Beton ve Çelik Yüzeylerde Coal Tar* Boya ve Kaplamalar

Nisan 05, 2018, 5:32 pm
21 dakika
Boya ve Kaplamalar

 

M. Namık Kayaalp
Kimya Mühendisi 
Ecelak Boya Kimya Ltd. Şti.

 

Çok karmaşık bir kimyasal karışım olan bitümlü kömür, 700°C’nin üzerindeki hava olmadan distilasyon kolonlarında ısıtıldığında
daha basit bileşenlerine ayrışır. Kok kömürünü kalıntı olarak bırakarak, gaz, sulu buharı ve kömür katranı olarak çekilir. Kömür
katranı, yağ ve kömür katranı zifti vermek üzere imbiklerde ısıtılarak suyu alınır. Kömür katranının kaynağına ve uygulanan ısının
miktarına bağlı olarak, farklı kömür katranı zifti elde edilir. Performanslı boya ve kaplamalar için ana madde olarak kullanıldığında,
kömür katranı yeniden işleme alınır ve korozyon hızlandırıcı maddeler yapıdan çıkarılır. Daha sonra çeşitli türlerdeki kömür
katranları birbirleriyle karışım yapılır.

Kömür katranı boyaların, son derece düşük geçirgenliği, yüksek elektrolitik direnci ve suyun yıpratıcı etkilerine karşı gösterdikleri
benzersiz dayanıklılık, bu ürünün olağanüstü kalitesinin sonucudur. Uygun bir biçimde hazırlanmış kömür katranı boya ve
kaplamaları gibi suya dirençli, eski ya da yeni, neredeyse hiçbir malzeme yoktur.

Madeni yağlardan etkilenmezler, ancak doğrudan temas ettikleri sürece, bitkisel ve hayvansal yağlarda, greslerde ve deterjanlarda
çözünebilirler. Zayıf mineral asitlere, alkalilere, tuzlara, tuzlu su çözeltilerine ve öteki etkili kimyasallara karşı direnci iyidir. Ayrıca,
kömür katranlı boyalar, öteki koruyucu boya ve kaplamalardan daha ekonomiktir. Belirli bir iş için boya seçerken bu gerçek göz
ardı edilmemelidir.

Beş temel kömür katranı boyası vardır:
1. Herhangi bir dolgu kullanılmadan hazırlanan ince kömür katranı zifti solüsyonu,
2. İnert dolgularla hazırlanmış ağır kömür katranı zifti solüsyonu,
3. Tiksotropik jel yapısında olan, ancak yalnızca orta derecede doğal viskoziteli inert dolgular içeren çok ağır kömür katranı zift
boya ve kaplamaları,
4. İnert dolgu maddeleri içeren ve düşük doğal viskozitedeki ağır kömür katranı emülsiyonları,
5. Sıcak uygulanmış kömür katranı kaplamaları.

İlk üç tip solüsyondur ve yaklaşık aynı kimyasal ve su direncindedirler. Bunlar, temel olarak, tek kat olarak uygulama
yapılabilmelerine göre film kalınlıklarında değişiklik gösterirler. Dördüncü tip, kömür katranı emülsiyonları, sudaki kömür katranı
zifti dispersiyonlarıdır ve solüsyon tiplerine oranla korozyon dirençleri daha düşüktür. Bu, kömür katranının kendisinin bir hatası
değildir, fakat uygulanan filmin daha yüksek geçirgenliğinden kaynaklanır. Su içinde dispersiyon haline getirilmiş zift parçacıkları
nispeten büyüktür ve çok daha küçük çözünmüş zift parçacıkları gibi kuruduktan sonra tümüyle kaynaşmazlar. Ancak kömür
katranı emülsiyonlarının daha sonra bahsedilecek öteki çok iyi özellikleri vardır.

İnert dolgu maddeleri ile desteklenmiş ve bir astar üzerinde erimiş durumda uygulanan beşinci tip, kömür katranı zifti, ticari kömür
katranı emayesi olarak adlandırılmaktadır. Bu emayelerde, kömür katran boyalarının tüm iyi nitelikleri bulunur, fakat kaplamanın
çok kalın olması ve solvent buharlaşmasına bağlı olmaması nedeniyle çok daha yüksek bir nitelik derecesindedir.

