Aluminiumoxidhydrat

Aluminiumoxidhydrat, også kaldet aluminiumtrihydroxid eller kort ATH, er et hvidt pulver, der bruges som flammehæmmer og røgdæmper, når det tilsættes polymerer som gummi og tæpper. Det ses ofte brugt som en ingrediens.

Termisk nedbrydning af boehmit og gibbsit fører til lamellære eller fibrøse former af aluminiumoxidhydrat, afhængigt af fremstillingsmetoden, som derefter kan omdannes ved hydrotermisk behandling til bayerit- eller g-Al2O3-materialer.

1. Flammehæmmende

Korund (a-Al2O3), den naturlige polymorf af aluminiumoxid, er hård og kemisk inaktiv, har et ekstremt højt specifikt overfladeareal på 5m2/g-1 og er det primære råmateriale, der bruges til at fremstille slibemidler. Aluminiumoxid af G-typen er på den anden side mere reaktivt end korund og bruges som katalysatorunderlag; de kan fremstilles ved varmebehandling af gibbsit eller boehmit og har forskellige BET-overfladearealer (N2).

Kommerciel aluminiumoxid fremstilles af gibbsit ved hjælp af Bayer-processen, som indebærer udvaskning efterfulgt af udfældning af renset gibbsit. Dette resulterer i en række små sfæriske krystaller samt større partikler sammensat af tabulære og prismatiske krystaller, der danner aggregater.

Disse aluminiumoxider kan identificeres ved deres tilstedeværelse af fire Al(OH)3-polymorfer med plane pseudohexagonale tabelstrukturer, der alle deler en lignende krystalstruktur med to rækker af kantdelte oktaedre, der er forbundet med en række af fem brodannende hydroxylgrupper, som forbinder dem (figur 3.1). Deres særlige kendetegn er deres stablingssekvenser og geometrien af hydrogenbindinger mellem lagene og inden for lagene samt varierende belægning af ikke-spinel-steder i forhold til dem, der deles mellem tetraeder- og oktaeder (figur 3.1).

Opvarmning under kontrolleret vanddamptryk kan omdanne g-Al(OH)3 til det mere stabile a-Al(OH)3, hvilket gør adsorption og omstrukturering af overfladestrukturer lettere. Lavere temperatur og højere vanddamptryk er med til at lette denne omdannelse ved at frigøre bundne vandmolekyler på aluminiumoxidoverfladen og efterlade frie hydroxylsyrer på overfladen til gasabsorption og strukturel omlejring.

Aluminiumoxidhydrater er velkendte for deres evne til at adsorbere gasser, samtidig med at de fungerer som flammehæmmere, og deres opførsel i luft afhænger både af arten af den gas, der adsorberes, og dens form.

Generelt har aluminiumoxid med større overfladeareal en tendens til at udvise bedre flammehæmmende egenskaber end dem med lavere overfladeareal. Disse forskelle hænger sandsynligvis sammen med, at deres øgede overfladeareal tillader mere ilt i porerne, og at deres hydrering bestemmes af temperatur- og fugtighedsforholdene under produktionen, hvilket igen påvirker deres struktur og egenskaber.

2. Undertrykkende middel mod røg

Aluminiumoxidets røghæmmende egenskaber er tæt forbundet med dets evne til at adsorbere flygtige gasser, hvilket gør aluminiumoxid til et fremragende tørremiddel og genvindingsmiddel for forskellige gasser som f.eks. hydrogensulfid (H2S). Desuden har forudgående varmebehandling af dette materiale vist sig at være meget effektivt til disse anvendelser og gør det muligt at optage og fastholde store mængder H2S ved høje temperaturer, idet absorptionen øges med stigende temperatur.

Adsorption af H2S ved hjælp af aluminiumoxid afhænger af dets struktur; uordnede strukturer har tendens til at udvise lavere aktivitet end mere ordnede strukturer. Der er udviklet mange processer, som fremstiller meget ordnede former for hydratiseret aluminiumoxid til antirøgformål; normalt via varmebehandling af en eller anden form for hydroxid-, oxid-hydroxid- eller vandigt aluminiumoxidgelmateriale. Desuden afhænger dets adsorptionsegenskaber i høj grad af, hvordan og ved hvilken temperatur det er blevet opvarmet - optimale resultater opnås ved temperaturer under 600 grader.

Især vil aluminiumoxid, der udsættes for vanddamp, hurtigt og uigenkaldeligt miste sit BET-overfladeareal (Sing, 1973). Opblødning af mikroporøse vandige aluminiumoxidgeler i flydende vand resulterer i dannelse af ikke-porøs bayerit samt hurtig nedbrydning af det specifikke overfladeareal (Sing, 1973).

Gibbsit, en meget porøs form af Al2O3, kan produceres kommercielt gennem Bayer-processen ved udvaskning af varm kaustisk aluminatopløsning med tilsat seeding. Gibbsit udviser generelt plade- og prismekrystalstrukturer, men det er vanskeligt at opnå ren gibbsit fra denne industrielle proces på grund af små koncentrationer af alkalimetal-kationer, som ikke kan vaskes af med fortyndede HCl-opløsninger.

