АзовСинтезТальк чи діоксид кремнію: чим матувати й наповнювати
У прайсі вони стоять поруч, в одній рубриці мінеральних наповнювачів, і обидва належать до силікатів. Тальк це гідратований силікат магнію, діоксид кремнію це кремнезем. Схожість на цьому закінчується. Один вбирає зв'язуюче так, що кілограм порошку забирає понад два кілограми рідини й лишається сипким. Другий бере втричі менше за власну вагу. Тому в рецептуру їх кладуть по-різному й у різних кількостях, а плутанина між ними псує партію швидше за будь-яку іншу помилку з наповнювачем.
Питання із заголовка насправді подвійне. Чим матувати, тобто гасити блиск покриття. І чим наповнювати, тобто здешевлювати рецептуру, армувати пластик, згущувати рідину. Відповіді на ці дві задачі різні, і залежать вони не від хімії, а від трьох фізичних властивостей: скільки мінерал вбирає зв'язуючого, наскільки він твердий і чи видно його в прозорому шарі.
Ми возимо обидва: тальк 5-SW і осаджений діоксид кремнію NK-70, обидва виробництва M.L.A. Industries, у мішках по 25 кг. Далі про те, коли який працює краще, скільки класти й де їх плутають найчастіше.
Тальк чи діоксид кремнію: коротко, під яку задачу що
Для тонкого керованого матування прозорих лаків і топкоатів, а також для згущення рідких систем беруть діоксид кремнію: доза 2–5% на матування і 0,5–2% на тиксотропію, він лишається прозорим і майже не зсуває колір. Для об'ємного матування пігментованих фарб і ґрунтовок, для бар'єрних шарів і наповнення пластику беруть тальк: доза 10–30%, кілограм у кілька разів дешевший, а пластинчаста форма заодно піднімає жорсткість. Різницю задає маслоємність: кремнезем вбирає понад 230% рідини від своєї ваги, тальк близько 34%.
Далі кожну з трьох властивостей розберемо окремо, бо саме вони, а не назва мінералу, вирішують вибір. Маслоємність визначає дозу й вартість рецептури. Твердість вирішує, чи можна буде шліфувати покриття і чи не з'їсть порошок обладнання. Прозорість каже, куди мінерал можна ставити взагалі: у прозорий лак чи тільки в укривну фарбу.
Як мінерал гасить блиск
Обидва мінерали матують однаково фізично: тверда частинка виступає над поверхнею плівки, що сохне, і навколо неї лишається мікрозападина приблизно 20–30 мкм завширшки й 3–4 мкм завглибшки. Замість дзеркала виходить рельєф, який розсіює світло дифузно, і блиск падає. Працює співвідношення розміру частинки до товщини сухої плівки: щоб зерно виступило над поверхнею, його діаметр має бути співмірним із товщиною шару. У формулах це записують як D/2 менше t.
Звідси перший висновок, який економить гроші: під тонкий шар потрібне дрібніше зерно, під товстий крупніше. Матуючий агент, підібраний під одну товщину, у півтора рази товщій плівці просто потоне й перестане матувати. Це не дефект порошку, це геометрія.
А різниця між тальком і кремнеземом у тому, як кожен виводить частинку на поверхню й що робить попутно. Осаджений діоксид кремнію це пориста тривимірна структура. Первинні частинки в нього нанометрові (у NK-70 це 18–20 нм), але поодинці вони не існують, а зібрані в агломерати 10–12 мкм. Матує агломерат, і чим він крупніший, тим глибша матовість. Тальк матує пластинкою. Груба ламелярна фракція створює рельєф механічно, а тонка фракція вбирає надлишок зв'язуючого й опускає блиск нижче критичної точки об'ємного вмісту пігменту. Тому фраза «тальк для матування» без указання помелу нічого не описує.