%60 ila 70 katı içeriğindeki Tip 1, litresi 7 ila 10 metrekare yayılma oranında düşük viskoziteli ince bir kömür katranı solüsyonudur.
Her kat için yaklaşık 25 ila 50 mikronluk bir kalınlık verir. Bu kalınlık arttırılamaz çünkü ince solüsyon sarkma olmaksızın daha düşük
bir hızda uygulanamaz. Tip 2 daha ağır bir kat elde etmek için tasarlanmıştır. Daha yüksek katı içeriğine ek olarak, sarkma olmadan
litrede 3-4 metrekare uygulanabilen dolgulu bir kömür katranı solüsyonu kullanılmalıdır. Bu, yaklaşık 150 mikronluk bir kuru film
kalınlığı verir. Daha ağır kaplamaları fırça ile uygulamak için, sarkma olmadan litrede 2 metrekare gibi düşük oranlarda
uygulanabilen bir jel seçilmelidir. Bu, tek kat olarak yaklaşık 400 mikron kuru film kalınlığı verecektir. Kömür katranı emülsiyonları,
litrede 2 metre kare bir kaplama ile sarkma olmadan ve bir katta olarak yaklaşık 300 mikron kuru film kalınlığı verecektir.

Kömür katranı boyaları, nemin ve havanın mekanik olarak dışarı atılmasıyla koruma sağlar. Ara vermeden sürekli bir film olarak
uygulanırlarsa, neredeyse mükemmel bir koruma sağlarlar. Tek kat bir uygulamalarda yüzeyde deliklenme ve yüzey kusurlarından
kaçınılma olası olmadığından, birden fazla kat uygulaması gerekecektir. Bu boyalar yalnızca solvent buharlaşmasıyla kururlar.
Kural olarak beton, ince kömür katranı solüsyonlarıyla korunabilir, ancak çelik, ciddi aşındırıcı etkilere karşı neredeyse geçirimsiz
bir bariyer oluşturacak daha ağır kaplamalar gerektirir. Bütün kömür katranlı boyalar güneşte az ya da çok timsah derisine benzer
çatlamalar “alligatoring” gösterebilirler. Boya bir timsah derisi gibi gözüktüğü için bu ad verilmiştir. Bu durum bir yüzey hatasıdır.
Bu durum, güneş ışınları tarafından ısı etkisiyle filmin üst tabakasının sertleşmesiyle ortaya çıkar. Bu, üst tabakanın henüz
yumuşak durumda olan alt tabaka üzerinde büzülmesine, çatlamasına ve kaymasına neden olur. Yeterli kat uygulanmıyorsa, bu
alligatoring yapı atmosferik korozyona yol açabilecek biçimde metal yüzeyinden aşağı doğru gidebilir. Alligatoring oluşumu,
boyanın güneş ışınlarından korunduğu su altında gerçekleşmez (ya da sadece sınırlı bir derecede olabilir). Kömür katranı
emülsiyonlarında zift parçacıkları solüsyon tiplerinde olduğu gibi sıkıca kaynaşmadıkları için bu alligatoring olayı olmaz. Bu
nedenle, kömür katranı emülsiyonları, ağır kömür katranı boyalarındaki kötü bir biçimde alligatoring oluşmuş olan boyaların
üzerine son kat kaplamalar olarak kullanılabilir. Bu emülsiyonların daldırma uygulamalarında daha az koruma kapasitesinde
olduğu ve bu kullanım için önerilmediği unutulmamalıdır.

Daldırma işleminden önce güneşte ve havada geçici olarak kalacak olan ağır kömür katranı boyaların alligatoring oluşumunu
önlemek için birçok popüler yöntem vardır. Bunlarda biri de en eski bir yöntem olan kireç badana kullanılmasıdır. Daha güncel bir
çözüm olarak, kömür katranı boyanın yüzeyine uygulanan akrilik bir lateks boya ya da benzer bir emülsiyon boya kullanılabilir.
Bununla birlikte, bu boya filminin kömür katranı boyadaki yağlarla renk değiştirmesinin, başarısızlık nedeni olarak kabul
edilmemelidir. Kömür katran ziftlerinde kullanılan solventler ağır kokulu olmalarından dolayı uygulama ve kuruma sırasında yeterli
havalandırma gereklidir. Suyun bir tiner olarak kullanıldığı kömür katranı emülsiyonları bu bakımdan üstündür ve uygun
havalandırmanın mümkün olmadığı durumlarda kullanılmalıdır. Kömür katranı boyaları, baraj ve taşkın kontrol tesislerinde, baraj
kapaklarında, iskelelerde, deniz işleri gibi alanlarda düşük maliyetle mükemmel koruma sağlar.

