Alüminyum hidroksit(ATH, Al(OH)₃), dünyada en yaygın kullanılan ve çevre dostu, halojen içermeyen inorganik alev geciktirici olup, alev geciktirme, duman bastırma, doldurma, toksik olmama ve düşük maliyet olmak üzere beş temel avantaja sahiptir. Epoksi reçine, doymamış reçine, PVC elastomer, EVA kablo malzemesi, kauçuk kompozit malzeme, elektronik sızdırmazlık malzemesi ve bina dekorasyon malzemesi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Gittikçe katılaşan küresel çevre düzenlemeleri ve halojensiz alev geciktiriciye yönelik ana trend karşısında, alüminyum hidroksit, uçucu olmayan, aşındırıcı olmayan ve toksik olmayan gaz özellikleri nedeniyle üst düzey malzeme alev geciktirici sistemler için tercih edilen çözüm haline geldi.
Alüminyum hidroksitin en temel ve temel alev geciktirici etkisi, termal ayrışmanın endotermik etkisidir.
Doldurulan polimer malzeme 200°C - 320°C aralığına ısıtıldığında, alüminyum hidroksit tam dehidrasyon reaksiyonuna girerek kristal suyu serbest bırakır ve aktif alüminaya dönüşür. Reaksiyon denklemi aşağıdaki gibidir:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Bu prosesin iki temel alev geciktirici özelliği vardır:
1. Güçlü ısı emme kapasitesi: Alüminyum hidroksit ayrışmasının her bir gramı, malzemenin yüzeyindeki ve içindeki yanma ısısını hızlı bir şekilde emebilen 1050-1200 J ısıyı emebilir, alt tabaka sıcaklığını termal ayrışmanın kritik sıcaklığından daha düşük olmaya zorlayabilir, böylece yanmayı sonlandırabilir veya geciktirebilir.
2. Doğru sıcaklık eşiği: Ayrışma sıcaklığı, çoğu termoplastik malzemenin ve ısıyla sertleşen reçinelerin termal bozunma sıcaklığıyla oldukça uyumludur ve malzeme tehlikeli sıcaklık aralığına girdiğinde alev geciktirici mekanizma hemen etkinleştirilerek erken koruma sağlanır.
Basit anlayış: Alüminyum hidroksit, malzemenin içinde bir "soğutma sistemi" gibidir, tutuşma anında büyük miktarda ısıyı emer, malzemenin yanma sıcaklığını korumasını imkansız hale getirir ve yanmanın kökten devamını bastırır.
Dehidrasyon ve ayrışma işlemi sırasında,alüminyum hidroksitİkinci önemli alev geciktirici işlevi olan büyük miktarda yüksek sıcaklıkta su buharı açığa çıkarır.
Su buharı, malzemenin yüzeyinde yüksek yoğunluklu bir gaz bariyeri oluşturarak üçlü alev geciktirici etki sağlar:
1. Yanıcı gazların seyreltilmesi: Malzemelerin termal ayrışmasıyla üretilen karbon monoksit, alkanlar ve alkenler gibi yanıcı gazlar, su buharı tarafından büyük ölçüde seyreltilir ve konsantrasyonları yanma sınırının altına düşer.
2. Oksijenin izolasyonu: Su buharı yanma arayüzü alanını kaplar, harici oksijenin malzemeye difüzyonunu azaltır ve zayıf oksitleyici bir ortam yaratır.
3. Gaz fazı sıcaklığını azaltın: Su buharının gazlaştırılması ısıyı daha da emer, alev sıcaklığını azaltır ve alevin alt tabaka üzerindeki sürekli termal radyasyonunu zayıflatır.
Halojenli alev geciktiricilerin aksine, alüminyum hidroksit tarafından salınan su buharı toksik değildir, aşındırıcı değildir ve kanserojen değildir; EU REACH, RoHS ve US UL gibi küresel çevre standartlarına tamamen uygundur ve bu da onu yeşil alev geciktirici sistemlerin temel temsilcisi yapar.
Alüminyum hidroksitin dehidrasyonundan sonra malzemenin yüzeyinde beyaz, yoğun, yüksek erime noktalı ve yanıcı olmayan aktif alümina (Al₂O₃) tabakası yerinde oluşacaktır.
