Hydroxyde d'aluminium(ATH, Al(OH)₃), en tant que retardateur de flamme inorganique sans halogène le plus largement utilisé et le plus respectueux de l'environnement au monde, présente cinq avantages fondamentaux : retardateur de flamme, suppression de fumée, remplissage, non toxicité et faible coût. Il est largement utilisé dans des domaines tels que la résine époxy, la résine insaturée, l'élastomère PVC, le matériau de câble EVA, le matériau composite en caoutchouc, le matériau d'étanchéité électronique et le matériau de décoration de bâtiment. Dans le contexte de réglementations environnementales mondiales de plus en plus strictes et de la tendance dominante des retardateurs de flamme sans halogène, l'hydroxyde d'aluminium est devenu la solution préférée pour les systèmes ignifuges de matériaux haut de gamme en raison de ses caractéristiques de gaz non volatiles, non corrosives et non toxiques.
L’effet ignifuge le plus fondamental et le plus fondamental de l’hydroxyde d’aluminium est l’effet endothermique de la décomposition thermique.
Lorsque le matériau polymère chargé est chauffé entre 200 °C et 320 °C, l'hydroxyde d'aluminium subit une réaction de déshydratation complète, libérant de l'eau cristalline et se transformant en alumine activée. L'équation de la réaction est la suivante :
2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O↑
Ce procédé présente deux caractéristiques ignifugeantes clés :
1. Forte capacité d'absorption de chaleur : chaque gramme de décomposition d'hydroxyde d'aluminium peut absorber 1 050 à 1 200 J de chaleur, ce qui peut rapidement absorber la chaleur de combustion à la surface et à l'intérieur du matériau, forcer la température du substrat à être inférieure à la température critique de décomposition thermique, mettant ainsi fin ou retardant la combustion.
2. Seuil de température précis : la température de décomposition correspond parfaitement à la température de dégradation thermique de la plupart des matériaux thermoplastiques et des résines thermodurcissables, et le mécanisme ignifuge peut être activé immédiatement lorsque le matériau entre dans la plage de température dangereuse, obtenant ainsi une protection précoce.
Compréhension simple : l'hydroxyde d'aluminium est comme un « système de refroidissement » à l'intérieur du matériau, absorbant une grande quantité de chaleur au moment de l'allumage, empêchant le matériau de maintenir la température de combustion et supprimant la poursuite de la combustion à partir de la racine.
Pendant le processus de déshydratation et de décomposition,hydroxyde d'aluminiumlibère une grande quantité de vapeur d’eau à haute température, qui est sa deuxième fonction ignifuge clé.
La vapeur d'eau forme une barrière gazeuse de haute densité à la surface du matériau, obtenant un triple effet ignifuge :
1. Dilution des gaz combustibles : Les gaz combustibles tels que le monoxyde de carbone, les alcanes et les alcènes produits par la décomposition thermique des matériaux sont fortement dilués par la vapeur d'eau, réduisant leur concentration en dessous de la limite de combustion.
2. Isolation de l'oxygène : La vapeur d'eau occupe l'espace d'interface de combustion, réduisant la diffusion de l'oxygène externe dans le matériau et créant un environnement faiblement oxydant.
3. Réduire la température de la phase gazeuse : la gazéification de la vapeur d'eau absorbe davantage la chaleur, réduit la température de la flamme et affaiblit le rayonnement thermique soutenu de la flamme sur le substrat.
Contrairement aux retardateurs de flamme halogénés, la vapeur d'eau libérée par l'hydroxyde d'aluminium est non toxique, non corrosive et non cancérigène, et est entièrement conforme aux normes environnementales mondiales telles que EU REACH, RoHS et US UL, ce qui en fait un représentant essentiel des systèmes ignifuges verts.
Après déshydratation de l'hydroxyde d'aluminium, une couche d'alumine activée (Al₂O₃) blanche, dense, à point de fusion élevé et ininflammable sera générée in situ à la surface du matériau.
