Vous observez deux lots de formulations de résine transparente qui devraient être identiques. Les deux contiennent poudre de mica nacrée À charge égale, l'une reste en suspension pendant des heures, tandis que l'autre présente une couche nacrée dense au fond en vingt minutes. Même fournisseur de pigments, même fiche technique D50, même protocole de mélange.
Le problème ne vient pas de votre technique de mélange. Il s'agit de la densité des particules, de la géométrie des paillettes et de la relation entre la viscosité de la résine et la vitesse de sédimentation de Stokes — des variables que les fiches techniques ont tendance à dissimuler ou à ignorer complètement.
La densité des particules est plus importante qu'on ne le pense.
Tous les pigments nacrés à base de mica ne présentent pas une densité équivalente. Les paillettes de mica naturel recouvertes de dioxyde de titane ont une densité d'environ 2,8 à 3,2 g/cm³. Cela paraît raisonnable jusqu'à ce qu'on compare cette valeur à celle de la résine elle-même : la plupart des époxydes, polyesters et acryliques en phase aqueuse affichent une densité comprise entre 1,0 et 1,2 g/cm³ à viscosité de travail.
Cette différence de densité de plus de 2,0 g/cm³ est le principal facteur de sédimentation. Et ce phénomène s'aggrave selon l'architecture du revêtement.
Les pigments avec des revêtements de TiO₂ plus épais ou des couches supplémentaires d'oxyde métallique (oxyde de fer pour les effets de couleur, par exemple) augmentent la masse des particules sans augmenter proportionnellement la traînée. Un blanc argenté poudre de pigment nacré Une monocouche de TiO₂ se dépose plus lentement qu'une couche d'or interférentielle composée de TiO₂ et de Fe₂O₃ sur le même substrat de mica. Même taille de paillettes. Revêtement plus épais. Déposition plus rapide.
La distribution granulométrique des paillettes ne se résume pas à l'éclat.
Les flocons de plus grande taille se déposent plus rapidement dans les systèmes à faible viscosité — ce n’est pas nouveau. Ce qui surprend les formulateurs, c’est à quel point les particules les plus grosses de la distribution granulométrique faussent la perception du comportement de sédimentation.
Si votre poudre de mica nacrée de 10 à 60 µm contient ne serait-ce que 15 % de particules supérieures à 50 µm, ces paillettes surdimensionnées dominent visuellement le dépôt. Elles se déposent plus rapidement, s'accumulent de façon visible et donnent l'impression que la totalité du pigment est instable. En réalité, la fraction la plus fine peut encore être en suspension, mais vous envisagez déjà une reformulation.
La valeur D50 indique la médiane. Elle ne renseigne ni sur la valeur D90 ni sur l'étendue de la distribution, deux paramètres qui influencent directement la vitesse de sédimentation des résines de densité inférieure à 500 cP.
| Taille des particules (D50) | Épaisseur typique du revêtement | Vitesse de sédimentation relative dans une résine de 200 cP | Plage de viscosité optimale |
|---|
| 5–25 µm | 50–70 nm TiO₂ | Lent | 100–1 000 cP |
| 10–60 µm | 60–90 nm TiO₂ | Modéré | 500–3 000 cP |
| 20–100 µm | multicouche de 80 à 120 nm | Rapide | 2 000+ cP ou thixotrope |
| 40–200 µm | multicouche de plus de 100 nm | Très rapide | Gels thixotropes uniquement |
La viscosité de la résine ne représente que la moitié de l'histoire.
Oui, une viscosité plus élevée ralentit la sédimentation. Mais cette relation n'est pas linéaire et elle est complexifiée par le comportement rhéofluidifiant de la plupart des formulations utilisées.
Une résine dont la viscosité est de 800 cP au viscosimètre peut chuter à 200 cP sous l'effet d'un léger cisaillement lors du versement ou de l'application au pinceau. Dès que le pigment atteint cette faible viscosité, la loi de Stokes s'applique pleinement. La vitesse de sédimentation est inversement proportionnelle à la viscosité : si l'on divise la viscosité par deux lors de l'application, la vitesse de sédimentation double. C'est pourquoi certaines poudres de pigments nacrés, qui paraissent stables dans le pot, se transforment en une véritable tempête de paillettes dès qu'on les verse.
Les additifs thixotropes sont utiles, mais seulement s'ils permettent une restauration rapide de la structure après cisaillement. La silice pyrogénée est efficace. Certaines organoargiles le sont également. De nombreux agents « anti-sédimentation » commerciaux augmentent simplement la viscosité à faible cisaillement sans modifier significativement le microenvironnement du pigment une fois l'écoulement arrêté.
La géométrie et l'orientation des flocons créent-elles une traînée ? Pas du tout !
