|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Talcum | |
|
เรื่องน่ารู้เกี่ยวกับวัตถุดิบเซรามิก ทัลคัม (Talcum)
ดร. คชินท์ สายอินทวงศ์
 ทัลคัมหรือหินสบู่ มีอีกชื่อว่าทัลค์ (talc) ซึ่งมาจากภาษาอาราบิกว่า talg มีความแข็งระดับที่ 1 ใน Moh’s scale มีสูตรคือ 3MgO4SiO2 H2O ซึ่งมีแร่อยู่อีกชนิดที่สูตรเคมีเหมือนกับ ทัลคัม คือ สตีไทต์ (Steatile) ซึ่งสตีไทต์นั้นจะมีโครงสร้างที่แข็งแรงกว่าทัลคัม
โครงสร้างของแร่ Talcum
ทัลคัมมีโครงสร้างเป็น mica-like structure เป็น ชั้น T-O-T หรือคล้ายกับ มอนโมลิลโลไนท์ (Montmorillonite) มีชั้นของเตตระฮีดรอท 2 ชั้นที่เป็นซิลิกา กับชั้นออกตะฮีดรอท ของ Mg2+ (Brucite sheet) แรงยึดกันระหว่างชั้นไม่แข็งแรงโดยเป็นแรงแวนเดอวาวล์ เกิดการเลื่อนของชั้นได้ง่าย ทำให้แร่นี้มีเนื้อแร่ที่อ่อนไม่แข็งแรง โครงสร้างผลึกเป็นโมโนคลินิค (Monoclinic)
ส่วนประกอบทางเคมีทางทฤษฎีมี 64%SiO2 31%MgO 5%H2O
การเกิดและลักษณะเฉพาะของแหล่งที่เกิด
แหล่งที่เกิดทัลคัมนี้ เป็นผลมาจากการเกิด Hydrothermal ส่วนใหญ่มักจะเกิดร่วมกันกับโดโลไมท์และแมกนีไซท์บางครั้งก็เกิดร่วมกับพวกหินอัคนีที่มีซิลิกาเป็นองค์ประกอบน้อยกว่า 45% (Ultrabasic rock) เช่นแร่โอลิวีน (Olivine), แอมฟิโบล(Amphibole), คลอไรต์ (Chlorite), และเซอร์เพนทีน (Serpentine) เช่นเดียวกับในแหล่งที่เกิดจากการถูกพัดพามาสะสมไว้ องค์ประกอบของแร่จะใกล้เคียงกันทั้งในแหล่งที่เป็นปฐมภูมิ (primary deposit) และแหล่งที่เป็นแหล่งทุติยภูมิ (secondary or sedimentary deposit)
แหล่งทัลคัมที่สำคัญในโลกนี้ มีอยู่ที่ อิตาลี ออสเตรีย สเปน ฝรั่งเศส อเมริกา และจีน ส่วนแหล่งในเมืองไทยนั้นส่วนใหญ่เป็นทัลคัมที่มีมลทินปนอยู่ในปริมาณสูง ไม่เหมาะสำหรับใช้ในสีเคลือบแหล่งที่สำคัญอยู่ที่จ.อุตรดิตถ์
คุณลักษณะที่สำคัญของทัลคัม
มีค่า C.O.E (สัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน) สูงประมาณ 270x10-7 °C-1 ที่ 1020 °C
ความถ่วงจำเพาะ ~ 2.7-2.8
มีการขยายตัวหลังจากอบแห้ง
สามารถบดให้เป็นผงละเอียดได้ง่าย
เมื่อใส่ในเคลือบหรือในน้ำดินจะทำให้น้ำดินหรือเคลือบเกิด thixotropy เนื่องจากการบวมน้ำ (swelling) ของ T-O-T layer ที่มีน้ำเข้าไปแทรกอยู่ระหว่างชั้น
จาก D.T.A curve เกิดปฏิกิริยาดูดความร้อนที่ 900-1000 °C เนื่องจากเกิดการสลายตัวของน้ำในโครงสร้างผลึก (dehydroxylation)
การใช้งานในอุตสาหกรรมเซรามิก
กระเบื้องเซรามิก
