Почему в качестве огнезащитного средства необходимо выбирать гидроксид алюминия?

Что такое антипирены?

Огнезащитная добавка — это специальная присадка, используемая для улучшения характеристик горения легковоспламеняющихся и горючих материалов. Она делает материал огнестойким, самозатухающим и дымоотводящим, а также эффективно повышает безопасность его использования. Огнезащитные добавки, как правило, делятся на две категории: органические и неорганические. Органические огнезащитные добавки обладают выдающимися огнезащитными свойствами и широким спектром применения, поэтому широко используются. Однако у них есть и существенные недостатки: они вызывают коррозию, при горении выделяют дым и токсичные газы.

Неорганические антипирены обладают относительно хорошей термической стабильностью, не выделяют коррозионных и токсичных газов и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду. По сравнению с органическими антипиренами, неорганические антипирены в большей степени соответствуют требованиям охраны окружающей среды и пожарной безопасности. Неорганические антипирены также находятся в центре внимания исследований в последние годы и обладают огромным рыночным потенциалом.

К неорганическим антипиренам относятся гидроксид алюминия, гидроксид магния, оксид магния, триоксид сурьмы, тетраборат натрия и др. Среди них гидроксид алюминия является наиболее широко используемым неорганическим антипиреном. Он обладает огнезащитными, дымоотводящими и заполняющими свойствами. Функциональные свойства, особенно поверхностно модифицированного ультрадисперсного гидроксида алюминия, также могут улучшить механические свойства материала.

Преимущества огнезащитного состава на основе гидроксида алюминия

Несмотря на то, что бромированные антипирены среди органических антипиренов обладают преимуществами высокой огнестойкости, низкого количества добавки и широкого спектра применения, в соответствии с тенденцией развития рынка антипиренов, характеризующейся высокой огнестойкостью, низким дымообразованием и безвредностью, разработка и использование неорганических антипиренов постепенно получают все большую поддержку.

Ультрадисперсный гидроксид алюминия обладает стабильными физико-химическими свойствами при комнатной температуре, не вызывает вторичного загрязнения при горении, имеет высокую белизну и отличные показатели цветности. Наночастицы гидроксида алюминия не только улучшают предельный кислородный индекс огнестойких полимеров и повышают огнестойкость, но и способствуют улучшению качества поверхности, механических и электрических свойств полимерных изделий, а также повышают их устойчивость к протечкам, дугостойкость и износостойкость. Кроме того, комбинированное использование гидроксида алюминия с другими антипиренами дает идеальный эффект, и это неорганический антипирен с широкими перспективами.

Механизм огнезащиты гидроксида алюминия

Механизм огнезащитной активности гидроксида алюминия достаточно сложен и включает в себя следующие синергетические механизмы:

1) Реакция эндотермическая.
Как мы упомянули выше, гидроксид алюминия реагирует с выделением тепла, образуя оксид алюминия и воду. Эта реакция является эндотермической, и формула реакции выглядит следующим образом:

В ходе этого процесса происходит не только поглощение тепла и замедление горения полимера, но и выделение водяного пара, разбавляющего горючий газ и кислород, а также его участие в реакции в конденсированной фазе.

2) Эффект разбавления.
Помимо упомянутого в пункте 1) водяного пара, который может разбавлять горючие газы и кислород, гидроксид алюминия также играет заполняющую роль, что приводит к уменьшению количества полимера на единицу объема, и выполняет функцию разбавления.
3) Эффект покрытия.
Образующийся в результате реакции оксид алюминия вместе с другими карбидами образует огнезащитный барьер, препятствующий распространению пламени.
4) Карбонизация.
Огнезащитные добавки образуют сильно дегидратирующие вещества в условиях горения, карбонизируя пластмассы и снижая вероятность образования легковоспламеняющихся летучих веществ, тем самым предотвращая распространение пламени.

Требования к гидроксиду алюминия в различных отраслях промышленности

Благодаря своим превосходным характеристикам гидроксид алюминия хорошо зарекомендовал себя во многих отраслях промышленности. Однако при использовании в разных отраслях предъявляются разные требования к качеству.

Материал из пенополиэтилена (ЭВА)

Пенополиэтилен (ЭВА) — это пеноизоляционный материал, изготовленный из ЭВА и полиэтилена низкой плотности в качестве сырья с добавлением других присадок, а затем формованным или вспененным методом. Благодаря своей экологичности, он широко используется в помещениях и общественных местах, поэтому к его огнестойкости предъявляются высокие требования.

В огнезащитной системе пенополиэтилена (ЭВА) обычно используется только гидроксид алюминия в количестве около 60%. Из-за большого количества добавки предъявляются строгие требования к его стабильности, стабильному pH, а также к отсутствию следов примесей в продукте. Это делает производственный процесс гидроксида алюминия очень строгим, а его цена выше, чем у других нано-продуктов.

ТПУ

Китайское название ТПУ — термопластичный полиуретановый эластомер. Он обладает превосходными характеристиками: высоким натяжением, высокой прочностью на разрыв, прочностью и устойчивостью к старению. Это зрелый, экологически чистый материал. Гидроксид алюминия, добавляемый в материалы ТПУ/ТПЭ, должен иметь размер частиц менее 2,0 микрон и равномерное распределение частиц по размерам, что обеспечивает лучшую интеграцию с другими материалами и повышает износостойкость и сопротивление разрыву материала.

Во-вторых, необходимо провести обработку поверхности гидроксида алюминия для активации, чтобы он мог образовывать прочные связи с другими веществами. Одновременно это повышает технологическую текучесть гидроксида алюминия, обеспечивая его более равномерное распределение в материале и, следовательно, хороший огнезащитный эффект.