Alüminyum oksit, 2050 °C'ye kadar bir erime noktasına sahiptir ve üçlü bir fiziksel bariyer görevi gören güçlü termal stabiliteye ve yapısal dayanıklılığa sahiptir:
1. Isı transferini izole edin: harici alevlerin ısıyı iç alt tabakaya yaymasını engelleyin ve malzemenin daha fazla termal ayrışmasını önleyin.
2. Damlacık damlamasını engelleyin: Damlacık damlamasının neden olduğu ikincil yanmayı veya yangının yayılmasını önlemek için polimer eriyiğini sabitleyin.
3. Yanıcı gazları kilitleyin: Dahili yanıcı gazların kaçışını bastırın ve yanan maddelerin beslemesini kesin.
Bu alümina kabuk tabakası yanmaz, duman çıkarmaz veya kırılmaz ve alüminyum hidroksitin uzun süreli alev geciktiriciliğine ulaşmak için önemli bir fiziksel temel oluşturur.
Gerçek yangın kazalarında, yoğun duman ve zehirli gazlar zarara neden olan faktörlerin başında gelmektedir. Alüminyum hidroksitin diğer alev geciktiricilerle karşılaştırıldığında temel avantajı, eşzamanlı alev geciktiriciliği ve güçlü duman bastırmasıdır.
Duman bastırma mekanizması üç açıdan yansıtılmaktadır:
1. Duman ve toz oluşumunun düşük sıcaklıkta bastırılması: Malzemelerin yüksek sıcaklıkta çatlaması sonucu oluşan siyah duman, katran ve toksik parçacıkları azaltmak için ısıyı ve soğutmayı önceden emer.
2. Duman parçacıklarının alümina tabakası tarafından fiziksel adsorpsiyonu: Gözenekli yüzey yapısı duman parçacıklarını yakalayabilir ve duman konsantrasyonunu azaltabilir.
3. İkincil kirlilik yok: Hidrojen halojenürler ve dioksinler gibi son derece zehirli duman üretmez ve inşaat, ulaşım, iç mekan malzemeleri ve demiryolu taşımacılığı gibi alanlarda katı duman yoğunluğu gereksinimlerini karşılar.
Epoksi reçine, SMC/BMC kompozit malzemeleri, teller ve kablolar gibi uygulamalarda alüminyum hidroksitin eklenmesi, malzemenin duman yoğunluğunu (DS) %60'tan fazla azaltarak yangın güvenliğini önemli ölçüde artırabilir.
Alüminyum hidroksitTek başına etki etmez ve yüksek dolumlu sistemlerde reçine matriks ile sinerjistik karbonizasyon etkisi oluşturabilir
1. Alümina tabakası, alt tabakanın yüzeyinde stabil bir karbon tabakasının hızlı oluşumunu destekler;
2. Isı emilimi ve dehidrasyon, karbon tabakasının yoğunlaşmasını hızlandırarak antioksidan kapasitesini arttırır;
3. Yanma süresini kısaltın, malzemenin kendi kendine sönmesini sağlayın ve alevden çıktıktan sonra yanmayı derhal durdurun.
Bu sinerjik etki, alüminyum hidroksitin, yüksek oranda doldurulmuş epoksi reçineler, doymamış polyesterler ve elastomerlerdeki sıradan inorganik dolgu maddelerininkini çok aşan alev geciktirici verimlilik sergilemesini sağlar.
Yukarıdaki etkiler dikkate alındığında, alüminyum hidroksit alev geciktiriciliğe tek bir mekanizma yoluyla ulaşmaz, bunun yerine dört fonksiyonun eşzamanlı olarak ortaya çıkmasıyla elde edilir: ısı emilimi ve soğutma, gaz fazında seyreltme, katı faz izolasyonu, duman bastırma ve katı karbon sabitleme, tam üç boyutlu bir alev geciktirici ağ oluşturur:
1. Isı emilimi: Malzemelerin sürekli pirolizini önlemek için zorla soğutma;
2. Su salınımı: Oksijeni ve yanıcı gazları seyreltin;
3. Kabuk oluşumu: bir alümina yalıtım katmanının oluşturulması;
4. Duman bastırma: Zehirli dumanı azaltın ve güvenliği artırın.
Bu aynı zamanda alüminyum hidroksitin küresel halojensiz alev geciktirici alanında ana malzeme haline gelebilmesinin temel nedenidir.