Les paillettes de mica sont des plaquettes. Dans une suspension idéale, elles se déposeraient face plate vers le bas, maximisant ainsi la résistance à l'air. En réalité, l'orientation des paillettes pendant et après le mélange est chaotique, et beaucoup d'entre elles basculent sur la tranche en tombant.
La sédimentation par la tranche réduit la surface de contact et diminue considérablement la résistance à l'écoulement. Une lamelle de 40 µm se déposant face vers le bas peut mettre deux fois plus de temps à atteindre le fond que la même lamelle se déposant sur la tranche. Il est impossible de contrôler ce phénomène dans une résine à faible viscosité sans créer une structure de réseau suffisante pour retenir physiquement les lamelles, ce qui nous ramène à la modification de la rhéologie.
Cela dit, le rapport d'aspect des paillettes joue un rôle. Les paillettes plus fines (rapport d'aspect plus élevé) génèrent une plus grande résistance à l'écoulement par unité de masse. C'est l'une des raisons pour lesquelles les nacrés à base de mica synthétique — souvent plus fins et plus uniformes que les micas naturels — présentent parfois une meilleure suspension, même à D50 et à épaisseur de revêtement comparables.
La chimie du revêtement influence l'interaction de surface.
Les pigments nacrés à base de mica ne subissent pas tous le même traitement de surface après application. Certains reçoivent un traitement hydrophobe à base d'organosilane pour améliorer leur dispersion dans les systèmes à base de solvants ou de résines non polaires. D'autres restent hydrophiles pour les applications en phase aqueuse.
Si la chimie de surface ne correspond pas à la polarité de la résine, le mouillage est insuffisant. Les particules mal mouillées s'agglomèrent et ces agglomérats se déposent plus rapidement que les particules individuelles. J'ai vu des lots où le pigment semblait parfaitement dispersé sous le mélangeur, mais formait des agglomérats friables en moins d'une heure dans un polyester à faible polarité. Ces agglomérats tombaient comme des pierres.
Vérifiez les spécifications de traitement de surface du pigment, surtout si vous passez d'un système à base de solvant à un système à base d'eau. Une nacre parfaitement adaptée à une émulsion acrylique peut floculer dans un époxy peu polaire sans agent dispersant supplémentaire.
Ce que vous pouvez réellement faire à ce sujet
Si vous êtes contraint d'utiliser un système de résine à faible viscosité et que vous rencontrez des problèmes de sédimentation, vos options se répartissent en trois catégories : reformuler la rhéologie, changer le pigment ou accepter la sédimentation et concevoir en conséquence.
Reformuler la rhéologie
- Ajouter des thixotropes :La silice pyrogénée, les organoargiles ou les cires de polyamide peuvent créer une limite d'élasticité qui maintient le pigment en place une fois le cisaillement arrêté. Objectif : 3 à 6 % selon le système.
- Augmenter la viscosité de base :Si vous pouvez le tolérer, l'augmentation de la viscosité à plus de 1 500 cP ralentit considérablement la sédimentation de la plupart des poudres de mica nacrées de moins de 60 µm.
- Utiliser un polymère de suspension :La gomme xanthane ou les épaississants cellulosiques sont efficaces dans les systèmes aqueux. Ils n'augmentent que faiblement la viscosité à faible cisaillement, mais améliorent l'efficacité de la suspension.
Changer le pigment
- Laissez tomber le D50 :Le passage d'une granulométrie de 10 à 60 µm à une granulométrie de 5 à 25 µm réduit considérablement la vitesse de sédimentation. On perd un peu en brillance, mais la suspension s'améliore.
- Substrat de commutation :Les pigments nacrés à base de borosilicate sont légèrement moins denses que leurs équivalents en mica naturel. La différence est modeste, mais mesurable dans les systèmes à faible viscosité. [LIEN INTERNE : pigments nacrés à base de borosilicate vs mica]
- Vérifier le traitement de surface :Assurez-vous que la chimie de surface du pigment corresponde à la polarité de votre résine. En cas de doute, demandez un pigment traité ou ajoutez un agent mouillant lors de la dilution.
Acceptez-le et concevez en conséquence.
Certaines applications tolèrent un léger dépôt. Si l'utilisateur final remue le produit avant utilisation (pratique courante pour les résines artisanales et certains revêtements industriels), un léger dépôt n'est pas problématique. Assurez-vous simplement que le produit est suffisamment épais.resuspendable—Le pigment compacté au fond d'une boîte est un problème différent.
