Aluminiumhydroxid(ATH, Al(OH)₃) ist das am weitesten verbreitete und umweltfreundlichste halogenfreie anorganische Flammschutzmittel der Welt und bietet fünf Hauptvorteile: Flammhemmung, Rauchunterdrückung, Füllung, Ungiftigkeit und niedrige Kosten. Es wird häufig in Bereichen wie Epoxidharz, ungesättigtes Harz, PVC-Elastomer, EVA-Kabelmaterial, Gummiverbundmaterial, elektronisches Dichtungsmaterial und Gebäudedekorationsmaterial verwendet. Vor dem Hintergrund immer strengerer globaler Umweltvorschriften und des Mainstream-Trends zu halogenfreien Flammschutzmitteln ist Aluminiumhydroxid aufgrund seiner nichtflüchtigen, nicht korrosiven und ungiftigen Gaseigenschaften zur bevorzugten Lösung für hochwertige Flammschutzsysteme für Materialien geworden.
Der wichtigste und grundlegendste flammhemmende Effekt von Aluminiumhydroxid ist der endotherme Effekt der thermischen Zersetzung.
Wenn das gefüllte Polymermaterial auf einen Bereich von 200 °C bis 320 °C erhitzt wird, unterliegt Aluminiumhydroxid einer vollständigen Dehydratisierungsreaktion, wobei Kristallwasser freigesetzt und in aktiviertes Aluminiumoxid umgewandelt wird. Die Reaktionsgleichung lautet wie folgt:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O ↑
Dieses Verfahren weist zwei wesentliche flammhemmende Eigenschaften auf:
1. Starke Wärmeabsorptionskapazität: Jedes Gramm Aluminiumhydroxid-Zersetzung kann 1050–1200 J Wärme absorbieren, wodurch die Verbrennungswärme auf der Oberfläche und im Inneren des Materials schnell absorbiert werden kann, wodurch die Substrattemperatur unter die kritische Temperatur der thermischen Zersetzung gesenkt wird, wodurch die Verbrennung beendet oder verzögert wird.
2. Genaue Temperaturschwelle: Die Zersetzungstemperatur ist eng an die thermische Zersetzungstemperatur der meisten thermoplastischen Materialien und duroplastischen Harze angepasst, und der Flammschutzmechanismus kann sofort aktiviert werden, wenn das Material in den gefährlichen Temperaturbereich eintritt, wodurch ein frühzeitiger Schutz erreicht wird.
Einfaches Verständnis: Aluminiumhydroxid ist wie ein „Kühlsystem“ im Inneren des Materials, das im Moment der Zündung eine große Wärmemenge absorbiert, wodurch es dem Material unmöglich wird, die Verbrennungstemperatur aufrechtzuerhalten, und die Fortsetzung der Verbrennung von der Wurzel her unterdrückt wird.
Während des Austrocknungs- und ZersetzungsprozessesAluminiumhydroxidsetzt eine große Menge Wasserdampf bei hoher Temperatur frei, was seine zweite wichtige flammhemmende Funktion ist.
Wasserdampf bildet eine Gasbarriere mit hoher Dichte auf der Oberfläche des Materials und erzielt so eine dreifache flammhemmende Wirkung:
1. Verdünnung brennbarer Gase: Brennbare Gase wie Kohlenmonoxid, Alkane und Alkene, die bei der thermischen Zersetzung von Materialien entstehen, werden durch Wasserdampf stark verdünnt, wodurch ihre Konzentration unter die Verbrennungsgrenze sinkt.
2. Isolierung von Sauerstoff: Wasserdampf besetzt den Verbrennungsgrenzflächenraum, reduziert die Diffusion von externem Sauerstoff in das Material und schafft eine schwach oxidierende Umgebung.
3. Reduzieren Sie die Gasphasentemperatur: Durch die Wasserdampfvergasung wird Wärme weiter absorbiert, die Flammentemperatur verringert und die anhaltende Wärmestrahlung der Flamme auf das Substrat geschwächt.
Im Gegensatz zu halogenierten Flammschutzmitteln ist der von Aluminiumhydroxid freigesetzte Wasserdampf ungiftig, nicht korrosiv und nicht krebserregend und entspricht vollständig den globalen Umweltstandards wie EU REACH, RoHS und US UL, was es zu einem zentralen Vertreter grüner Flammschutzsysteme macht.
Nach der Dehydratisierung von Aluminiumhydroxid bildet sich vor Ort auf der Oberfläche des Materials eine Schicht aus weißem, dichtem, hochschmelzendem und nicht brennbarem aktiviertem Aluminiumoxid (Al₂O₃).