กระเบื้องเซรามิก มีการเติมทัลคัมลงไปเพื่อช่วยควบคุมค่า C.O.E ของเนื้อกระเบื้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งกระเบื้องที่เผาที่อุณหภูมิต่ำ เพื่อให้เหมาะกับ C.O.E ของเคลือบ โดยจะช่วยป้องกันการรานตัว (delay crazing) เนื่องจากการขยายตัวเมื่อถูกความชื้น การเติมทัลคัมลงไปจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความร้อน (Thermal shock resistance) สำหรับกระเบื้องบุผนัง การเติมทัลคัมลงไปแทนที่พวกคาร์บอเนตบางส่วนจะช่วยให้การเผาเร็วขึ้นทั้งในช่วงการเผาและช่วงการเย็นตัว
สำหรับกระเบื้องที่มี % การดูดซึมน้ำต่ำ (vitrified tile) การเติมทัลคัมลงไปในปริมาณไม่มากนักจะช่วยลดอุณหภูมิในการเผาลง รวมทั้งลดเวลาในการเผาลงด้วย เนื่องจากทัลคัมจะไปช่วยลดจุดยูเทคทิก (eutectic point) ของเฟสระหว่าง Al2O3-SiO2 ทำให้เกิด liquid phase sintering ได้ดีขึ้น การเกิดแก้วในเนื้อกระเบื้องจะเกิดได้เร็วขึ้นที่อุณหภูมิต่ำลง
สุขภัณฑ์และพวกของใช้บนโต๊ะอาหาร
พวก vitreous china จะเติมทัลคัมลงไปเล็กน้อยเพื่อช่วยในเรื่องthermal shock resistance และสำหรับในเคลือบ ทัลคัมจะเป็นแหล่งที่ให้ MgO และ SiO2 ได้เป็นอย่างดีเหมาะสำหรับทำเคลือบทั้งผิวมันและผิวด้าน ขึ้นกับปริมาณที่เติมลงไป โดยเฉพาะเคลือบผิวด้าน (Matt glaze) ที่มีส่วนผสมของ ทัลคัมจะให้พื้นผิวที่ดูแวววาวคล้ายผ้าไหม บางครั้งจึงเรียกว่า silk glaze หรือ Satin matt แต่ข้อจำกัดของการใช้ ทัลคัมในเคลือบก็คือ ปัญหาเรื่องการบวมน้ำ (swelling) ซึ่งจะทำให้คุณสมบัติการไหลตัวของเคลือบเปลี่ยนไปเมื่อเวลาเปลี่ยนไป(Thixotropic) และจะทำให้เคลือบอืดตัวและทำการชุบเคลือบหรือ การสเปรย์เคลือบได้ยาก
นอกจากนี้ยังมีการใช้ ทัลคัมสำหรับทาแบบปลาสเตอร์เพื่อที่จะช่วยให้การแกะแบบง่ายขึ้นด้วย
ตัวอย่างสูตรสีเคลือบที่ใช้ทัลคัมเป็นวัตถุดิบ เผาที่อุณหภูมิ 1230 °C
| สูตรสีขาวด้านแบบ ซาติน (Satin matt) |
| โซเดียมเฟลดสปาร์ |
30% |
| วอลลาสโตไนท์ |
18% |
| หินปูน |
9% |
| ทรายบด |
6% |
| ทัลคัม |
12% |
| เซอร์โคเนียมซิลิเกต |
15% |
| ซิงค์ออกไซด์ |
3% |
| ดินขาวระนอง |
7% |
| STPP |
0.2% |
| กากค้างตะแกรง |
1-2% on 325 เมช |
สำหรับเคลือบแบบเผาเร็วครั้งเดียว (Single fast firing) ในอุตสาหกรรมกระเบื้องก็มีการเติมทัลคัมลงไปในเคลือบด้วยเพื่อให้เกิดผิวด้านที่สวยงาม แต่ต้องระวังในการเผาช่วงอุณหภูมิ 900 °C เนื่องจากทัลคัมจะมีการสลายน้ำในโครงสร้างผลึกในช่วงนี้ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหารูเข็มที่ผิวเคลือบได้ ดังนั้นถ้าต้องการจะใช้ทัลคัมสำหรับสีเคลือบควรเป็นทัลคัมที่นำไปเผา (Calcine) แล้ว
วัสดุทนไฟ (Refractory)
