ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साइड(ATH, Al(OH)₃), जगातील सर्वात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे आणि पर्यावरणास अनुकूल हॅलोजन-मुक्त अजैविक ज्वालारोधक म्हणून, ज्वाला मंदता, धूर दाबणे, भरणे, विषारी नसणे आणि कमी किमतीचे पाच मुख्य फायदे आहेत. हे इपॉक्सी राळ, असंतृप्त राळ, पीव्हीसी इलास्टोमर, ईव्हीए केबल सामग्री, रबर संमिश्र सामग्री, इलेक्ट्रॉनिक सीलिंग सामग्री आणि इमारत सजावट सामग्री यासारख्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते. वाढत्या कडक जागतिक पर्यावरणीय नियमांच्या पार्श्वभूमीवर आणि हॅलोजन-मुक्त फ्लेम रिटार्डंटच्या मुख्य प्रवाहाच्या ट्रेंडच्या पार्श्वभूमीवर, ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड हा उच्च-अंतिम सामग्रीच्या ज्वालारोधक प्रणालींसाठी पसंतीचा उपाय बनला आहे.
ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडचा सर्वात कोर आणि मूलभूत ज्वालारोधक प्रभाव म्हणजे थर्मल विघटनचा एंडोथर्मिक प्रभाव.
जेव्हा भरलेले पॉलिमर साहित्य 200°C - 320°C च्या श्रेणीत गरम केले जाते, तेव्हा ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड संपूर्ण निर्जलीकरण प्रतिक्रिया देते, क्रिस्टल पाणी सोडते आणि सक्रिय ॲल्युमिनामध्ये रूपांतरित होते. प्रतिक्रिया समीकरण खालीलप्रमाणे आहे:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
या प्रक्रियेत दोन प्रमुख ज्वालारोधक वैशिष्ट्ये आहेत:
1. मजबूत उष्णता शोषण्याची क्षमता: ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडचे प्रत्येक ग्रॅम विघटन 1050-1200 J उष्णता शोषून घेऊ शकते, जे पृष्ठभागावर आणि सामग्रीच्या आतील ज्वलनाची उष्णता त्वरीत शोषून घेऊ शकते, सब्सट्रेटचे तापमान गंभीर तापमानापेक्षा कमी ठेवण्यास भाग पाडते, थर्मल विघटन किंवा थर्मल विघटन टर्मद्वारे.
2. अचूक तापमान थ्रेशोल्ड: बहुतेक थर्मोप्लास्टिक सामग्री आणि थर्मोसेटिंग रेजिनच्या थर्मल डिग्रेडेशन तापमानाशी विघटन तापमान अत्यंत जुळते आणि जेव्हा सामग्री धोकादायक तापमान श्रेणीमध्ये प्रवेश करते तेव्हा ज्वालारोधी यंत्रणा त्वरित सक्रिय केली जाऊ शकते, लवकर संरक्षण प्राप्त होते.
साधी समज: ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड ही सामग्रीच्या आत "कूलिंग सिस्टम" सारखी असते, प्रज्वलनाच्या क्षणी मोठ्या प्रमाणात उष्णता शोषून घेते, ज्यामुळे सामग्रीचे दहन तापमान राखणे अशक्य होते आणि मूळपासून ज्वलन चालू राहणे दाबून टाकते.
निर्जलीकरण आणि विघटन प्रक्रियेदरम्यान,ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साइडउच्च-तापमान पाण्याची वाफ मोठ्या प्रमाणात सोडते, जे त्याचे दुसरे प्रमुख ज्वालारोधक कार्य आहे.
पाण्याची वाफ सामग्रीच्या पृष्ठभागावर उच्च-घनता वायूचा अडथळा बनवते, ज्यामुळे तिहेरी ज्वालारोधक प्रभाव प्राप्त होतो:
1. ज्वलनशील वायूंचे पातळीकरण: पदार्थांच्या थर्मल विघटनाने निर्माण होणारे कार्बन मोनॉक्साईड, अल्केन आणि अल्केन्स यांसारखे ज्वलनशील वायू पाण्याच्या वाफेने मोठ्या प्रमाणात पातळ केले जातात, ज्यामुळे त्यांची एकाग्रता दहन मर्यादेपेक्षा कमी होते.
2. ऑक्सिजनचे पृथक्करण: पाण्याची वाफ ज्वलन इंटरफेस जागा व्यापते, सामग्रीमध्ये बाह्य ऑक्सिजनचा प्रसार कमी करते आणि कमकुवत ऑक्सिडायझिंग वातावरण तयार करते.
3. गॅस फेज तापमान कमी करा: पाण्याची वाफ गॅसिफिकेशन उष्णता शोषून घेते, ज्वालाचे तापमान कमी करते आणि सब्सट्रेटवरील ज्वालाचे सतत थर्मल रेडिएशन कमकुवत करते.
हॅलोजनेटेड फ्लेम रिटार्डंट्सच्या विपरीत, ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडद्वारे सोडलेली पाण्याची वाफ गैर-विषारी, संक्षारक आणि गैर-कार्सिनोजेनिक असते, जी EU REACH, RoHS आणि US UL सारख्या जागतिक पर्यावरणीय मानकांचे पूर्णपणे पालन करते, ज्यामुळे ते ग्रीन फ्लेम रिटार्डंट सिस्टमचे मुख्य प्रतिनिधी बनते.
ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडच्या निर्जलीकरणानंतर, सामग्रीच्या पृष्ठभागावर पांढरा, दाट, उच्च वितळणारा बिंदू आणि ज्वलनशील सक्रिय ॲल्युमिना (Al₂O₃) चा थर तयार होईल.