Aluminiumoxid hat einen Schmelzpunkt von bis zu 2050 °C und verfügt über eine hohe thermische Stabilität und strukturelle Festigkeit, wodurch es als dreifache physikalische Barriere dient:
1. Isolieren Sie die Wärmeübertragung: Blockieren Sie, dass äußere Flammen Wärme auf das innere Substrat abstrahlen, und verhindern Sie eine weitere thermische Zersetzung des Materials.
2. Tropfentropfen blockieren: Fixieren Sie die Polymerschmelze, um eine sekundäre Verbrennung oder Brandausbreitung durch Tropfentropfen zu verhindern.
3. Brennbare Gase einschließen: Unterdrücken Sie das Entweichen interner brennbarer Gase und unterbrechen Sie die Zufuhr brennender Substanzen.
Diese Aluminiumoxidhülle brennt nicht, raucht nicht und bricht nicht und ist eine wichtige physikalische Grundlage für die Erzielung einer dauerhaften Flammhemmung von Aluminiumhydroxid.
Bei tatsächlichen Brandunfällen sind dichter Rauch und giftige Gase die Hauptursachen für Schäden. Der Hauptvorteil von Aluminiumhydroxid im Vergleich zu anderen Flammschutzmitteln ist die synchrone Flammhemmung und starke Rauchunterdrückung.
Sein Rauchunterdrückungsmechanismus spiegelt sich in drei Aspekten wider:
1. Unterdrückung der Rauch- und Staubentwicklung bei niedrigen Temperaturen: Absorption von Wärme und Kühlung im Voraus, um schwarzen Rauch, Teer und giftige Partikel zu reduzieren, die durch das Cracken von Materialien bei hohen Temperaturen entstehen.
2. Physikalische Adsorption von Rauchpartikeln durch die Aluminiumoxidschicht: Die poröse Oberflächenstruktur kann Rauchpartikel einfangen und die Rauchkonzentration reduzieren.
3. Keine Sekundärverschmutzung: Erzeugt keinen hochgiftigen Rauch wie Halogenwasserstoffe und Dioxine und erfüllt die strengen Anforderungen an die Rauchdichte in Bereichen wie Bauwesen, Transport, Innenmaterialien und Schienenverkehr.
In Anwendungen wie Epoxidharz, SMC/BMC-Verbundwerkstoffen, Drähten und Kabeln kann die Zugabe von Aluminiumhydroxid die Rauchdichte (DS) des Materials um mehr als 60 % reduzieren und so den Brandschutz deutlich verbessern.
Aluminiumhydroxidwirkt nicht allein und kann in hochfüllenden Systemen einen synergistischen Karbonisierungseffekt mit der Harzmatrix bilden
1. Die Aluminiumoxidschicht fördert die schnelle Bildung einer stabilen Kohlenstoffschicht auf der Oberfläche des Substrats;
2. Wärmeaufnahme und Austrocknung beschleunigen die Verdichtung der Kohlenstoffschicht und erhöhen so deren antioxidative Kapazität;
3. Reduzieren Sie die Brenndauer, machen Sie das Material selbstverlöschend und hören Sie sofort auf zu brennen, nachdem Sie die Flamme verlassen haben.
Dieser synergistische Effekt ermöglicht es Aluminiumhydroxid, in hochgefüllten Epoxidharzen, ungesättigten Polyestern und Elastomeren eine flammhemmende Wirkung zu erzielen, die weit über der von gewöhnlichen anorganischen Füllstoffen liegt.
Unter Berücksichtigung der oben genannten Effekte erreicht Aluminiumhydroxid die Flammhemmung nicht durch einen einzelnen Mechanismus, sondern durch das gleichzeitige Auftreten von vier Funktionen: Wärmeabsorption und -kühlung, Gasphasenverdünnung, Festphasenisolierung, Rauchunterdrückung und Fixierung von festem Kohlenstoff, wodurch ein vollständiges dreidimensionales Flammschutznetzwerk entsteht:
1. Wärmeaufnahme: Zwangskühlung, um eine kontinuierliche Pyrolyse von Materialien zu verhindern;
2. Wasserfreisetzung: Sauerstoff und brennbare Gase verdünnen;
3. Schalenbildung: Bildung einer Aluminiumoxid-Isolierschicht;
4. Rauchunterdrückung: Reduzieren Sie giftigen Rauch und erhöhen Sie die Sicherheit.
Dies ist auch der Hauptgrund dafür, dass Aluminiumhydroxid zum Hauptmaterial im globalen Bereich der halogenfreien Flammschutzmittel werden kann.