Tip 5 boyaları olan kömür katranı emayeler, sargıyla desteklenmiş olsun ya da olmasın çelik boru hatlarının dış koruması için yaygın
olarak kullanılmaktadır. Makinayla ya da el ile sürülerek uygulanırlar. Çelik ya da beton boruların iç astarı için ise, kömür katranı
emayeler santrifüj döndürme ile uygulanır. Bu işlem son derece pürüzsüz bir yüzey sağlar ve boru yüzeyi ile akışkan sıvı arasındaki
sürtünmeyi azaltır. Kömür katranı emaye boyalar, aşırı yüksek ve aşırı düşük sıcaklıklar ya da toprak gerilimlerdeki değişimler gibi
servis koşullarına bağlı olarak farklı tiplerde üretilirler. Bu gerilimler, yeraltı boru hatlarının döşenmesinde karşılaşılan belirli toprak
türlerinden kaynaklanmaktadır. Modifikasyonlar temel olarak, farklı derecelerde plastifiyan ve kömür katranı emayeye verilen dolgu
maddesinin miktarını içerir. Çok sayıda öteki yüzeyleri kömür katranı emaye ile korumak mümkündür, ancak genellikle uygulamada
daha kolay olduğu için, soğuk uygulamalı ağır kömür katran kaplamaları tercih edilmektedir, çünkü kömür katranı emayelerinden
daha iyi bir sıcaklık değişimleri gösterebilir, özel olarak eğitilmiş bir çalışma ekibi gerektirmez ve daha az toplam bir maliyet
oluşturur.

Kömür Katranlı (Coal-Tar) Epoksiler
Kömür katranı bazlı boya ve kaplamalar geleneksel olarak korozif etkilete karşı koruyucu bir bariyer olarak olağanüstü performans
göstermiştir. Bu malzemeler çok düşük maliyetlidir ve su ve sulu koroziflere karşı dayanıklıdır. Koruyucu boyalar açısından modifiye
edilmemiş kömür katranları ile ilişkili olan tek olumsuz noktaları, bunların solvent direncinden yoksun olmaları ve boyanın yüksek
sıcaklık koşullarında yumuşama ve akmaya eğilimli olmalarıdır. Bu olumsuzlukların her ikisinin de, sıvı epoksi rezinlerin kömür
katranı ile karıştırılması ve karışımın tipik amin sertleştirici ajanlarla sertleştirilmesi ile üstesinden gelinir. Kömür katranlı epoksileri,
yaklaşık %60 kömür katranı, düşük maliyetli ve hidroklorik asit, sodyum hidroksit, tuzlu su dahil olmak üzere çok çeşitli sulu
koroziflere ve sert ham petrole karşı dirençlidir. Ek olarak, bu kompozisyonlar 196°C’ye kadar sarkmaya karşı dirençlidir ve
modifiye edilmemiş kömür katranından daha az kırılgan ve darbeye karşı daha dirençlidirler. Tipik bir formülasyon aşağıda
verilmiştir:

 

Boya ve Kaplamalar

Üretim Yöntemi: Kömür katranı zifti, 49°C’ye ısıtılır. Epoksi rezin, ksilen ve segonder bütil alkol ile inceltilir ve kömür katranı ziftine
verilir. Karışım homojen olana kadar karıştırılır. Epoksi / zift solüsyonunun katı maddesi ayarlanır ve magnezyum silikat ve kolloidal
silikanın kuru bir karışımı güçlü bir karıştırma işlemi ile solüsyon içinde disperse edilir. Sertleştirici bileşenini hazırlamak için, dietilen
triamin, segonder bütil alkol ile karıştırılır ve ayrı olarak ambalajlanır. Pistole uygulaması için, karışım formülasyon, yaklaşık %10 gibi
düşük oranlarda ksilen ya da tolüen ile inceltilebilir. Kömür katranlı epoksileri, gemi altı karina boyalarında ve oldukça yüksek korozif
ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmış tanklarda ve öteki ekipmanlarda kullanılır. Bunlar ayrıca yeraltı depolama tankları, boru
hatları ve kazıklar gibi metalik yapıların korozyona karşı korumasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Öteki uygulama alanları
arasında toprak üzerindeki çelik duvarlar, asitli beton tanklarda ve kanalizasyon tankları bulunur.

Kömür Katranlı (Coal Tar) Epoksi Boya Standardı
Kapsam: Bu spesifikasyon, yapısal çelik ya da beton yüzeylerde kullanım için uygun olan kömür katranı içeren epoksi poliamid
boyayı kapsar. Bu şartname, Çelik Yapıların Boyama Konseyi’nce hazırlanmış Boya Spesifikasyonu No.16, Tip 1, Sınıf II’nin
gereklerini karşılar.