Маслоємність вирішує дозу і ціну рецептури
Головне число в паспорті для цього вибору це водопоглинання. Осаджений діоксид кремнію NK-70 бере 230–260% рідини від власної ваги, спеціальні матуючі марки кремнезему мають маслоємність за DBP 350–380 г на 100 г. Тальк 5-SW бере 30–35%. Через це кремнезему в рецептуру треба 2–5%, а тальку 10–30% на порівнянну задачу. Кремнезем дає ефект малою дозою, але забирає зв'язуюче, і баланс рецептури доводиться перераховувати, а не просто міняти мішки.
Пориста структура кремнезему жадібна до смоли й розчинника. У системах з високим сухим залишком це відчувається найсильніше: порошок висмоктує рідку фазу, в'язкість підскакує, а вільного зв'язуючого на змочування пігменту вже бракує. Насипна щільність теж говорить сама за себе. У NK-70 вона 0,12–0,16 г/см³, мішок на 25 кг виходить об'ємним і легким. У тальку 0,40–0,45 г/см³, той самий мішок лягає щільно й важко. За цим стоїть проста річ: кремнезем повітряний і пористий, тому й бере багато рідини, а тальк щільний і майже не бере.
Плутанина найчастіше приходить одним дзвінком. Беруть кремнезем на матування, кладуть його як звикли класти тальк, відразу 15%, і рецептура стає непрокачуваною пастою ще до того, як хтось встиг подивитися блиск. Зворотна помилка м'якша, але теж коштує грошей: тальком намагаються матувати з дозою кремнезему, кладуть 3%, і на викрасі нічого не змінюється. Повернуся до того прайсу, з якого почав: два порошки, що стоять поруч у рубриці, у рецептурі поводяться як два різні класи добавок, і дозу під них рахують окремо.
Прозорість, колір і твердість
Показник заломлення діоксиду кремнію близько 1,46, майже як у більшості плівкоутворювачів, тому в прозорому лаку його оком не видно. У тальку показник 1,57–1,59, і в прозорому чи темному шарі він дає сірувату димку. Зате тальк наймʼякший мінерал (твердість 1 за Моосом), тому легко шліфується в пудру й не зношує сопла, шнеки та наждак. Кремнезем твердий і абразивний, він точить обладнання і робить покриття важким для шліфування.
Ця пара властивостей і розводить мінерали по різних покриттях. У прозорий меблевий чи паркетний лак, у топкоат по темній базі йде кремнезем: його там не видно, а колір лишається глибоким. До нас двічі поверталися з тим самим: матували прозорий лак тальком, бо він дешевший, і отримували сірувату плівку на темній підкладці. Показник заломлення 1,57 у прозорому шарі помітний навіть без приладу, досить подивитися на викрас під кутом.
А там, де покриття й так укривне, різниця в прозорості зникає, і на перше місце виходить твердість. Пастельна пігментована фарба ховає тальк повністю, білизна 92–96% не дає сірого підтону, і платити за прозорість кремнезему немає сенсу. У ґрунтах по дереву м'якість тальку взагалі стає перевагою: він дає покриттю «зуб», шліфується в суху пудру й не забиває шкурку зернами, як це робить твердий наповнювач.
Матування лаків і фарб: що куди ставити
У прозорих лаках, топкоатах меблевого й паркетного покриття матують діоксидом кремнію: доза 2–5%, і той самий порошок на 0,5–2% працює тиксотропним загусником, тримає пігмент від осідання й не дає патьоків на вертикалі. У пігментованих фарбах і ґрунтовках з високим об'ємним вмістом пігменту матує тальк: доза 10–30%, а пластинки заодно дають бар'єр проти вологи й «зуб» під шліфування. У напівматових емалях середнього блиску обидва мінерали часто стоять у рецептурі разом.
Логіка проста, якщо тримати в голові попередні розділи. Прозорість плюс мала доза плюс тиксотропія в одному порошку це діоксид кремнію. Об'єм, дешевий кілограм, бар'єр і шліфованість це тальк. Коли фарба напівматова, беруть обидва: тальком набирають основну масу наповнювача й грубу матовість, а кремнеземом доводять блиск до точного значення й заразом підправляють реологію.
