Alumiiniumhüdroksiid(ATH, Al(OH)₃), mis on maailmas kõige laialdasemalt kasutatav ja keskkonnasõbralik halogeenivaba anorgaaniline leegiaeglusti, omab viis peamist eelist: leegiaeglustus, suitsu summutamine, täitmine, mittetoksilisus ja madal hind. Seda kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu epoksüvaik, küllastumata vaik, PVC elastomeer, EVA-kaabli materjal, kummikomposiitmaterjal, elektrooniline tihendusmaterjal ja ehituskaunistused. Üha karmimaks muutuvate ülemaailmsete keskkonnaeeskirjade ja halogeenivaba leegiaeglustaja peavoolutrendi taustal on alumiiniumhüdroksiidist saanud eelistatud lahendus kõrgekvaliteediliste materjalide leegiaeglustavate süsteemide jaoks, kuna sellel on mittelenduvad, mittesöövitavad ja mittetoksilised gaasi omadused.
Alumiiniumhüdroksiidi kõige põhilisem ja põhilisem leegiaeglustav toime on termilise lagunemise endotermiline toime.
Kui täidetud polümeermaterjali kuumutatakse temperatuurini 200–320 °C, läbib alumiiniumhüdroksiid täieliku dehüdratsioonireaktsiooni, vabastades kristallvi ja muundades aktiveeritud alumiiniumoksiidiks. Reaktsioonivõrrand on järgmine:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
Sellel protsessil on kaks peamist leegiaeglustavat omadust:
1. Tugev soojuse neeldumisvõime: iga alumiiniumhüdroksiidi lagunemise gramm võib absorbeerida 1050-1200 J soojust, mis võib kiiresti absorbeerida põlemissoojust materjali pinnal ja sees, sundida substraadi temperatuuri madalamaks kui termilise lagunemise kriitiline temperatuur, lõpetades või edasi lükates põlemist.
2. Täpne temperatuurilävi: lagunemistemperatuur on suurel määral kooskõlas enamiku termoplastsete materjalide ja termoreaktiivsete vaikude termilise lagunemise temperatuuriga ning leegiaeglustava mehhanismi saab kohe aktiveerida, kui materjal jõuab ohtlikku temperatuurivahemikku, saavutades varajase kaitse.
Lihtne arusaam: Alumiiniumhüdroksiid on nagu "jahutussüsteem" materjali sees, neelab süttimishetkel suurel hulgal soojust, muutes materjalil võimatuks põlemistemperatuuri säilitada ja pärssides põlemise jätkumise juurest.
Dehüdratsiooni- ja lagunemisprotsessi ajalalumiiniumhüdroksiideraldab suures koguses kõrge temperatuuriga veeauru, mis on selle teine peamine leegiaeglustav funktsioon.
Veeaur moodustab materjali pinnale suure tihedusega gaasibarjääri, saavutades kolmekordse leegiaeglustava efekti:
1. Põlevgaaside lahjendamine: materjalide termilisel lagunemisel tekkivad põlevad gaasid, nagu süsinikmonooksiid, alkaanid ja alkeenid, lahjendatakse veeauru toimel suuresti, vähendades nende kontsentratsiooni põlemispiirist madalamale.
2. Hapniku isoleerimine: veeaur hõivab põlemispinna ruumi, vähendades välise hapniku difusiooni materjali ja luues nõrgalt oksüdeeriva keskkonna.
3. Vähendage gaasifaasi temperatuuri: veeauru gaasistamine neelab veelgi soojust, vähendab leegi temperatuuri ja nõrgestab leegi püsivat soojuskiirgust aluspinnal.
Erinevalt halogeenitud leegiaeglustitest on alumiiniumhüdroksiidist eralduv veeaur mittetoksiline, mittesöövitav ega kantserogeenne ning vastab täielikult ülemaailmsetele keskkonnastandarditele, nagu EL REACH, RoHS ja US UL, mistõttu on see roheliste leegiaeglustisüsteemide põhiesindaja.
Pärast alumiiniumhüdroksiidi dehüdraatimist tekib materjali pinnale valge, tihe, kõrge sulamistemperatuuriga mittesüttiva aktiveeritud alumiiniumoksiidi (Al2O3) kiht.