Der er udviklet forskellige metoder til fremstilling af aluminium med stort overfladeareal uden brug af betydelige mængder alkalimetaller, typisk "sol-gel"-teknikker, der bruger hydrolyse af aluminiumalkoxid til at danne en gel, som ældes før termisk tørring, inden den omdannes hydrotermisk til pulver a-Al2O3 med forskellige partikelstørrelsesfordelinger.

3. Opacitetsforstærker

Som fyldstof forbedrer aluminiumoxidhydrat glasurernes opacitet gennem gasbobler, der diffunderer ind i glasoverflader for at absorbere lys. Desuden hjælper dette fyldstof med at forbedre glasurens finhed ved at tilskynde til sammensmeltning af fint spredte gasbobler, der trænger ind i glasurens smelte.

Aluminiumoxidhydrat kan også bruges i polymerkompositter som en barriereforstærker. Når det blandes sammen med upolære polymerer, kan partiklerne fordeles ensartet uden at danne aggregater - hvilket hjælper med at forhindre erosion, når de udsættes for stød.

Aluminiumoxidhydrat (Al2O3) er en form for aluminiumoxid med højt specifikt overfladeareal og højt porevolumenindhold, hvilket giver amfotere egenskaber såsom basiske og sure egenskaber. Fremstillet ved at lade aluminiumoxid reagere med saltsyre og vand, leveres aluminiumoxidhydratpulver ofte som fint hvidt pulver, der er velegnet til anvendelser som keramik, ildfaste materialer og industrielle materialer.

Aluminiumoxidhydrat har en kompleks overfladestruktur på grund af tilstedeværelsen af både hydroxylgrupper og koordinerede vandmolekyler, og deres kombinerede tilstedeværelse skaber en kompleks overfladestruktur. Når det udsættes for luft, fjernes hydroxylgrupperne imidlertid ved eksponering og efterlader højenergiske Al3+-steder på overfladen; i efterfølgende hydreringsprocesser erstattes disse steder imidlertid med højenergiske kationer ekstremt hurtigt, hvilket fører til kortere støbetider, når støbegods fremstillet med dette materiale skal støbes.

Lermasser og glasurer er ofte afhængige af dette materiale, da dets smeltetemperatur er meget højere end kalcineret aluminiumoxid, men der bør kun tilsættes små mængder, da for meget kan reducere opslæmningens flydeevne og øge viskositeten. Desuden fremmer dette tilsætningsstof opaciteten og øger farveintensiteten, når det bruges til at farve visse lyserøde glasurer.

Overfladeaktive stoffer kan være med til at gøre produktionen af aluminiumoxidhydrat mere uigennemsigtig ved at mindske tilstedeværelsen af vand på overfladen og udnytte det høje specifikke overfladeareal.

4. Fyldstof

Gibbsit (g-Al2O3) står i modsætning til ikke-porøs boehmit, som har en ufleksibel struktur bestående af hårde, stive krystaller. I stedet har gibbsits pladeformede struktur små krystaller, der danner pseudohexagonale tabelstrukturer, hvor plader og prismer samles for at danne pseudohexagonale tabelformede plader og prismer med pseudohexagonale tabelstrukturer, der ligner pseudohexagonale pladeformede strukturer, som det sidder på som råmaterialer i den industrielle produktion af aluminiumoxid.

Ved temperaturer mellem 220 og 600 grader begynder ionbindingen i aluminiumoxidhydrat at blive nedbrudt, hvilket frigiver vandmolekyler, der bidrager til dets iboende flammehæmmende egenskaber.

Hydrering og kalcinering af aluminiumoxidhydrat producerer amfotert aluminiumoxidtrihydroxid, som let opløses i både syrer og baser, hvilket gør aluminiumoxidhydrat til et ekstremt alsidigt fyldstofmateriale.

Aluminahydrats pulver- eller granulatstruktur gør det lettere for keramikerne at arbejde med end vermiculit eller andre grovere fyldstoffer, og nogle keramikere foretrækker det frem for vermiculit eller andre fyldstoffer som vermiculit. Aluminiumoxidhydrat er en vigtig ingrediens i mange opskrifter på vat til sølvlerovne, da det hjælper med at forhindre leret i at klæbe til hylderne under brændingen - hvis man blot støver hylden let af med lidt aluminiumoxidhydrat før brændingen, vil det fjerne overfladespændingen og tillade fri bevægelse, da det krymper, når overfladespændingen aftager - i nogle ovne fungerer det også som en isolator mod varmeoverførsel fra omgivelserne og reducerer varmeoverførsel under brændingen og reducerer varmeoverførsel ved at kontrollere dets brug som isolator fra dets varmeoverførselsevner som isolator mellem de anvendte materialer.