Firma olarak ürün grubumuzda önemli bir yer tutan Kalsine Kaolen DG80 ürünümüzün kullanımı, üretimi ve faydaları konusunda bilgilerimizi tazeleyelim. Öncelikle ham mineral halindeki kaolinin kalsine hale gelişindeki evrelerden bahsetmek isterim.
Kaolin veya yaygın olarak adlandırıldığı şekliyle ‘çin kili’, granit kayaların hidrotermal ayrışmasıyla milyonlarca yıl boyunca oluşan hidratlı alüminyum silikat kristalli bir mineraldir.
Sulu kaolin, ince parçacık boyutu, plaka benzeri veya katmanlı parçacık şekli ve kimyasal etkisizliği ile karakterize edilir. Metakaolin, çimento esaslı ürünlerde kullanılmak üzere amorf bir puzolanik beyaz mineral katkı maddesi oluşturmak için kaolinin kalsinasyonu ile üretilir.
Kalsine Kaolin, ultra ince doğal kaolinin bir fırında yüksek sıcaklıklara ısıtılmasıyla üretilen susuz bir alüminyum silikattır. Kalsinasyon işlemi beyazlığı ve sertliği arttırır, elektriksel özellikleri iyileştirir ve kaolin parçacıklarının boyutunu ve şeklini değiştirir.
Peki Kalsine kaolen nedir ve neden boyalarımızda, kağıtlarımızda, plastiklerimizde, kauçuk ve seramiklerimizde kullanmalıyız?
Doğal olarak oluşan kaolin, kristal kafesi içinde su içerdiğinden “sulu kaolin” olarak bilinir. Bu su, sadece kaolinin kurutulmasıyla uzaklaştırılamaz. Bir mineralin kalsine edilmesi, onu, genellikle uçucu bir bileşenin kaybı olan bir faz geçişinin meydana geldiği bir sıcaklığa kadar ısıtmaktır.
Kaolin durumunda kristalleşme sularını kaybeder. Kaolini 800ºC’ye ısıtırken, Metakaolin
oluşturmak için hidroksil (-OH) grupları şeklinde su kaybeder:
2 Al2Si2O5(OH)4 -› 2 Al2Si2O7 + 4H2O
Metakaolin ilginç bir malzemedir. Betona eklediğinizde puzolan görevi görür. Bu yanıyla, inşaat sektöründe petrol kuyusu çimentolamada yararlı bir özellik olan betonun gücünü arttırdığı anlamına gelir. Kalsine kaolin oluşturmak için 1050ºC’ye kadar ısıtmaya devam etmeniz gerekir.
Oraya giderken iki farklı reaksiyon meydana gelir. Öncelikle 950C’de spinel oluşumu:
2 Al2Si2O7 -› Si3Al4O12 + SiO2
Ardından spinel faz, mineral mullite artı yüksek oranda kristalli kristobalit SiO2’ye dönüşür:
3 Si3Al4O12 -› 2 Si2Al6O13 + 5 SiO2
Burada kalsinasyon işlemi kaolin yapısının çökmesine ve daha yoğun hale gelmesine neden olduğu için opaklığını ve beyazlığını iyileştirmektedir. Parçacıklar keskinleşir ve sertleşir, ancak –OH gruplarının bulunduğu yerde oluşan boşluklar nedeniyle daha gözenekli hale gelir. Flaş kalsinasyon, kaolinin çok hızlı ısıtıldığı bir yöntemdir.
Bu, geleneksel kalsine etme yöntemlerine kıyasla boşluk sayısını artırır. Bu değişiklikler, çeşitli
uygulamalarda kalsine kaoline bazı yararlı özellikler vermektedir. Özellikle bizimde çok etkin olduğumuz boya sektöründeki yerini anlatmak isterim.
SEM Mikroskobu (Taramalı Elektron Mikroskobu) altında kaolin minerali ve kalsine kaolin partikül görünüşleri
Boyalar
Daha iyi opaklık ve beyazlık, kalsine kaolin’i titanyum dioksit için işbirliği yapabileceği harika bir dolgu maddesidir. Sert kalsine kaolin parçacıkları, bir kaplamanın yapısal mukavemetini ve ayrıca hem su hem de yağ bazlı boyaların ovma direncini geliştirmeye yardımcı olur.
Ayrıca boyaya korozyon direnci ve yangına dayanıklılık özellikleri katar. Sert kalsine edilmiş parçacıkların kalsinasyonu ve ardından öğütülmesi çok fazla enerji gerektirir. Bu, kalsine kaolini sulu kaolinden yaklaşık üç kat daha pahalı hale getirir.
