ATHおよびMDHをベースとした難燃剤
水酸化アルミニウム（ATH）および水酸化マグネシウム（MDH）をベースとする難燃剤は、高温下で結晶水を取り出しますが、その現象が始まる温度によって、両物質は異なります。 そのため、材料選定の第一歩は、加工工程でどの程度の温度に達するかを見極めることです。PPの場合のように、ATHがすでに水分を放出してしまうような温度に達する工程では、MDHの使用が検討されます。
分類
ATHまたはMDHを難燃剤として分類する
アルファ・カルサイトの製品ラインナップに含まれる水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウム
Alpha Calcit社の難燃剤は、2種類の鉱物性水酸化物、すなわち化学式Al(OH)₃のアルミニウム水酸化物と、化学式Mg(OH)₂のマグネシウム水酸化物を主成分としています。略称のATHおよびMDHは、それぞれ「アルミニウム三水酸化物」および「マグネシウム二水酸化物」の名称に由来しています。 当社では、ATHを「ALFRIMAL®」ブランドで、MDHを「ALFRIMAL® MG」ブランドとして取り扱っています。これらの有効成分はいずれも、材料が特定の温度を超えると水分を放出するという物理的な作用によって機能します。
Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG社の水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムには、ハロゲンは含まれていません。防火機能に加え、ATHおよびMDHは充填剤として配合に体積をもたらし、剛性や表面特性に影響を与えることができます。両製品ラインとも、複数の粒度および表面仕上げをご用意しています。
Alpha CALCIT Füllstoff GmbH & Co. KG社の水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムには、ハロゲンは含まれていません。防火機能に加え、ATHおよびMDHは充填剤として配合に体積をもたらし、剛性や表面特性に影響を与えることができます。両製品ラインとも、複数の粒度および表面仕上げをご用意しています。
作用原理
どの温度でATHとMDHが火災時に水分を放出するか
2つの異なる分解温度における燃焼過程の3つの段階
これら2つの水酸化物は、結晶格子内に水を保持しており、その量はそれぞれ質量の約3分の1を占めます。水酸化アルミニウムは約200 °Cからこの水を放出し始めますが、水酸化マグネシウムは約300 °Cまで水を保持し、その温度から初めて放出します。 結晶に結合した水がいつ放出されるかは、材料が置かれている温度範囲によって決まります。ALFRIMAL®およびALFRIMAL® MGは分解温度範囲が狭いため、狭い温度範囲内で水分を放出します。
火災時の経過は3つの段階に分けられます。その過程で生じる物理的現象は、ATHやMDHがどのような用途で使用されるかとは無関係に進行します。
分解温度まで加熱する
材料内の温度が、それぞれの水酸化物の分解温度を下回っている限り、水は結晶内に結合したままとなります。この閾値は、製品の製造過程においてもすでに適用されます。例えば、PPの加工では、製品が完成する前にATHはすでに水分を失ってしまいますが、MDHの場合、その閾値はより高くなっています。
脱水伴う分解
火災の温度が分解温度を超えると、水酸化物は水を放出します。この分解にはエネルギーが消費されるため、火災から熱を奪い、熱分解を遅らせます。 発生した水蒸気は、可燃性ガスの濃度を低下させ、火災現場から酸素を追い出します。
バリアとしての酸化物残留物
水分が蒸発すると、金属酸化物が残ります。これらは表面に層を形成し、その下にある材料への熱の伝達や酸素の侵入を妨げます。
素材比較
水酸化アルミニウムと水酸化マグネシウムの違い
両方の有効成分ベースについて、行ごとに確認された特性
| 特性 | 水酸化アルミニウム（ATH） | 水酸化マグネシウム（MDH） |
|---|---|---|
| 化学式 | Al(OH)₃ | Mg(OH)₂ |
| アルファ・カルシットのブランド | ALFRIMAL® | ALFRIMAL® MG |
| 給水の開始 | 約200 °C以上 | 約300 °C以上 |
| 結合水 | 質量の約3分の1 | 質量の約3分の1 |
| 熱的安定性 | 約200 °Cまで | ATHよりも高い |
| 表面の特徴 | 両性 | アルカリ性 |
| 粘度と流動特性 | 配合や用途によって異なります | 配合や用途によって異なります |
| 火災ガスと煙 | ハロゲンを含まないため、有毒ガスが発生しない | ハロゲンを含まないため、有毒ガスが発生しない |
| 平均粒径 d₅₀ | 1.3～20 µm（タイプにより異なる） | 2～8 µm（タイプにより異なる） |
| 白色度 Ry | 94～98（タイプにより異なる） | 93～95（タイプにより異なる） |
| 仕様 | 粒度や表面処理が異なる各種タイプ（そのうち2種類は沈殿処理済み） | 疎水性表面コーティングの有無およびさまざまな粒子径 |