Chiffres concrets : taux de règlement auxquels vous pouvez vous attendre
Ce sont des vitesses de sédimentation approximatives pour la poudre de mica nacrée dans une résine non thixotrope à température ambiante. Les valeurs réelles varient en fonction de la concentration en pigment, de la chimie de la résine et des éventuelles contraintes de cisaillement résiduelles.
| Viscosité de la résine (cP) | Pigment D50 (µm) | Délai avant tassement visible | État de la formulation |
|---|
| 100–200 | 40–100 | 15 à 30 minutes | Instable sans additifs |
| 200–500 | 40–100 | 1 à 2 heures | Marginal ; nécessite un thixotrope |
| 500–1 000 | 10–60 | 4 à 8 heures | Acceptable pour certaines applications |
| Plus de 1 500 | 10–60 | 24 heures et plus | Stable pour la plupart des exigences de durée de conservation |
Pourquoi cela est important pour l'approvisionnement et la formulation
Si vous spécifiez une poudre de pigment nacré pour un nouveau projet, la valeur D50 indiquée sur la fiche technique n'est qu'un point de départ. Renseignez-vous sur la distribution granulométrique complète. Demandez des informations sur la structure de la couche de revêtement et si le pigment a subi un traitement de surface. Enfin, si votre système de résine a une densité inférieure à 500 cP, effectuez des tests de sédimentation au plus tôt, de préférence avant de passer une commande minimale de cinq fûts.
Les fournisseurs de pigments expérimentés savent quelles qualités ont tendance à se déposer dans les systèmes à faible viscosité. Ils devraient également pouvoir recommander une poudre plus fine ou une variante traitée si votre premier choix ne convient pas. Dans le cas contraire, c'est un signe d'alerte.
Foire aux questions
Q : Puis-je simplement ajouter plus de pigment pour compenser le dépôt ?
R : Non. Ajouter plus de pigment accélère la sédimentation car cela augmente la masse totale des particules sans modifier les forces qui en sont à l'origine. Vous obtiendrez une couche de sédiments plus dense et le même problème. Il vaut mieux corriger la rhéologie ou la concentration du pigment.
Q : Le mica synthétique se dépose-t-il plus lentement que le mica naturel dans la même résine ?
R : Parfois. Les paillettes de mica synthétiques sont souvent plus fines et plus uniformes, ce qui peut améliorer la suspension grâce à un rapport d'aspect plus élevé et une meilleure résistance à l'écoulement. Cependant, le poids du revêtement et le traitement de surface restent des facteurs déterminants. Ne partez pas du principe que le synthétique est toujours meilleur ; testez les deux si la sédimentation est un critère essentiel.
Q : Quelle quantité de silice fumée me faut-il pour empêcher la poudre de mica nacré de se déposer ?
A : Commencez par une concentration de 2 à 3 % et faites un essai. Si vous constatez encore un dépôt important après 24 heures, passez à 4 ou 5 %. Au-delà de 6 %, les gains sont généralement minimes et vous risquez de rencontrer d'autres problèmes, comme une mauvaise fluidité ou des irrégularités de texture en surface. La silice pyrogénée n'est pas une solution miracle ; elle est plus efficace lorsque la viscosité de votre base est déjà dans une plage raisonnable.
Q : Une taille de particules plus petite résoudra-t-elle toujours mon problème de sédimentation ?
R : Cela aide, mais ce n'est pas une garantie. Une poudre de pigment nacré de 5 à 25 µm se dépose plus lentement qu'une poudre de 40 à 100 µm, mais si votre résine a une viscosité de 150 cP et n'est pas thixotrope, la sédimentation aura tout de même lieu – en quelques heures au lieu de quelques minutes. Pour des résultats fiables, associez la réduction de la taille des particules à une modification de la rhéologie.
Q : Existe-t-il un seuil de viscosité en dessous duquel je ne devrais même pas essayer de mettre en suspension des pigments nacrés ?
A : En dessous de 200 cP environ, il est difficile de maîtriser les lois de la physique. Il est possible de maintenir en suspension des pigments fins (moins de 25 µm) avec des thixotropes puissants, mais le procédé est complexe. Si votre système a une viscosité inférieure à 150 cP et que vous utilisez un pigment de plus de 40 µm, prévoyez un phénomène de sédimentation ou optez pour un produit pulvérisable où la sédimentation entre les couches est négligeable.
Les problèmes de sédimentation sont souvent résolubles grâce à un pigment de qualité appropriée ou à une légère modification de la formulation. Si vous rencontrez des difficultés avec un projet nécessitant un revêtement à faible viscosité et que vous avez besoin d'une recommandation basée sur la granulométrie et la structure du revêtement, l'équipe technique de Kolortek peut vous fournir les spécifications détaillées et vous proposer une solution alternative. Des échantillons et des dossiers techniques sont disponibles sur demande pour les formulateurs qualifiés.
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