Ancak yine de titanyum dioksit fiyatının yarısından daha az. Bu nedenle, özellikle CPVC’nin
(kritik pigment hacmi konsantrasyonu) yüksek boyalarda çok iyi bir seçenektir. Partiküllerinin düzensiz oluşu, trafik boyalarındaki aşınmazlığı, yapışmayı ve iç flat boyalarının ovalanma
rezistansını olumlu yönde geliştirir.
Fakat kalsine kaolenin mikro gözeneklere sahip oluşu nedeniyle lekelenme özelliği artar. Lekenin uzaklaştırılması yüksek PVC değerlerine sahip boyalarda problem oluşturabilir.
İlave olarak yağ absorbsiyonları normal hidrate killerinkine göre daha yüksektir.
Kullanım miktarı formülde bulunan pigment ve diğer dolgu maddelerin özelliklerine göre belirlenir. Kaolenin kalsinasyona tabi tutulması yüksek parlaklık meydana getirir. Aynı zamanda bünyelerinde suda çözünebilen az miktarda tuzları bulundururlar.
Emülsiyon boyalarının stabilitesi için önemli bir hammaddedir. Çok küçük partikül büyüklüğüne sahip kalsine kaolenin örtme gücü, büyük partikül yapılı kalsine kaolenlerden daha iyidir ve boyaya daha fazla parlaklık verme özelliği ka- zandırırlar.
Bu durum yarı-parlak boyalar için tatmin edici olup flat (mat) boya formülasyonu, diatomik silika gibi yüksek yüzey düzgünleştirici bir pigment ile modifikasyona tabi tutulmadıkça istenilen neticeyi vermez.
Kalsine edilmiş kalenin fiyatı normal killerden daha yüksek olup spesifik avantajlara sahip boyaların üretiminde kullanılmaktadır. Bu sebepten boyalarda kullanımı ve hesplanması çok dikkatli yapılmalıdır.
Seramik
İyi bir beyazlık verdiği seramikte de faydalıdır. Ancak seramikçi için en faydalı özellik, kalsine kaolinin zaten kalsine edilmiş olmasıdır. Dolayısıyla plastisitesi olmayacak ve bu malzemede herhangi bir genleşme veya büzülme olmayacaktır.
Mekanik mukavemet ve ince beyaz bir yüzey dokusu verir. Kalsine kaolini, veri sayfalarına bakarak sulu kaolinden ayırt etmek kolaydır. Sadece LOI (Ateşleme Kaybı) değerine bakın. Suyla yıkanmış kaolin için %13 civarındadır, ancak kalsine kaolin için sıfır olacaktır. LOI testi temel olarak kaolini kalsine eder.
Dolayısıyla LOI, kristalizasyon sularının kaybından dolayı kaybedilen kütle yüzdesidir.
Kauçuk ve Plastik
Kauçuk ve plastiklerde dolgu maddesi olarak kalsine kaolin kullanılması, gerilme mukavemeti kazandırmaya yardımcı olur. Bu nedenle sulu kaolin gibi takviye edici olmayan yerine takviye edici bir dolgu maddesidir.
Kalsine kaolinin yangına dayanıklılık özelliği artı elektrik yalıtkanı olması özellikle elektrik
kablolarının plastik kaplamasında kullanışlıdır. Ayrıca UV-direnci verir, bu nedenle genellikle sera filmlerine ve bahçe mobilyalarına eklenir.
Tarım İlacı (Pestisit)
Kalsine kaolin ilginçtir ki bir şekilde pestisit olarak kullanılır. Meyve üzerine püskürtüldüğünde, ince keskin kalsine kaolin parçacıkları, haşereleri eklemlerine girerek ve onları tahriş ederek caydırır. Aynı zamanda güneşi yansıtır ve güneş koruyucu görevi görür.
Kalsine kaolin, kağıt kaplamada ve petrokimyasal katalizörlerde kullanımı gibi birçok önemli uygulamaya sahiptir. Birçok alanda ne kadar önemli bir hammadde olduğunu belirtmek gerekir.
Bu arada boya sektöründeki titan tasarrufu için yapılan çalışmalara da bir göz atmak gerekirse; kaolin ile titanyum dioksit oranını azaltmak için genel tavsiye formülasyon üzerinde çalışırken, yoğunluklar farklı olduğu için her zaman hacim bazında titanyum dioksit miktarını değiştirmek gerekir.
