Mineral dolgu, DIN 55943 (EN-Colouring materialsterms and definitions) standartlarına göre, pratik olarak uygulandığı ortamda çözünmeyen ve hacmi artırmak, bazı teknik özellikler elde etmek veya artırmak ve/veya optik özellikleri değiştirmek için kullanılan toz halindeki maddeler olarak tanımlanmaktadır.
Dolgu maddeleri esasen doğal minerallerdir. Doğal hammaddelerin işlenmesinden,
ayırma işleminden ve ufalamadan (mikronize öğütme) sonra elde edilir.
Çizelge 1’de boyada kullanılan dolgu maddeleri genel olarak sınıflandırılmaktadır.
Dolgu amaçlı olarak kullanılan endüstriyel mineraller, ucuz olmalarının yanı sıra sahip oldukları fiziksel ve fiziko-kimyasal özellikleri ile boyanın kalitesine ve performansına önemli katkılar sağlamaktadır.
Özellikle Batı Avrupa’da mineral dolgu olarak %80-90 oranında kalsiyum karbonat (kalsit, tebeşir, kireçtaşı tozları, dolomit, çöktürülmüş kalsiyum karbonat ve yüzeyi kaplanmış karbonatlar) kullanılmaktadır.
Çoğunlukla yüksek beyazlığa sahip ve ortalama tane boyutu 2-5 μm olan kalsitler (CaCO3) kullanılır.
Daha sonra sırası ile talk, kaolin (kalsine kaolen dahil), silis(SiO2), barit (BaSO4) ve mika tercih edilmektedir. Bazı mineral dolgu maddelerin genel özellikleri Çizelge 2’de gösterilmektedir.
Spesifik boyalarda dolgu maddelerinin özel tiplerinin dikkatli seçimi ile boyanın veya kuru boya filminin özelliklerini geliştirmek mümkündür.
Mat ve yarı mat boyalarda parlaklık veren boyanın yüzeyinde reçine veya yağ tabakalarının oluşmasını önlemek için
pigment konsantrasyonunu yükseltmek gerekir. Yüksek pigment konsantrasyonlu boyalarda etkili örtme, opak pigmentlerinin bir kısmının yerine dolgu maddesi ilave edilmesi ile elde edilir.
Dolgu maddeleri opak pigmentlerden daha ucuzdur. Genel olarak dolgu maddeleri boyanın örtme gücünü doğrudan etkilemez. Çizelge 3’te bazı dolgu minerallerinin yağ emme oranları verilmiştir.
Kalsiyum Karbonat:
Kalsit; kimyasal formülü CaCO3, kristal tane boyutu 1 mm-10 cm arasında olan kireçtaşının yapıtaşı olan bir mineraldir, Mohs sertlik çizelgesine göre sertliği 3 ve özgül ağırlığı 20°C’de 2,7 gr/cm3’tür.
Saf olanlarının bileşiminde %56 CaO, %44 CO2 ve beraberinde birlikte bulunduğu kayaç ve minerallere bağlı olarak az da olsa Mg, Fe, Mn, Zn, Sr, Cu, Pb, Co, Ba, Cr ve As bulunabilir.
Mikronize kalsit; boya sektörünün pek çok alanında nihai ürünün fiziksel ve kimyasal özelliklerini artırıcı fonksiyonel takviye edici malzeme olarak başarıyla kullanılmaktadır.
Talk:
Talk doğada bulunan en yumuşak minerallerden biridir. Tırnakla kolayca çizilir ve sertliği 1’dir. Talk, magnezyum, silis ve oksijenden oluşmuş sulu bir silikattır. Kimyasal formülü Mg3Si4O10(OH)2’dır.
Teorik olarak %63,5 SiO2, %31,7 MgO ve %4,8 H2O içerir. Talkın yoğunluğu 2,6–2,8 g/cm3 arasındadır. Talkın ısı ve elektrik iletkenliği zayıftır ancak ateşe dayanıklıdır. Yüksek sıcaklıklarda ısıtıldığında sertleşir, katılaşır ve asitlerle bozulmaz.
Kaolen:
Önemli bir kil minerali olan kaolinit, sahip olduğu üstün fiziksel, kimyasal, reolojik ve elektrokinetik özellikleri nedeniyle birçok sektörde çok çeşitli amaçlar için tercih edilen endüstriyel hammaddelerden biridir.
Kuvars:
Kuvars kumu, granit türü kayaçların ayrışması sonucu oluşan 2 mm’den küçük kuvars (SiO2) tanecikleridir. Kullanım alanlarını belirleyen parametreler ise SİO2, Fe2O3, AI2O3, MgO, CaO, Co, Cr, As, P2O5 miktarları ve endüstrilerin ihtiyaçlarına uygun fiziksel özelliklerdir.
Mika:
Formülü FeO(OH) olan bir demir hidroksittir, iğne biçiminde billurlar ya da tabakalar halinde rastlanır. Mika, çok kolay dilimlenebilen yapraksı bir silikat grubuna verilen isimdir. Mika genellikle feldspat içerisinde yoğun bir şekilde bulunur.
Saydam, ince tabakalara bölünebilen bir endüstriyel hammaddedir. Kâğıt kadar ince olabilen bu tabakalar sert ve çok yüksek ısıya da dayanıklıdır.