มักจะใช้ทัลคัมสำหรับผลิตภัณฑ์ Kiln furniture ที่เป็นเนื้อคอร์เดียไรท์ (2MgO 2Al2O3 5SiO2) เนื่องจากคอร์เดียไรท์เป็นสารที่มีสัมประสิทธิ์การขยายตัว เนื่องจากความร้อนต่ำมาก ประมาณ 1-2x10-6 °C-1 แต่คอร์เดียไรท์ที่เกิดขึ้นโดยตรงจากธรรมชาตินั้นมีได้น้อย และไม่ค่อยเสถียร เนื่องจากอุณหภูมิที่เกิดคอร์เดียไรท์นั้นเป็นช่วงที่แคบมาก การใช้ทัลคัมเพื่อเป็นแหล่งของ MgO กับ SiO2 และพวก Mullite จะสามารถผลิตเนื้อคอร์เดียไรท์ที่ใช้กับการผลิต Kiln furniture ที่ต้องการสมบัติด้าน Thermal shock resistance ที่ดี แต่การเติมทัลคัมลงไปก็จะทำให้ความทนไฟของ kiln furniture ลดต่ำลง จึงจำเป็นต้องหาจุดที่เหมาะสมสำหรับการผลิตด้วย
เนื้อดินคอร์เดียไรท์นั้นสามารถผลิตได้จากการนำดินขาว ดินดำ ทัลคัมและอลูมิน่ามาผสมรวมกันใน Dry pan mill โดยควบคุมค่าความละเอียดให้มีขนาดที่แตกต่างกันเพื่อคุณสมบัติด้านความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากความร้อนที่ดี
ตัวอย่างสูตรเนื้อดินคอร์เดียไรท์สำหรับทำจ๊อรองเผา เผาที่อุณหภูมิ 1350 °C
| ดินขาวระนอง |
25% |
| ดินดำแม่ทาน |
17% |
| ทัลคัม |
35% |
| อลูมิน่า |
15% |
| Scrap คอร์เดียไรท์บด |
8% |
อิฐ (Brick)
การเติมทัลคัมลงไปเล็กน้อยจะช่วยปรับปรุงการรีดของชิ้นงานได้ดีขึ้น เนื่องจากทัลคัมจะเป็นตัวหล่อลื่น (เนื่องจากโครงสร้างที่มีการ slip ได้ง่าย) ทำให้ผิวของอิฐที่รีดออกมาเรียบขึ้น และสำหรับอิฐแบบกลวง (Hollow brick) ที่ต้องมีแบบรีดที่มีรู การเติมทัลคัมลงไปในเนื้อดินเล็กน้อยจะช่วยทำให้ประสิทธิภาพในการรีดดีขึ้น แต่ไม่ควรเติมลงไปมากเนื่องจากทัลคัมจะมีปัญหาการขยายตัวหลังรีด และการแห้งตัวที่ช้า ซึ่งจะทำให้อิฐแตกร้าวในระหว่างอบแห้งได้
การใช้งานในอุตสาหกรรมอื่นๆ
ทัลคัมเป็นตัว filler กระดาษ และพลาสติก
เป็นผงดับกลิ่นสำหรับอุตสาหกรรมเครื่องสำอาง
เป็นส่วนผสมในแป้งทาตัว
เป็นตัวหล่อลื่นเพื่อช่วยยืดอายุแบบในอุตสาหกรรมโลหะ
ใช้เป็นส่วนผสมในยาฆ่าแมลง
คุณสมบัติที่ต้องคำนึงถึงสำหรับการใช้งานสำหรับอุตสาหกรรมเซรามิก
สำหรับเนื้อดิน
ดูค่าวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อดู %ออกไซด์ที่มี
ขนาดของอนุภาค
มลทินที่ปนเปื้อนเข้ามามีได้บ้าง มักเป็นพวก Fe2O3, TiO2 แต่ถ้าเป็นพวกคาร์บอเนต จำเป็นต้องควบคุมอย่างมาก ถ้าใช้สำหรับผลิตภัณฑ์เนื้อวิเทรียส โดยเฉพาะพวกที่เผาเร็วหรือทำการเผาครั้งเดียวเช่นพวกกระเบื้องเซรามิก
สำหรับเคลือบ
ดูค่า chemical analysis
ขนาดของอนุภาคและการกระจายตัวของอนุภาค (particle size distribution)
มลทินต้องน้อยมาก โดยเฉพาะ Fe2O3
ใส่ในสูตรสีเคลือบแล้วทำการเผาเพื่อดูผิวหน้าและดูเฉดสีสำหรับสีแดง Maroon, สีดำ
จะเห็นได้ว่าทัลคัมเป็นวัตถุดิบที่ใช้ประโยชน์ได้มากสำหับอุตสาหกรรมเซรามิก ซึ่งในการนำไปใช้งานนั้นควรคำนึงถึงจุดประสงค์ในการใช้งาน รวมทั้งข้อจำกัดของการใช้งานด้วย
|
|
|
|
|
|
|