Örneğin; 10 kg titanyum dioksit yerine yaklaşık 6,6 kg kalsine kaolin kullanmak istiyorsunuz. Hacim bazında maliyet tasarruflarını hesaplayıp ve ardından ağırlık tasarrufunu hesaplamak gerekebilir.
Yani parlak ve yarı parlak boyalar için titanyum dioksit içeriği ne kadar yüksek olursa, kalsine kaolenle bu oranı daha tasarruflu hale getirebiliriz. Tipik olarak, hacim bazında titanyum dioksitin %10’unu değiştirebiliyoruz.
Titanyum dioksit UV’de yüksek kırılma indeksine ve güçlü absorpsiyona sahiptir, ışık spektrumu bölgesi ve güçlü yansıma özelliği görünür spektrumda ona çok yüksek bir ışık verir. Kalsine kaolin de benzer özellikler gösterdiğinden titanyum dioksite pigmentle birlikte alternatif dolgu maddesi olarak kullanılabilinir.
Bu özellikleri onlara parlaklık ve opaklık verir. Bir kez daha kısaca üstünden geçerek özetlemek gerekirse mineral kaolen kontrollü ısıl işlem ile kalsine edilerek kimyasal yapısındaki bağlı hidroksil grupları ayrıştırılarak yassı tanecik yapısı amorf (gözenekli) hale dönüştürülür.
Kalsinasyon işlemi sonrasında beyazlık, sertlik ve yansıtıcılık değerleri artar, elektrik iletkenliği azalır. Yıkama, manyetik seperasyon, beyazlatma gibi bir takım rafinasyon işlemlerinden geçirilerek içindeki serbest silis ve diğer safsızlıklardan arındırılmış, tane dağılımı ve beyazlık gibi önemli parametreleri sıkı kontrol altına alınmış olur.
Böylece Kalsine kaolin birçok sektörde kullanılabilecek fonksiyonel bir dolgu haline gelir. Yani su ve solvent bazlı boyalarda kullanılan yüksek beyazlık sağlayan alüminyum silikat özellikli fonksiyonel dolgu haline gelir. TiO2 tasarrufu sağlarken de boyanın opaklık ve renk dayanımını artırır.
Su bazlı yarı mat ve mat boyalar için ideal bir dolgudur. İnce, yassı tanecik yapısı ile TiO2 taneciklerinin arasında kalan boşlukları doldurarak mükemmel örtücülük sağlar. Kullanılan TiO2’den %20’ye varan oranlarda tasarruf sağlamak mümkündür.
TiO2’in kapatıcılık etkisini artırmak için kullanlan ve kendisi ile aynı tanecik boyutu dağılımına sahip nodüler tanecikli
kalsiyum karbonat ve talka karşı yassı tanecik yapısı ile daha üstündür.
Ayrıca boyanın reolojik ve tiksotropi özelliklerini geliştirir, depolama esnasında çökme dayanımı sağlar, oluşan filmin mekanik özelliklerini iyileştirir.
Ultrafine kaolin ince tane dağılımının avantajı ile karbon siyahı ve çöktürülmüş silikalardan kısmi tasarruf etmek, kauçuk uygulamasında hacim vermek, çekme, kopma ve yırtılma mukavemeterini artırmak için kullanılır.
Otomobil lastiği, bisiklet iç lastiği, lateks iş eldivenleri, oto cam silecekleri, kapı fitilleri, siyah olmayan kauçuk ürünlerde kullanılmaktadır. Hem çok yönlü hem de etkileyici olan kalsine kaolin üretimindeki teknolojik büyüme ve gelişmeler, dünya genelinde kalsine kaolin satışlarında artışa yol açmaktadır.
Üretim için artan geri dönüşüm kağıdı kullanımı ve artan karton uygulaması, her geçen zamanda kalsine kaolin pazarının büyümesini öngörmektedir. Son olarak coğrafya açısından konuya bakarsak gelecekte Asya, kalsine kaolin pazarının, küresel kalsine kaolin pazarına hakim olması ve maksimum gelir payına sahip olması beklenmektedir.
Doğu Asya ve Güney Asya’nın da yüksek CAGR (compound annual growth rate) yani yıllık bileşik büyüme oranına göre büyümesi bekleniyor. Avrupa, bölgedeki lider üreticinin varlığı nedeniyle kalsine kaolin pazarında ikinci büyük pazardır.
Nigar Cangönül
Teknik Satış Müdürü
Günkem