Kompozisyon: Boya, katran, dolgu maddesi ve katalizörle bir bileşen ayrıca reçineyi içeren bir başka bileşenle birlikte iki-bileşenli
bir sistem olacaktır. Belirtilen malzemelerle hazırlanan bu boyanın her bir bileşeni, homojen, grit ve kalın partiküllerden arınmış
depolamada kararlı olacaktır. Bileşenleri maddeler aşağıdaki türde ve oranlarını içerecektir:

Boya ve Kaplamalar

Üretim İşlemi: Talk ve kalınlaştırıcı toz katkı, önemli ölçüde kesme değerlerini geliştirme yeteneğinde olan bir ezme ekipmanı
aracılığıyla komponent A içinde disperse edilir. Kalınlaştırıcı eşit miktardaki talkla birlikte karıştırılır ve daha sonra alkol içinde
karıştırılarak ıslatılır. Oluşan karışım komponent A içine verilir ve iyice karıştırılır. Komponent A’nın viskozitesi, talk ve
kalınlaştırıcının dispersiyon derecesinden önemli ölçüde etkilenir. Girdiler aşağıda belirtilen özellikleri taşımalıdır.

Coal Tar Pitch: Kömür katranı zifti, 700˚C’nin üstündeki bir sıcaklıkta çalışan slot fırınlarda kömür yıkım destilasyonu sırasında
elde edilen bir ürün olan, ham kok fırını katranının yüksek sıcaklıkta damıtılmasıyla elde edilen bir üründür. Kömür katranı zifti
aşağıdaki özelliklerde olacaktır:

Kalınlaştırıcı: Kalınlaştırıcı ya da tiksotropi sağlayan katkı, magnezyum montorillonit ya da hidrojene hint yağının organik bir türevi
olmalıdır. En çok %3 su içeren ve 1.75 ± 0.2 gr/cm3 kütle yoğunluğunda krem renkli beyaz toz olmalıdır.
Aktivator: Eğer kullanılacaksa metanol, etanol, ya da propilen karbonat olmalıdır.
Katalist: Hızlandırıcı katalist 2, 4, 6 – tri (dimetilamino metil) fenol olmalıdır.
Epoksi Rezin: Epoksi rezin, bisfenol A ile epokslorohidrinin kondensasyon ürünü terminal epoksit grubu bulunan bir di-epoksit
olacaktır. Açık renkli, bulanık olmayan, kristal ve partikül madde içermeyen aşağıdaki özelliklerde olmalıdır:

Boya ve Kaplamalar

Poliamid Rezin: Poliamid rezin, dimerize bir yağ asidinin poliamidler içindeki bir kondensasyon ürünü olmalıdır. Saydam olmalı
bulanık olmamalıdır. Aşağıdaki özelliklerde olmalıdır.

Boya ve Kaplamalar

Magnezyum Silikat (talk): Magnezyum silikat ASTM Standardı D 605 “Magnezyum Silikat Pigment (Talk)” ile uyumlu olacaktır.
Koyu kırmızı renkli bir boya belirtildiğinde, koyu kırmızı bir boya %50 ya da daha fazla (hacimce) magnezyum silikatın yerini
ASTM Standardı D 3721’e uygun sentetik kırmızı demir ile değiştirilecektir. Kırmızı boya tüm siyah boya için öngörülen test
koşulları, uçucu olmayan içeriğin dışında Bileşen A, demir oksit pigmentinin daha yüksek özgül ağırlığını yansıtan bir miktar
olmalıdır.

Kaynakça 
1. National Engineering Handbook, Chapter 3, Part 642, National Standard Material Specifications, November 2005.
2. R.A. Allen, Epoxy Resins in Coatings, Federation of Societies for Paint Technology, Philadelphia, Pennsylvania, 1972.
3. Henry R. Stoner, Coal tar mastıcs and epoxies, Liberty Bell Corrosıon Course, Philadelphia, PA, 1977.
4. Stephen H. Alexander, Asphalt and asphalt coatings, in Film Forming Compositions, Volume 1, Part 1 (Raymond R. Myers
and J. S. Long, eds.). New York: Marcel Dekker.
5. Coatings Technology Handbook Second Edition Revised and Expanded edited by D. Satas & Associates Warwick, Rhode Island.

  • (gizli tutulacaktır)