Barit: Barit genellikle beyaz renklidir; fakat sarı, esmer, pembe, açık yeşil, açık mavi, gri ve siyah renkli olanlarına rastlanmaktadır. Baritin sertliği 2,5-3,5 olup, özgül, ağırlığı 4,3-4,6 arasında değişir. Erime noktası 1580oC’dir. Kimyasal bileşimi BaSO4 şeklinde olup, %65,70 BaO, %34,30 SO3 içerir. Baryum oranı ise %58,8 dir.
2.Mineral Dolguların Özellikleri
Mineral dolgular nihai ürün maliyetini düşürmek için hacim artışı (dolgu) amacıyla uygulanırlar. Dolgu maddesinin uygulanabilirliğini genellikle aşağıdaki özellikler belirlemektedir:
• Kimyasal bileşim,
• Tane şekli ve boyut dağılımı (PSD),
• Yoğunluk,
• Özgül yüzey alanı (SSA),
• Parlaklık ve sarılık,
• Aşınma,
• pH değeri,
• Islanabilirlik/dispersibilite,
• Yağ emme.
Tane Boyutu: Boyut spektrumu sayısal olarak ortalama tane boyutu (d50) ile karakterize edilir.
Yüzey Alanı: Mineral dolgular BET (Brunauer-Emmett- Teller) yüzey alanlarına göre şu şekilde sınıflandırılırlar:
Az aktif <10 m
2/g
Yarı aktif 10-50 m
2/g
Aktif 50-100 m
2/g
Çok aktif >100 m
2/g
Aşınma: Aşınma özellikleri genellikle sertliklerine ve tane boyutuna bağlıdır. Yüksek aşınma derecesi istenmeyen bir durumdur zira makinalarda aşınmaya sebep olur. Ayrıca malzeme ile aşınmış kısımlar arasında bir kontaminasyon olur. Bu ise filmde yüzey kusurlarına sebep olur. Bir mineralin aşınması tane boyutu ile azalır.
pH: pH değerini yani asidik veya alkali olup olmadığını bilmek özellikle formülasyondaki davranışını tahmin etmede boya üreticileri için oldukça önemlidir.
Tamamen disperse olmuş malzeme girdiği ortamda üniform bir tane dağılımı verir. Öğütme ile birlikte mineral dolgunun yüzey aktiviteleri artar. Yüzeyi hidroksil gruplarla da kaplandığı için öğütülmüş dolgu maddeleri genellikle hidrofiliktir (su sever). Nihai dispersiyon uzun süreler boyunca stabil kalmalı ve flokülasyon oluşmamalıdır.
3. Mineral Dolguların Boyaya Katkısı
Dolgu maddelerinin boyaya kazandırdığı özellikler şunlardır:
• Daha iyi film oluşturma,
• Hava etkilerine karşı dayanımı artırma,
• Gerçek pigment için bir dayanak oluşturma,
• Çabuk çökmeyi önleme,
• Rutubetin geçiş hızını azaltma.
Özetle; yukarıda belirtilen özelliklere ilaveten gerçek pigmentlerden daha ucuz olduklarından boyanın maliyetini düşürürler.
Doç. Dr. Öner Yusuf Toraman - Maden Mühendisliği Bölümü / Niğde Üniversitesi
Kaynaklar
[1]Paints, Coatings and Solvents, Edited by Dieter Stoye, VCH Publishers, Inc., NY (USA), 1993.
[2]Industrial Minerals and Their Uses - A Handbook and Formulary, Peter A. Ciullo, Noyes Publ., 1996.
[3]S.Koltka, E.Sabah, Boya Sektörü ve Sentetik (Çöktürülmüş) Kalsiyum Karbonat (PCC), 8. Uluslararası Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, Bildiriler Kitabı, s.47-56, 29-30 Kasım 2012, İstanbul.
[4]N.Şahin, 1978. Türkiye Kalsit Olanakları ve Kalsitin Endüstriyel Hammadde Olarak Hazırlanması, Bitirme Çalışması, Hacettepe Üniversitesi, Ankara.
[5]S.Temur, 2001. Endüstriyel Hammaddeler, Çizgi Kitabevi, 3, Baskı, Konya. [6]M.Ayan, 1978. AÜFF Jeoloji Mühendisliği Bölümü – Ankara.
[7]http://somamyo.cbu.edu.tr/docs/dergi/sayi4/4sayi2,pdf
[8]M.S.Eygi, G.Ateşok, 2010. Anyonik Polielektrolitlerin Kaolen Üzerindeki Adsorplanma Mekanizması, İTÜ Dergisi/ Mühendislik Cilt:9, Sayı:3, 75-86.
[9]http://tr.wikipedia.org/wiki/Mika.
[10]http://www,maden.org.tr/resimler/ekler/2515f80224756b7_ek,pdf?tipi=5&turu=R&sube=0
[11]İ.Kurşun, B.İpekoğlu, 1995. Türkiye kuvars kumu potansiyeline genel bir bakış, Endüstriyel Hammaddeler
Sempozyumu, İzmir, Türkiye.
[12]Ö.Y.Toraman, 2014. Boya ve Plastikte Kullanılan Mineral Dolgu Maddeler, Boyatürk, Nisan/Mayıs 2014, s.34- 36.
[13]MEGEP, Mesleki Eğitim ve Öğretim Sisteminin Güçlendirilmesi Projesi, Kimya Teknolojileri, Katkı Maddeleri, Ankara, 2009.
Kaydet
