hidróxido de aluminio(ATH, Al(OH)₃), como el retardante de llama inorgánico libre de halógenos más utilizado y respetuoso con el medio ambiente en el mundo, tiene cinco ventajas principales: retardo de llama, supresión de humo, relleno, no toxicidad y bajo costo. Es ampliamente utilizado en campos como resina epoxi, resina insaturada, elastómero de PVC, material de cable EVA, material compuesto de caucho, material de sellado electrónico y material de decoración de edificios. En el contexto de regulaciones ambientales globales cada vez más estrictas y la tendencia generalizada de retardantes de llama sin halógenos, el hidróxido de aluminio se ha convertido en la solución preferida para los sistemas retardantes de llama de materiales de alta gama debido a sus características de gas no volátil, no corrosivo y no tóxico.
El efecto retardante de llama más central y fundamental del hidróxido de aluminio es el efecto endotérmico de la descomposición térmica.
Cuando el material polimérico relleno se calienta entre 200 °C y 320 °C, el hidróxido de aluminio sufre una reacción de deshidratación completa, libera agua cristalina y se convierte en alúmina activada. La ecuación de reacción es la siguiente:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O ↑
Este proceso tiene dos características retardantes de llama clave:
1. Fuerte capacidad de absorción de calor: cada gramo de descomposición de hidróxido de aluminio puede absorber 1050-1200 J de calor, lo que puede absorber rápidamente el calor de combustión en la superficie y el interior del material, forzando que la temperatura del sustrato sea inferior a la temperatura crítica de descomposición térmica, terminando o retrasando así la combustión.
2. Umbral de temperatura preciso: la temperatura de descomposición coincide en gran medida con la temperatura de degradación térmica de la mayoría de los materiales termoplásticos y resinas termoestables, y el mecanismo retardante de llama se puede activar inmediatamente cuando el material ingresa al rango de temperatura peligroso, logrando una protección temprana.
Comprensión simple: el hidróxido de aluminio es como un "sistema de enfriamiento" dentro del material, que absorbe una gran cantidad de calor en el momento de la ignición, imposibilitando que el material mantenga la temperatura de combustión y suprimiendo la continuación de la combustión desde la raíz.
Durante el proceso de deshidratación y descomposición,hidróxido de aluminioLibera una gran cantidad de vapor de agua a alta temperatura, que es su segunda función retardante de llama clave.
El vapor de agua forma una barrera gaseosa de alta densidad en la superficie del material, consiguiendo un triple efecto retardante de llama:
1. Dilución de gases combustibles: Los gases combustibles como el monóxido de carbono, los alcanos y los alquenos producidos por la descomposición térmica de materiales se diluyen en gran medida con el vapor de agua, reduciendo su concentración por debajo del límite de combustión.
2. Aislamiento de oxígeno: el vapor de agua ocupa el espacio de la interfaz de combustión, lo que reduce la difusión de oxígeno externo hacia el material y crea un ambiente débilmente oxidante.
3. Reducir la temperatura de la fase gaseosa: la gasificación con vapor de agua absorbe aún más el calor, reduce la temperatura de la llama y debilita la radiación térmica sostenida de la llama sobre el sustrato.
A diferencia de los retardantes de llama halogenados, el vapor de agua liberado por el hidróxido de aluminio no es tóxico, no es corrosivo ni cancerígeno y cumple plenamente con los estándares ambientales globales como EU REACH, RoHS y US UL, lo que lo convierte en un representante central de los sistemas retardantes de llama ecológicos.
Después de la deshidratación del hidróxido de aluminio, se generará in situ sobre la superficie del material una capa de alúmina activada (Al₂O₃) blanca, densa, de alto punto de fusión y no inflamable.
El óxido de aluminio tiene un punto de fusión de hasta 2050 ℃ y posee una fuerte estabilidad térmica y resistencia estructural, sirviendo como una triple barrera física:
1. Aislar la transferencia de calor: bloquear las llamas externas para que no irradien calor al sustrato interno y evitar una mayor descomposición térmica del material.
2. Bloquee el goteo de gotas: fije el polímero fundido para evitar la combustión secundaria o la propagación del fuego causada por el goteo de gotas.
3. Bloquear gases combustibles: suprimir el escape de gases combustibles internos y cortar el suministro de sustancias en combustión.
Esta capa de cubierta de alúmina no se quema, no humea ni se rompe, y es una base física importante para lograr un retardo de llama duradero del hidróxido de aluminio.
En accidentes de incendio reales, el humo espeso y los gases tóxicos son los principales factores que causan daños. La principal ventaja del hidróxido de aluminio en comparación con otros retardantes de llama es la retardación de llama sincrónica y una fuerte supresión de humo.
Su mecanismo de supresión de humo se refleja en tres aspectos:
1. Supresión de la generación de humo y polvo a baja temperatura: absorber calor y enfriar con anticipación para reducir el humo negro, el alquitrán y las partículas tóxicas generadas por el craqueo de materiales a alta temperatura.
2. Adsorción física de partículas de humo por la capa de alúmina: la estructura de la superficie porosa puede capturar partículas de humo y reducir la concentración de humo.
3. Sin contaminación secundaria: no produce humo altamente tóxico como haluros de hidrógeno y dioxinas, y cumple con los estrictos requisitos de densidad de humo en campos como la construcción, el transporte, los materiales de interior y el tránsito ferroviario.
En aplicaciones como resina epoxi, materiales compuestos SMC/BMC, alambres y cables, agregar hidróxido de aluminio puede reducir la densidad del humo (DS) del material en más de un 60 %, mejorando significativamente la seguridad contra incendios.
hidróxido de aluminiono actúa solo y puede formar un efecto de carbonización sinérgico con la matriz de resina en sistemas de alto llenado
1. La capa de alúmina promueve la rápida formación de una capa de carbono estable en la superficie del sustrato;
2. La absorción de calor y la deshidratación aceleran la densificación de la capa de carbono, potenciando su capacidad antioxidante;
3. Reduzca el tiempo de combustión, haga que el material se autoextinga y deje de quemar inmediatamente después de abandonar la llama.
Este efecto sinérgico permite que el hidróxido de aluminio exhiba una eficiencia retardante de llama muy superior a la de los rellenos inorgánicos ordinarios en resinas epoxi altamente cargadas, poliésteres insaturados y elastómeros.
Teniendo en cuenta los efectos anteriores, el hidróxido de aluminio no logra retardar la llama mediante un solo mecanismo, sino mediante la ocurrencia simultánea de cuatro funciones: absorción de calor y enfriamiento, dilución en fase gaseosa, aislamiento en fase sólida, supresión de humo y fijación de carbono sólido, formando una red retardante de llama tridimensional completa:
1. Absorción de calor: enfriamiento forzado para evitar la pirólisis continua de materiales;
2. Liberación de agua: Oxígeno diluido y gases combustibles;
3. Formación de la cubierta: formación de una capa aislante de alúmina;
4. Supresión de humo: Reducir el humo tóxico y mejorar la seguridad.
Esta es también la razón fundamental por la que el hidróxido de aluminio puede convertirse en el material principal en el campo mundial de los retardantes de llama libres de halógenos.
