Alüminyum hidroksit: Neden doğrudan kullanılamaz?
İnorganik amfoterik hidroksitler (alüminyum hidroksit (Al(OH)3, ATH)), son derece etkili alev geciktirici, duman bastırıcı ve dolgu özelliklerine sahiptir. Isıl ayrışma sonucunda toksik veya aşındırıcı gazlar üretmez ve polimerik organik malzemelerde alev geciktirici dolgu maddesi olarak kullanılabilir. Günümüzde, ATH’nin alev geciktirici olarak kullanımı her geçen yıl artmakta ve ATH, küresel olarak en önemli inorganik alev geciktirici haline gelmiştir.
Önce Modifikasyon, Sonra Alev Geciktirme
Genellikle üreticiler, polimerik organik malzemelerin alev geciktirici özelliklerini iyileştirmek için yanıcı malzemeleri toz alüminyum hidroksit (ATH) ile doldurur veya yanıcı malzemelerin yüzeyini ATH içeren alev geciktirici bir kaplama ile kaplar.
Ayrıca, ATH üç hidroksil grubu (-OH) içerdiğinden, yüzeyi asimetrik ve oldukça polardır. Yüzey hidroksil grupları hidrofilik ve oleofobik özellikler sergiler ve bu da polimerik organik malzemelere eklendiğinde aglomerasyona eğilimli hale gelerek malzemenin mekanik özelliklerini doğrudan etkiler.
Bu nedenle, alüminyum hidroksitin kullanımdan önce yüzey modifikasyonuna tabi tutulması gerekir.
Alüminyum Hidroksit Yüzey Modifikasyonu
Yüzey modifikasyonu, inorganik toz malzemelerin özelliklerini optimize etmek için kullanılan temel teknolojilerden biridir ve inorganik tozların uygulama performansını ve değerini iyileştirmede önemli bir rol oynar. İnorganik parçacıkların yüzey modifikasyonu, bir veya daha fazla maddenin inorganik parçacıkların yüzeyine adsorpsiyonunu veya kapsüllenmesini ifade eder ve çekirdek-kabuk kompozit bir yapı oluşturur. Bu işlem, esasen farklı maddelerin kompozit bir işlemidir.
Modifiye Edicilerin Türleri ve Özellikleri
Birçok toz yüzey modifiye edici türü vardır, ancak standart bir sınıflandırma yöntemi yoktur. İnorganik toz modifikasyonu için modifiye ediciler temel olarak iki kategoriye ayrılır: yüzey aktif maddeler ve bağlayıcı ajanlar.
(1) Bağlayıcı Maddeler
Bağlayıcı maddeler, organik polimerler ve inorganik dolgu maddelerinden oluşan çeşitli kompozit malzeme sistemleri için uygundur. Bağlayıcı maddelerle yüzey modifikasyonundan sonra, inorganik malzemenin polimerle uyumluluğu ve dağılabilirliği artar. İnorganik malzemenin yüzeyi hidrofilik ve oleofobikten oleofilik ve hidrofobiğe dönüşerek organik polimerle afinitesini artırır.
Bağlayıcı maddeler çeşitlidir ve kimyasal yapı ve bileşimlerine göre dört ana kategoriye ayrılabilir: organik kompleksler, silanlar, titanatlar ve alüminatlar.
(2) Yüzey Aktif Maddeler
Yüzey aktif maddeler, çok az miktarda kullanıldığında bir malzemenin yüzey veya arayüz özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilen maddelerdir. Bunlar arasında yüksek yağ asitleri ve tuzları, alkoller, aminler ve esterler gibi anyonik, katyonik ve noniyonik yüzey aktif maddeler bulunur. Moleküler yapıları, bir ucunda polimer moleküllerine benzer uzun zincirli bir alkil grubu, diğer ucunda ise karboksil, eter ve amino grupları gibi polar gruplar ile karakterize edilir.
Modifiye etkisi nasıl belirlenebilir?
Modifiye alüminyum hidroksit güvenilir midir? Ne kadar güvenilirdir? Bu, modifikasyon etkisinin değerlendirilmesini ve karakterize edilmesini gerektirir.
Şu anda, alüminyum hidroksit alev geciktiricilerin alev geciktirici etkisi, malzemenin oksijen indeksi, dikey ve yatay yanıcılık indeksi, duman üretimi, termogravimetrik analiz ve yanma sırasında mekanik özelliklerinin test edilmesi gibi doğrudan yöntemlerle veya modifikasyon etkisini dolaylı olarak test etmek için toz absorbansı, aktivasyon indeksi ve yağ absorpsiyon değerinin ölçülmesiyle dolaylı olarak değerlendirilebilir.
(1) Absorbans
Modifiye edilmemiş ATH’nin yüzeyinde hidrofilik ve oleofobik hidroksil grupları bulunur ve bu da suda çözünmesini veya dibe çökmesini sağlar. Modifikasyondan sonra, ATH’nin yüzeyi hidrofilik ve oleofobik hale gelir ve yüzey özellikleri modifiye edilmemiş formun tamamen tersidir. Dibe çökemez veya dibe çökemez ve sadece yüzeyde yüzebilir. Ancak modifiye edilmiş ATH, yağlarda (sıvı parafin gibi) iyi çözünebilir veya çökebilir.
(2) Aktivasyon İndeksi
Modifiye edilmemiş ATH, yüzey hidroksil gruplarının (-OH) yapısı nedeniyle çok güçlü bir polariteye sahiptir ve benzer özelliklere sahip suda serbestçe çözünmesini veya çökmesini sağlar. Modifikasyondan sonra ATH, yüzeyinde lipofilik gruplardan oluşan bir tabaka oluşturur ve yüzey hidroksil grupları (-OH) bu tabakanın içinde kapsüllenir. Modifikasyon etkisi ne kadar iyi olursa, ATH yüzeyinin lipofilik grup kapsama oranı o kadar yüksek olur ve modifiye edilmiş ATH su yüzeyinde o kadar fazla yüzer.
(3) Yağ Emilim Değeri
Yağ emilim değerinin ölçülmesi, ATH’ye hint yağı eklenmesini ve karıştırılmasını gerektirir. Modifikasyondan önce ATH, hidrofilik ve oleofobik özellikleri nedeniyle küreler oluşturmak için daha fazla hint yağı gerektirir. Yüzey modifikasyonu sonrasında hidrofilik ve oleofobik hale gelerek ATH’nin polimer içerisindeki dağılabilirliğini artırmakta ve toz aglomerasyonu ile oluşan boşlukları azaltmaktadır.