Aluminum hydroxide(ATH, Al(OH)₃), bilang ang pinaka-tinatanggap na ginagamit at environment friendly na inorganikong flame retardant na walang halogen sa mundo, ay may limang pangunahing bentahe ng flame retardancy, pagsugpo ng usok, pagpuno, hindi nakakalason, at mababang gastos. Ito ay malawakang ginagamit sa mga larangan tulad ng epoxy resin, unsaturated resin, PVC elastomer, EVA cable material, rubber composite material, electronic sealing material, at building decoration material. Laban sa backdrop ng lalong mahigpit na pandaigdigang mga regulasyon sa kapaligiran at ang pangunahing trend ng halogen-free flame retardant, ang aluminum hydroxide ay naging ang ginustong solusyon para sa high-end na materyal na flame retardant system dahil sa mga katangian nitong hindi pabagu-bago, hindi kinakaing unti-unti, at hindi nakakalason na gas.
Ang pinaka-core at pangunahing flame retardant effect ng aluminum hydroxide ay ang endothermic effect ng thermal decomposition.
Kapag ang napunong polymer na materyal ay pinainit sa hanay na 200°C - 320°C, ang aluminum hydroxide ay sumasailalim sa kumpletong reaksyon ng pag-dehydration, naglalabas ng kristal na tubig at nagiging activated alumina. Ang equation ng reaksyon ay ang mga sumusunod:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Ang prosesong ito ay may dalawang pangunahing katangian ng flame retardant:
1. Malakas na kapasidad ng pagsipsip ng init: Ang bawat gramo ng aluminum hydroxide decomposition ay maaaring sumipsip ng 1050-1200 J ng init, na maaaring mabilis na sumipsip ng init ng pagkasunog sa ibabaw at sa loob ng materyal, pinipilit ang temperatura ng substrate na mas mababa kaysa sa kritikal na temperatura ng thermal decomposition, sa gayon ay tinatapos o naantala ang pagkasunog.
2. Tumpak na threshold ng temperatura: Ang temperatura ng decomposition ay lubos na tumutugma sa temperatura ng thermal degradation ng karamihan sa mga thermoplastic na materyales at thermosetting resins, at ang mekanismo ng flame retardant ay maaaring i-activate kaagad kapag ang materyal ay pumasok sa mapanganib na hanay ng temperatura, na nakakamit ng maagang proteksyon.
Simpleng pag-unawa: Ang aluminyo hydroxide ay parang "cooling system" sa loob ng materyal, na sumisipsip ng malaking halaga ng init sa sandali ng pag-aapoy, na ginagawang imposible para sa materyal na mapanatili ang temperatura ng pagkasunog at pinipigilan ang pagpapatuloy ng pagkasunog mula sa ugat.
Sa panahon ng proseso ng dehydration at decomposition,aluminyo haydroksaydnaglalabas ng malaking halaga ng singaw ng tubig na may mataas na temperatura, na siyang pangalawang pangunahing function ng flame retardant.
Ang singaw ng tubig ay bumubuo ng isang high-density na gas na hadlang sa ibabaw ng materyal, na nakakamit ng triple flame retardant effect:
1. Dilution ng mga nasusunog na gas: Ang mga nasusunog na gas tulad ng carbon monoxide, alkanes, at alkenes na ginawa ng thermal decomposition ng mga materyales ay lubhang natutunaw ng singaw ng tubig, na binabawasan ang kanilang konsentrasyon sa ibaba ng limitasyon ng pagkasunog.
2. Paghihiwalay ng oxygen: Ang singaw ng tubig ay sumasakop sa espasyo ng combustion interface, na binabawasan ang diffusion ng panlabas na oxygen sa materyal at lumilikha ng isang mahinang oxidizing na kapaligiran.
3. Bawasan ang temperatura ng phase ng gas: Ang water vapor gasification ay higit na sumisipsip ng init, binabawasan ang temperatura ng apoy, at pinapahina ang matagal na thermal radiation ng apoy sa substrate.
Hindi tulad ng mga halogenated flame retardant, ang water vapor na inilabas ng aluminum hydroxide ay hindi nakakalason, hindi kinakaing unti-unti, at hindi nakaka-carcinogenic, ganap na sumusunod sa mga pandaigdigang pamantayan sa kapaligiran gaya ng EU REACH, RoHS, at US UL, na ginagawa itong pangunahing kinatawan ng mga green flame retardant system.
Pagkatapos ng dehydration ng aluminum hydroxide, isang layer ng puti, siksik, mataas na melting point, at non-flammable activated alumina (Al₂O₃) ay bubuo sa lugar sa ibabaw ng materyal.