Alumiiniumoksiidi sulamistemperatuur on kuni 2050 ℃ ning sellel on tugev termiline stabiilsus ja struktuurne tugevus, toimides kolmekordse füüsilise barjäärina:
1. Isoleerige soojusülekanne: blokeerige välisleegid soojuse kiirgamisest sisemisele aluspinnale ja vältige materjali edasist termilist lagunemist.
2. Blokeerige tilkade tilkumine: kinnitage polümeeri sulam, et vältida tilkade tilkumisest põhjustatud teisest põlemist või tule levikut.
3. Lukustage põlevad gaasid: suruge maha põlevgaaside väljavool ja katkestage põlevate ainete juurdevool.
See alumiiniumoksiidi kesta kiht ei põle, ei suitse ega purune ning on oluline füüsikaline alus alumiiniumhüdroksiidi pikaajalise leegiaeglustuse saavutamiseks.
Tegelikes tuleõnnetustes on peamiseks kahju tekitavaks teguriks paks suits ja mürgised gaasid. Alumiiniumhüdroksiidi peamine eelis võrreldes teiste leegiaeglustitega on sünkroonne leegiaeglustus ja tugev suitsu summutamine.
Selle suitsu summutamise mehhanism kajastub kolmes aspektis:
1. Suitsu ja tolmu tekke mahasurumine madalal temperatuuril: eelnevalt soojuse neelamine ja jahutamine, et vähendada materjalide kõrgel temperatuuril pragunemisel tekkivat musta suitsu, tõrva ja mürgiseid osakesi.
2. Suitsuosakeste füüsikaline adsorptsioon alumiiniumoksiidikihiga: poorne pinnastruktuur võib püüda suitsuosakesi ja vähendada suitsu kontsentratsiooni.
3. Puudub sekundaarne reostus: ei tekita väga mürgist suitsu, nagu vesinikhalogeniidid ja dioksiinid, ning vastab rangetele suitsutiheduse nõuetele sellistes valdkondades nagu ehitus, transport, sisematerjalid ja raudteetransiit.
Sellistes rakendustes nagu epoksüvaik, SMC/BMC komposiitmaterjalid, juhtmed ja kaablid võib alumiiniumhüdroksiidi lisamine vähendada materjali suitsutihedust (DS) rohkem kui 60%, parandades oluliselt tuleohutust.
Alumiiniumhüdroksiidei toimi üksinda ja võib kõrge täituvusega süsteemides vaigumaatriksiga luua sünergilise karboniseerimisefekti
1. Alumiiniumoksiidi kiht soodustab stabiilse süsinikukihi kiiret teket aluspinna pinnal;
2. Soojuse neeldumine ja dehüdratsioon kiirendavad süsinikukihi tihenemist, suurendades selle antioksüdantset võimet;
3. Vähendage põlemisaega, muutke materjal isekustuvaks ja lõpetage põlemine kohe pärast leegist lahkumist.
See sünergistlik efekt võimaldab alumiiniumhüdroksiidil leegiaeglustaja efektiivsust, mis ületab palju tavaliste anorgaaniliste täiteainete oma kõrge täidisega epoksüvaikudes, küllastumata polüestrites ja elastomeerides.
Võttes arvesse ülaltoodud mõjusid, ei saavuta alumiiniumhüdroksiid leegiaeglustit ühe mehhanismi kaudu, vaid pigem nelja funktsiooni samaaegse esinemise kaudu: soojuse neeldumine ja jahutamine, gaasifaasiline lahjendamine, tahkefaasiline isolatsioon, suitsu summutamine ja tahke süsiniku fikseerimine, moodustades tervikliku kolmemõõtmelise leegiaeglustava võrgu:
1. Soojuse neeldumine: sundjahutus, et vältida materjalide pidevat pürolüüsi;
2. Vee eraldumine: lahjendada hapnikku ja põlevaid gaase;
3. Kesta moodustamine: alumiiniumoksiidist isolatsioonikihi moodustamine;
4. Suitsu summutamine: vähendage mürgist suitsu ja suurendage ohutust.
See on ka peamine põhjus, miks alumiiniumhüdroksiidist võib saada ülemaailmse halogeenivaba leegiaeglustaja välja peamine materjal.