ॲल्युमिनियम ऑक्साईडचा वितळण्याचा बिंदू 2050 ℃ पर्यंत असतो आणि त्यात मजबूत थर्मल स्थिरता आणि संरचनात्मक सामर्थ्य असते, तिहेरी भौतिक अडथळा म्हणून काम करते:
1. पृथक उष्णता हस्तांतरण: बाह्य ज्वालांना अंतर्गत थरापर्यंत उष्णता पसरण्यापासून रोखा आणि सामग्रीचे पुढील थर्मल विघटन रोखा.
2. ड्रॉपलेट ड्रिपिंग अवरोधित करा: थेंबाच्या थेंबामुळे दुय्यम ज्वलन किंवा आग पसरू नये म्हणून पॉलिमर वितळणे निश्चित करा.
3. ज्वलनशील वायूंमध्ये लॉक करा: अंतर्गत ज्वालाग्राही वायू बाहेर पडणे दाबून टाका आणि ज्वलनशील पदार्थांचा पुरवठा बंद करा.
ॲल्युमिना शेलचा हा थर जळणार नाही, धूर होणार नाही किंवा तुटणार नाही आणि ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडची दीर्घकाळ टिकणारी ज्योत मंदता साध्य करण्यासाठी हा एक महत्त्वाचा भौतिक आधार आहे.
वास्तविक आगीच्या अपघातांमध्ये, दाट धूर आणि विषारी वायू हे प्राथमिक कारणांमुळे नुकसान होते. इतर ज्वालारोधकांच्या तुलनेत ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडचा मुख्य फायदा म्हणजे समकालिक ज्वाला मंदता आणि मजबूत धूर दडपशाही.
त्याची धूर दाबण्याची यंत्रणा तीन पैलूंमध्ये प्रतिबिंबित होते:
1. धूर आणि धूळ निर्मितीचे कमी तापमान दाबणे: सामग्रीच्या उच्च-तापमान क्रॅकिंगमुळे निर्माण होणारा काळा धूर, डांबर आणि विषारी कण कमी करण्यासाठी उष्णता आणि थंडपणा आगाऊ शोषून घेणे.
2. ॲल्युमिना लेयरद्वारे धुराच्या कणांचे शारीरिक शोषण: सच्छिद्र पृष्ठभागाची रचना धुराचे कण कॅप्चर करू शकते आणि धुराची एकाग्रता कमी करू शकते.
3. कोणतेही दुय्यम प्रदूषण नाही: हायड्रोजन हॅलाइड्स आणि डायऑक्सिन्स यांसारखा अत्यंत विषारी धूर तयार करत नाही आणि बांधकाम, वाहतूक, घरातील साहित्य आणि रेल्वे ट्रान्झिट यांसारख्या क्षेत्रात धुराच्या घनतेच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण करतो.
इपॉक्सी राळ, SMC/BMC संमिश्र साहित्य, वायर आणि केबल्स यांसारख्या ऍप्लिकेशन्समध्ये, ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड जोडल्याने सामग्रीची धुराची घनता (DS) 60% पेक्षा कमी होऊ शकते, ज्यामुळे अग्निसुरक्षेत लक्षणीय सुधारणा होते.
ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साइडएकट्याने कार्य करत नाही आणि उच्च फिलिंग सिस्टममध्ये रेझिन मॅट्रिक्ससह एक सिनेर्जिस्टिक कार्बनायझेशन प्रभाव तयार करू शकतो
1. ॲल्युमिना लेयर सब्सट्रेटच्या पृष्ठभागावर स्थिर कार्बन लेयरच्या जलद निर्मितीस प्रोत्साहन देते;
2. उष्णता शोषण आणि निर्जलीकरण कार्बन लेयरच्या घनतेला गती देते, त्याची अँटिऑक्सिडेंट क्षमता वाढवते;
3. ज्वलनाची वेळ कमी करा, सामग्री स्वत: विझवणारी बनवा आणि ज्योत सोडल्यानंतर लगेच जळणे थांबवा.
हा सिनर्जिस्टिक इफेक्ट ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईडला जास्त भरलेल्या इपॉक्सी रेजिन्स, असंतृप्त पॉलिस्टर्स आणि इलास्टोमर्समध्ये सामान्य अजैविक फिलर्सपेक्षा जास्त ज्वालारोधक कार्यक्षमता प्रदर्शित करण्यास सक्षम करतो.
वरील प्रभाव लक्षात घेता, ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड एकाच यंत्रणेद्वारे ज्वाला मंदता प्राप्त करत नाही, तर चार कार्ये एकाच वेळी घडवून आणते: उष्णता शोषण आणि शीतकरण, गॅस-फेज डायल्युशन, सॉलिड-फेज आयसोलेशन, स्मोक सप्रेशन, आणि सॉलिड कार्बन फिक्सेशन, थ्रीमेन्ड नेटवर्क तयार करणे.
1. उष्णता शोषण: सामग्रीचे सतत पायरोलिसिस टाळण्यासाठी सक्तीने थंड करणे;
2. पाणी सोडणे: ऑक्सिजन आणि ज्वलनशील वायू सौम्य करणे;
3. शेल निर्मिती: ॲल्युमिना इन्सुलेशन थर तयार करणे;
4. धुराचे दमन: विषारी धूर कमी करा आणि सुरक्षितता वाढवा.
जागतिक हॅलोजन-मुक्त ज्वालारोधक क्षेत्रात ॲल्युमिनियम हायड्रॉक्साईड मुख्य प्रवाहातील सामग्री बनण्याचे हे देखील मूलभूत कारण आहे.