Ang aluminyo oksido ay may melting point na hanggang 2050 ℃ at nagtataglay ng malakas na thermal stability at structural strength, na nagsisilbing triple physical barrier:
1. Ihiwalay ang paglipat ng init: harangan ang mga panlabas na apoy mula sa pag-radiate ng init sa panloob na substrate, at maiwasan ang karagdagang thermal decomposition ng materyal.
2. I-block ang droplet dripping: Ayusin ang polymer melt upang maiwasan ang pangalawang pagkasunog o pagkalat ng apoy na dulot ng droplet dripping.
3. I-lock ang mga nasusunog na gas: sugpuin ang pagtakas ng mga panloob na nasusunog na gas at putulin ang suplay ng mga nasusunog na sangkap.
Ang layer na ito ng alumina shell ay hindi masusunog, uusok, o masisira, at ito ay isang mahalagang pisikal na batayan para sa pagkamit ng pangmatagalang flame retardancy ng aluminum hydroxide.
Sa aktwal na mga aksidente sa sunog, ang makapal na usok at mga nakakalason na gas ang pangunahing mga salik na nagdudulot ng pinsala. Ang pangunahing bentahe ng aluminum hydroxide kumpara sa iba pang mga flame retardant ay ang kasabay na flame retardancy at malakas na pagsugpo ng usok.
Ang mekanismo ng pagsugpo ng usok nito ay makikita sa tatlong aspeto:
1. Mababang temperatura na pagsugpo sa pagbuo ng usok at alikabok: maagang sumisipsip ng init at paglamig upang mabawasan ang itim na usok, tar, at mga nakakalason na particle na nabuo ng mataas na temperatura na pag-crack ng mga materyales.
2. Pisikal na adsorption ng mga particle ng usok sa pamamagitan ng alumina layer: Ang buhaghag na istraktura sa ibabaw ay maaaring makakuha ng mga particle ng usok at mabawasan ang konsentrasyon ng usok.
3. Walang pangalawang polusyon: hindi gumagawa ng lubos na nakakalason na usok tulad ng hydrogen halides at dioxin, at nakakatugon sa mga mahigpit na kinakailangan sa density ng usok sa mga larangan tulad ng konstruksiyon, transportasyon, panloob na materyales, at rail transit.
Sa mga aplikasyon tulad ng epoxy resin, SMC/BMC composite na materyales, mga wire at cable, ang pagdaragdag ng aluminum hydroxide ay maaaring mabawasan ang densidad ng usok (DS) ng materyal ng higit sa 60%, na makabuluhang nagpapabuti sa kaligtasan ng sunog.
Aluminum hydroxideay hindi kumikilos nang nag-iisa at maaaring bumuo ng isang synergistic carbonization effect kasama ang resin matrix sa mga high filling system
1. Ang alumina layer ay nagtataguyod ng mabilis na pagbuo ng isang matatag na layer ng carbon sa ibabaw ng substrate;
2. Ang pagsipsip ng init at pag-aalis ng tubig ay nagpapabilis sa densification ng carbon layer, na nagpapataas ng kapasidad nitong antioxidant;
3. Bawasan ang oras ng pagkasunog, papatayin ang materyal, at agad na ihinto ang pagsunog pagkatapos umalis sa apoy.
Ang synergistic effect na ito ay nagbibigay-daan sa aluminum hydroxide na magpakita ng flame retardant na kahusayan na higit pa kaysa sa ordinaryong mga inorganic na filler sa mga punong epoxy resin, unsaturated polyester, at elastomer.
Isinasaalang-alang ang mga epekto sa itaas, ang aluminum hydroxide ay hindi nakakamit ang flame retardancy sa pamamagitan ng iisang mekanismo, ngunit sa halip sa pamamagitan ng sabay-sabay na paglitaw ng apat na function: heat absorption at cooling, gas-phase dilution, solid-phase isolation, smoke suppression, at solid carbon fixation, na bumubuo ng isang kumpletong three-dimensional na flame retardant network:
1. Pagsipsip ng init: sapilitang pagpapalamig upang maiwasan ang tuluy-tuloy na pyrolysis ng mga materyales;
2. Paglabas ng tubig: Maghalo ng oxygen at mga nasusunog na gas;
3. Pagbuo ng shell: bumubuo ng isang alumina insulation layer;
4. Pagpigil sa usok: Bawasan ang nakakalason na usok at pahusayin ang kaligtasan.
Ito rin ang pangunahing dahilan kung bakit ang aluminum hydroxide ay maaaring maging pangunahing materyal sa pandaigdigang larangan ng flame retardant na walang halogen.