d₅₀および白度は、法的拘束力のない平均値です。
これら2つの素材のどちらを選ぶかについては、通常、放水に関する項目が出発点となります。これは、難燃剤がお客様の加工温度に耐えられるかどうかを示す指標となるからです。 例えば、PPの加工の場合、この数値はMDHの採用を支持する要因となります。その後、表面特性が、配合における添加剤の作用や、粘度および流動特性の調整にどのように影響するかが決定要因となりますが、これは実際の原材料を用いた試験を行って初めて明らかになります。
ALFRIMAL®の切削済み、コーティング済み、およびコーティングなしの各タイプの比較
| 実行 | 種類 | 平均粒径 d₅₀ | 白色度 Ry | 特徴 |
|---|---|---|---|---|
| 気に入る | ALFRIMAL® 506 P、509 P | 1.4 µm および 1.3 µm | 98 および 97 | 非常に微細な粒子で、難燃性・低発煙性を備えており、製品の色、表面、手触りを損なうことはありません |
| コーティングなし、非常にきめ細か | ALFRIMAL® 104、105、106 | 4 µm、3 µm、2 µm | 97, 97, 98 | 微細に粉砕されたATHの代替品；幅広い用途 |
| 疎水性表面処理が施されている | ALFRIMAL® 104 HS、106 HS | 4 µm および 2 µm | 白、Ryの指定なし | 撥水性表面；マトリックスとの疎水性相互作用が求められる配合向け |
3つのタイプはすべて、ケーブル混合物、ゴム製品、およびエラストマーフォーム向けに設計されています。このうち、沈殿処理されたタイプが平均粒径が最も小さくなっています。表面処理されたタイプは、非極性寄りの配合において鉱物の濡れ性を向上させたい場合に適しています。 また、ソリッドサーフェス用途においては、非常に微細な未コーティングタイプを他のATHタイプと組み合わせて使用することも可能です。お客様の配合に最適なタイプについては、サンプルを用いた共同試験により確認できます。
用途
ATHまたはMDHを用いたハロゲンフリー難燃剤が適している場合
用途と目標とする防火等級を出発点として
製品にハロゲンフリーの無機系難燃剤が必要か、それとも無機系充填剤で十分かは、用途や達成したい防火等級などによって異なります。 用途によって火災時の挙動は異なり、場合によっては適用される防火等級も異なります。例えば、プラスチックは左官材よりも燃えやすい傾向があります。より高い防火等級を達成するには、ATHやMDHなどの難燃剤を配合に組み込む必要があります。
お客様の用途にオーダーメイドのソリューションが適しているかどうかは、技術相談を通じて確認することができます。
防火におけるATHおよびMDHの利点
ATHおよびMDHの利点の一つは、ハロゲンを含まない組成にある。火災が発生しても、難燃剤自体からはハロゲン化水素が放出されない。火災の際、有毒ガスや腐食性ガスが発生することはない。
さらに、これら2つの素材はいずれも発煙を大幅に抑制することができます。ATHとMDHは環境に無害であり、火災後に残る酸化層も安全です。
配合における充填率の意味
これら2種類の水酸化物の効果は使用量に依存するため、通常は高い充填率が一般的です。お客様の配合においてどの程度の充填率が必要かは、用途、防火試験で求められる結果、希望する加工性、そして最終製品に求める表面特性などによって決まります。 充填率の一般的な範囲については、配合によって異なるため、ここでは明記しません。 充填率が高くなると、粘度と密度が増加し、加工時の材料の粘り気が強くなります。したがって、充填率の増加がお客様の工程にどのような影響を与えるかは、お客様と調整の上、サンプルを用いた試験を行って初めて明らかになります。
ATHが適している状況
加工温度が、水酸化アルミニウムが水分を放出する温度範囲を下回る場合、ATHが有効成分のベースとして利用可能です。主にケーブル、ゴム、熱可塑性プラスチック産業で使用されています。 ATHは、製品の色、表面、手触りを損なうことなく、難燃効果を発揮します。ALFRIMAL®シリーズの中では、非常に微細なタイプは主にケーブル用コンパウンドに、粗めのタイプは樹脂、塗料、コーティング、鉱物系材料などに使用されます。 ALFRIMAL®の各グレードは、pH値に関係なく効果を発揮します。お客様の配合における添加剤とATHがどのように相互作用するかについては、試験を通じてお客様と共同で検証いたします。
MDHが適している状況
PPの加工はMDHの典型的な例です。なぜなら、ATHではその温度ですでに水分が分離してしまうのに対し、ALFRIMAL® MGは約300 °Cになって初めて水分を放出するからです。 ALFRIMAL® MGは、ケーブルの被覆配合、エラストマー、TPE、白色製品用の絶縁プラスチック、屋根用シートなどに使用されることが想定されています。疎水性コーティングの有無のいずれが適しているかは、お客様の用途に基づいて検討いたします。
選択
ATHとMDHの選択基準
絞り込み条件