L'oxyde d'aluminium a un point de fusion allant jusqu'à 2050 ℃ et possède une forte stabilité thermique et une forte résistance structurelle, servant de triple barrière physique :
1. Isoler le transfert de chaleur : empêcher les flammes externes de rayonner de la chaleur vers le substrat interne et empêcher toute décomposition thermique supplémentaire du matériau.
2. Bloquer l'égouttement des gouttelettes : fixer le polymère fondu pour éviter une combustion secondaire ou la propagation du feu causée par l'égouttement des gouttelettes.
3. Verrouiller les gaz combustibles : supprimer la fuite des gaz combustibles internes et couper l'alimentation en substances brûlantes.
Cette couche de coque en alumine ne brûle pas, ne fume pas et ne se casse pas et constitue une base physique importante pour obtenir un retardateur de flamme durable de l'hydroxyde d'aluminium.
Dans les incendies réels, la fumée épaisse et les gaz toxiques sont les principaux facteurs causant des dommages. Le principal avantage de l’hydroxyde d’aluminium par rapport aux autres retardateurs de flamme est un retardateur de flamme synchrone et une forte suppression de fumée.
Son mécanisme de suppression des fumées se reflète sous trois aspects :
1. Suppression à basse température de la génération de fumée et de poussière : absorption de la chaleur et du refroidissement à l'avance pour réduire la fumée noire, le goudron et les particules toxiques générées par la fissuration des matériaux à haute température.
2. Adsorption physique des particules de fumée par couche d'alumine : la structure de surface poreuse peut capturer les particules de fumée et réduire la concentration de fumée.
3. Aucune pollution secondaire : ne produit pas de fumée hautement toxique telle que les halogénures d'hydrogène et les dioxines, et répond aux exigences strictes de densité de fumée dans des domaines tels que la construction, les transports, les matériaux intérieurs et le transport ferroviaire.
Dans des applications telles que la résine époxy, les matériaux composites SMC/BMC, les fils et câbles, l'ajout d'hydroxyde d'aluminium peut réduire la densité de fumée (DS) du matériau de plus de 60 %, améliorant ainsi considérablement la sécurité incendie.
Hydroxyde d'aluminiumn'agit pas seul et peut former un effet de carbonisation synergique avec la matrice de résine dans les systèmes à remplissage élevé
1. La couche d'alumine favorise la formation rapide d'une couche de carbone stable à la surface du substrat ;
2. L’absorption de chaleur et la déshydratation accélèrent la densification de la couche de carbone, renforçant ainsi sa capacité antioxydante ;
3. Réduisez le temps de combustion, rendez le matériau auto-extinguible et arrêtez immédiatement de brûler après avoir quitté la flamme.
Cet effet synergique permet à l'hydroxyde d'aluminium de présenter une efficacité ignifuge dépassant de loin celle des charges inorganiques ordinaires dans les résines époxy hautement chargées, les polyesters insaturés et les élastomères.
Compte tenu des effets ci-dessus, l'hydroxyde d'aluminium n'atteint pas l'ignifugation par un seul mécanisme, mais plutôt par l'apparition simultanée de quatre fonctions : absorption de chaleur et refroidissement, dilution en phase gazeuse, isolation en phase solide, suppression de fumée et fixation du carbone solide, formant un réseau ignifuge tridimensionnel complet :
1. Absorption de chaleur : refroidissement forcé pour empêcher la pyrolyse continue des matériaux ;
2. Libération d'eau : diluer l'oxygène et les gaz combustibles ;
3. Formation de coque : formation d’une couche isolante en alumine ;
4. Suppression de la fumée : Réduisez la fumée toxique et améliorez la sécurité.
C'est également la raison fondamentale pour laquelle l'hydroxyde d'aluminium peut devenir le matériau principal dans le domaine mondial des retardateurs de flamme sans halogène.
