinimas, kad būtų išvengta nuolatinės medžiagų pirolizės;
2. Vandens išsiskyrimas: praskiesti deguonį ir degias dujas;
3. Apvalkalo formavimas: aliuminio oksido izoliacijos sluoksnio formavimas;
4. Dūmų slopinimas: sumažinkite toksiškų dūmų kiekį ir padidinkite saugumą.
Tai taip pat yra pagrindinė priežastis, kodėl aliuminio hidroksidas gali tapti pagrindine medžiaga pasauliniame behalogeniniame antipireno lauke.