加工温度未満で脱水が始まる難燃剤は、製品が完成する前にその効果を失ってしまいます。これは、加工工程において不良品や表面の欠陥につながる可能性もあります。 したがって、まずミキサーや押出機での加工工程でどの程度の温度に達するかを確認してください。例えば、PPの加工の場合、この確認によりMDHが導き出されます。表の残りの行は、選択した有効成分ベースの中で、どのタイプがお客様の配合に適しているかを絞り込むためのものです。
| Parameter | 技術的な意義 | 選考への影響 |
|---|---|---|
| プロセスの加工温度 | 分解温度を超えると、ミキサーや押出機の中で既に脱水が始まる | ATHとMDHのどちらを選ぶかを決定する |
| 有効成分の基盤 | どの温度から水が放出されるかを設定します | ATH：約200 °C以上、MDH：約300 °C以上 |
| 表面の特徴 | ATHは両性、MDHは塩基性；添加剤との相互作用に影響を与える | 配合の添加物を候補リストに含める |
| 粒度分布 | 分散性、表面品質、および達成可能な充填率などに影響を与える | 粘度の上昇が著しい場合は、よりきめ細かいタイプを使用すると表面が均一になり、負荷が高い場合は、より粗いタイプを使用します。 |
| 表面処理 | 未処理の表面は親水性であり、コーティングされた表面は疎水性である | 疎水性コーティングは分散性を向上させ、より高い充填率を実現できる。その効果は用途によって異なる。 |
| 充填率 | ミネラルによる効果は使用量に依存し、また、当該処方の充填率や用途によっても異なります。 | 厚さは、用途、試験結果、加工性、表面状態などに基づいて決定されます。 |
| 結合剤およびその他の配合成分 | 最終製品において、難燃剤がいつ、どのように作用するかに影響を与える | 貴社の検査室とアルファ・カルシットの検査室との連携に関する評価 |
このリストはすべてを網羅しているわけではありません。その他の影響要因は、配合や使用方法によって異なります。
ソリッドサーフェスを例とした疎水性コーティング
ソリッドサーフェス、すなわちカウンタートップ、壁面仕上げ、棚、窓枠などに使用される鉱物系素材は、ATHの撥水コーティングがどのような効果をもたらすかを示しています。 特殊コーティングを施すことで、充填された樹脂ペーストの粘度を低下させ、耐薬品性・防汚性に優れた表面を実現できます。さらに、分散性を向上させることもできるため、状況によってはペーストへの充填率を高めることが可能です。 どのタイプや粒度を選べばよいかについては、配合ごとに異なるため、一概には言えません。
技術コンサルティング
技術相談におけるATHとMDHの選択
一次選考のために必要な情報
技術的なご相談には、お客様の用途、最高温度が発生するおおよその加工工程、これまで使用されてきた充填材、求められる防火試験、および色・表面仕上げ・密度に関するご要件などの情報が必要となります。 これらの情報をもとに、お客様と協議の上、有効成分のベースを決定し、候補となるALFRIMAL®のタイプを個別に選定するか、あるいはお客様の用途に合わせたソリューションが適切かどうかを検討いたします。その際、サンプルをお送りしますので、お客様ご自身の配合で試験を行ってください。 お客様の用途に応じて適切と判断される場合は、コーティング済みと未コーティングの製品を並べて比較検証できるよう、サンプルを組み合わせてご提供いたします。
お問い合わせ：営業部· 電話 +49 2236 8914-0 · Eメール sales@alpha-calcit.de
製品ライン
ATH用ALFRIMAL®、MDH用ALFRIMAL® MG
どのラインがどの有効成分ベースに属するか
ALFRIMAL®は、当社の水酸化アルミニウム系難燃剤のシリーズです。各タイプは、粒子径や表面処理などの点で異なります。粗粒タイプのものには、粒子径分布が最適化されたものがあり、これらは高充填率を実現し、高充填システムの加工性を向上させることができます。 概要については、「水酸化アルミニウム系ALFRIMAL®のタイプ」をご覧ください。
ALFRIMAL® MGは、水酸化マグネシウムをベースとした製品ラインで、疎水性表面コーティングを施したものと施していないものがあります。PPなどの加工において、ATHの温度範囲を超える場合などに適しています。 仕様およびタイプについては、水酸化マグネシウムの製品ページにある「ALFRIMAL® MG」をご参照ください。両シリーズとも、管理された供給源から製造されています。
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よくある質問
レシピ開発者からよく寄せられる、ATHおよびMDHに関する質問
関連情報
ATHおよびMDHに関する関連ページ
- 水酸化アルミニウムをベースとしたALFRIMAL®製品· ALFRIMAL®シリーズの製品一覧
- ALFRIMAL® MG（水酸化マグネシウム製品ページ）· ALFRIMAL® MGシリーズの製品タイプと仕様
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