Кілька практичних дрібниць. Тальк не варто перетримувати на бісерному млині: довгий помел ламає пластинки, і блиск викрасу росте замість того, щоб падати. Кремнезем у водну систему заходить легко, бо поверхня в нього полярна, а от у сольвентних складах з високим сухим залишком під нього доводиться додавати зв'язуюче. Детальніше про матування й реологію самим кремнеземом ми писали в розборі пірогенний чи осаджений діоксид кремнію, а про ламелярність тальку в матеріалі чим тальки відрізняються один від одного.
Наповнення: пластик іде до тальку, реологія й гума до кремнезему
Як наповнювач пластику виграє тальк: у поліпропілені 10–20% піднімають жорсткість до 60% і теплостійкість на 10–15 °C, а пластинки працюють нуклеатором і прибирають жолоблення деталі. Діоксид кремнію в пластик майже не йде, зате в гумі це армуючий наповнювач (20–150 частин на 100 частин каучуку разом із силановим апретом), у сипких продуктах антизлежувач і носій рідин, а в рідких системах загусник. Тальк армувати так, як кремнезем у гумі, не буде.
Тут два мінерали майже не перетинаються. У поліпропілені й поліолефінах тальк робить одразу дві роботи: розвинена поверхня пластинок дає центри кристалізації, розплав застигає рівномірніше, а плоскі частинки армують і гасять усадку, через яку велику деталь веде «пропелером». Кремнезем у пластик кладуть рідко, зате в гумовому протекторі він разом із силаном замінює технічний вуглець і дає «зелену шину». У сипких продуктах його пориста структура вбирає вологу й тримає порошок від злежування, а заодно носить на собі рідкі добавки й ароматизатори. Тальк для антизлежування теж годиться, але як носій рідин він слабший, бо майже не пористий.
Що тримаємо на складі і як не помилитися з вибором
Зведемо різницю в одну таблицю. Числа тут для наших складських марок, тальку 5-SW і осадженого кремнезему NK-70, обидва в мішках по 25 кг з паспортом якості на партію.
| Властивість | Тальк 5-SW | Діоксид кремнію NK-70 |
|---|---|---|
| Природа | природний гідратований силікат магнію | синтетичний аморфний кремнезем |
| Форма частинки | пластинка (ламель) | пориста тривимірна структура |
| Розмір | d50 4–5 мкм | агломерати 10–12 мкм |
| Водопоглинання | 30–35% | 230–260% |
| Насипна щільність | 0,40–0,45 г/см³ | 0,12–0,16 г/см³ |
| Твердість за Моосом | 1 (наймʼякший) | твердий, абразивний |
| Показник заломлення | 1,57–1,59 | близько 1,46 |
| Прозорість у лаку | дає димку | прозорий |
| Матування, доза | 10–30% (пігментовані) | 2–5% (прозорі) |
| Головні задачі | наповнення пластику, об'ємне матування, бар'єр, шліфованість | тонке матування, тиксотропія, антизлежування, армування гуми |
Практика зводиться до кількох питань до самої задачі. Якщо покриття прозоре або йде по темній базі, потрібне точне значення блиску малою дозою й заразом загущення, це кремнезем. Укривна фарба, ґрунтовка чи шпаклівка, де важить об'єм, бар'єр і дешевий кілограм, беруть тальк. Він же йде в поліпропілен, коли деталь ведеться й бракує жорсткості. А суху суміш чи премікс від злежування, як і носій під рідку добавку, знову тримає кремнезем завдяки пористості.
Дозу під будь-яку з цих задач підбирають знизу діапазону. У фарбі беруть нижню межу, дивляться блиск на викрасі через добу після сушіння й додають, якщо матовості бракує. У пластику пробну серію ставлять на 10% і піднімають кроком 5%, поки не почне заважати падіння ударної в'язкості. Обидві марки у нас на складі в Києві, паспорт якості на кожну партію. Якщо не впевнені, який мінерал під вашу рецептуру, напишіть менеджеру склад системи, підкажемо дозу й пришлемо зразок.