Biyosit İçermeyen Duvar Boyaları için Disperse Olabilen Toz Polimerler

10 Eylül 2019

 

Dr. Martin Schierhorn
Global Strateji Kıdemli Yöneticisi
Wacker Chemie AG

 

 

Bugün sıvı duvar boyalarının çoğu su bazlıdır. Ancak boyalarda kullanıldığında, su bakteriler ve diğer mikroplar için uygun bir ortam sağlamaktadır. Bu organizmaların üremesini önlemek amacıyla, boyalar genellikle bunların daha uzun ömürlü olmasını sağlayan biyositler ile formüle edilirler. Alman Boya ve Matbaa Mürekkepleri Endüstrisi Birliği’ne göre, koruyucu eklenmezse dört kova boyadan biri bozulacaktır. Bu ise yılda on bir milyon kovaya ve 470 milyon Avro maliyete karşılık gelmektedir.

Ancak, biyosit kullanımı bir sorunu beraberinde getirmektedir: Boya duvara uygulandıktan ve kurumaya başladıktan sonra, sıvı bileşenler uçarak biyositlerin havaya karışmasına yol açabilmektedir. Bazı kişilerde, biyositler, özellikle de izotiyazolinonlar alerjik reaksiyonları tetikleyebilmektedir.

Şekil 1. Toz formda (solda) ve suyla yeniden disperse edilmiş (sağda) NEXIVA® içeren boya.
(Fotoğraf: Wacker Chemie AG)

Münih merkezli bir kimya firması olan WACKER şimdi de biyosit içermeyen duvar boyaları üretimine yönelik bir teknoloji geliştirdi. 2019 European Coatings Show’da Grup, sıvı veya toz formdaki iç mekan duvar boyalarının üretimine uygun olan, püskürtülerek kurutulmuş polimer bağlayıcılara dayanan bir ürün grubunu tanıttı. Boya üreticileri bu polimer bağlayıcıları da tıpkı dispersiyon formundaki geleneksel bağlayıcılarla yaptıkları gibi, özel boya formülasyonları oluşturmak amacıyla kullanabiliyorlar.

Yeni bağlayıcılarla formüle edilen boyalar profesyonel boyacılar ve kendin-yap uygulamalarını tercih edenler (DIY’ciler) tarafından kullanılabilmektedir. Piyasadan gelen ilk geri bildirimler, özellikle örtücülük ve ıslak ovma direnci bakımından bu boyaların kalitesinin yüksekliğini onaylamaktadır.

Toz Boya Kategorileri
Toz boya kavramı çok yeni değildir. Bazıları insanlık tarihinde çok uzun zamandır kullanılmakta olan çeşitli toz boya kategorileri vardır. Kil boyalar, çimento toz boyalar, kireç toz boyalar veya silikat toz boyalar gibi mineral boyalar, çimento, çamur veya mil, çözünür su camı veya sönmüş kireç gibi mineral bağlayıcı maddelerle alışmaktadır. Bu boyaların iyi nefes alma özelliklerine sahip olduğu bilinmektedir. Ancak bunlar polimer bağlayıcıların kullanıldığı boyalara kıyasla çeşitli dezavantajlara sahiptirler.

Örneğin, bunlar iyi bir kaplama kalitesi veya örtücülük sağlamadığından, kil ve çimento toz boyaların uygulanması zordur. Ek olarak, leke oluşumunu önlemek amacıyla bunlar uzman düzeyinde uygulama tekniğini gerektirirler. Bu özellikleri çimento toz boyaların sıklıkla bodrumlarda kullanılırken dekoratif boya olarak kullanılmamasını da açıklar. Silikat toz boyaların örtücülüğü iyidir ancak bunlar da çoğunlukla çift bileşenli sistemler şeklinde bulunurlar.

Bunlar gibi mineral toz boyaların alkalinitesi genellikle yüksek olduğundan, bunların performanslarını artırmak amacıyla polimer bağlayıcılarla kombine edilmesi de zordur. Ancak, polimer bağlayıcılar boyalarda kolay uygulanma, yüksek formülasyon çeşitliliği, mükemmel örtme gücü ve yaş ovma direnci gibi çeşitli avantajlar sağlarlar.

Ek olarak, disperse olabilen toz polimer esaslı bağlayıcılar üreticilere yüksek kaliteli boyaların şart olduğu sofistike dekoratif boya segmentinde toz formda boya formüle etme imkanı tanımaktadır.

Disperse olabilen toz polimer bir entegre üretim prosesiyle üretilir. Vinil asetat monomeri (VAM) üretmek için asetik asit ve etilen kullanılır. Kopolimerizasyon prosesinde, VAM ve etilen dönüşerek vinil asetat-etilen (VAE) oluşturur. Sıvı dispersiyon ve koruyucu kolloid bir püskürtmeli kurutucudan geçirilir. Koruyucu kolloid matris, toz taneciklerindeki dispersiyon parçacıklarını birbirinden ayırarak polimer parçacıklarının kuruma ve saklama sırasında geri dönüşsüz şekilde bir film oluşturmasını önler. Su eklendiğinde, disperse olabilen toz polimer ayrı ayrı parçacıklar şeklinde kolaylıkla yeniden disperse olur.

Formülasyonda Esneklik
Disperse olabilen toz polimerler dekoratif ve yüksek kaliteli boyaların üretimi için yöntem esnekliği sağlarlar. Üretim prosesi sırasında, boya üreticileri suyun formülasyona hangi aşamada eklenmesi gerektiğine karar verebilirler.

Seçeneklerden biri suyu prosesin ilk aşamalarında eklemektir. Alışılageldik sıvı dispersiyonu elde etmek üzere disperse olabilen toz polimer suda yeniden disperse edilir. Bunun avantajı, üreticilerin tercih ettikleri biyositleri veya katkıları kullanabilmesi ve dispersiyon sağlayıcısı tarafından eklenenlerle sınırlı kalmamasıdır.

İkinci bir yaklaşım ise, boyaları toz formda üretmek ve bunları toz boyanın kolaylıkla depolanabileceği nalbur dükkanlar ve DIY mağazaları gibi dağıtıcılara doğrudan ulaştırmaktır. Su, daha sonra, müşteri boyanın karıştırılmasını istediğinde ilave edilebilir. Hatta boyanın miktarı bile müşterilerin ihtiyacına göre ayarlanabilir.

Diğer bir olasılık, toz boyaları üretmek ve bunları son kullanıcıya satmaktır. Bu yaklaşımda, son tüketiciler toz boyalarını örneğin nalburdan veya özel boya mağazalarından satın alırlar. Evde veya inşaat alanında, müşteriler küçük bir lekeyi örtmek veya tüm duvarı boyamak için ihtiyaç duydukları miktarda boyayı hazırlamak üzere su ekleyebilirler.

Nihai ürünü on litrelik kova gibi standart bir miktarda hazırlamak için, son kullanıcılar suyla başlar, tozu ilave eder ve karıştırıcı uç takılı bir matkapla yaklaşık beş dakika boyunca karıştırırlar. Yaklaşık bir litre veya altındaki daha düşük miktarlarda, çalkalamak gerekli karışmayı sağlamak için yeterlidir.

Yaş Ovma Direnci ve Örtme Gücü
Yoğun testler, disperse edilebilen toz polimerler kullanılarak üretilen boyaların yüksek kalite standartlarına uygun performans göstermesini sağlamıştır. Boyanın örtme gücü önemli bir kriterdir. Bu değeri belirlemek üzere, laboratuvar teknisyenleri opasite kartları alır, tartar ve piknometre kullanarak yoğunluklarını ölçerler.

Şekil 3. Boyanın örtme gücünü kontrol etmekte olan bir
laboratuvar asistanı. (Fotoğraf: Wacker Chemie AG)

Bunun ardından, biri 150 µm ve diğeri 225 µm olan iki boya filmi dökülür. Opasite kartları dökümün ardından tekrar tartılır. Film daha sonra 23°C sıcaklık ve %50 nem koşullarında 24 saat boyunca kurumaya bırakılır. Kuruma süresinin ardından, opasite bu amaçla kullanılan özel bir ekipmanla ölçülür. Sonraki adımda, tüm sonuçlar kullanılarak kontrast oranı hesaplanır. ISO 6504-3’e göre, boyaların örtme gücü, en yüksek örtme gücünü (kontrast oranı ≥99,5) gösteren sınıf 1 ile en düşük örtme gücünü (kontrast oranı <95) gösteren sınıf 4 arasında yer alan dört sınıf ile ifade edilir. Disperse edilebilen toz boyalar kullanılarak formüle edilen toz boyalar 98 ile <99,5 arasında yer alan bir kontrast oranına ulaşırlar ve dolayısıyla, sınıf 2 düzeyinde örtme gücü sağlarlar.

Dekoratif iç cephe duvar boyalarının performansı açısından diğer bir önemli kriter de ıslak ovma direncidir. Bu kriter WACKER laboratuvarlarında ISO 11998’e uygun şekilde test edilmiştir. İlk adımda, bir PVC plaka üzerine 300 µm kalınlıkta boya filmi çekilir. Levha standart atmosfer koşullarında 72 saat, ardından 50°C’de 24 saat ve yine standart atmosfer koşullarında 24 saat süreyle kurumaya bırakılır. Bunun ardından, üzerinde kuru boya olan ve olmayan PVC plakanın kalınlığı ölçülür. Plaka daha sonra birkaç şerit halinde kesilir ve her bir şerit, polar kumaştan pedi olan bir kızağı kaydıran özel bir makineye yerleştirilir ve bu kızak her yüzey üzerinde 200 tur kaydırılır. Ardından, PVC numuneler tekrar ölçülür. ISO 11998’de 200 döngünün ardından <5 µm kayıpla sınıf 1 (en yüksek) ile 40 döngüden sonra >70 µm kayıp ile sınıf beş (en düşük) arasında beş sınıf tanımlanmaktadır. Sonuçlar disperse edilebilen toz polimer kullanılarak formüle edilen bir standart boyanın sınıf 2 (200 döngüden sonra >5 µm ila <20 µm kayıp) gerekliliklerini karşıladığını göstermektedir.

Biyosit İçermez, VOC Değeri Düşüktür, Çevre Etiketlerine Uygundur
Disperse edilebilen toz polimer içeren toz boyalar düşük kokuludur ve koruyucu eklenmediğinde bile kararlıdır. Üretici ve müşteri tercihlerine bağlı olarak, boyaların yeniden dispersiyonu için suyun uygulamadan hemen öncesine kadar uygulanmasına gerek yoktur,bu özellik üretim sırasında biyosit ilave edilmesi ihtiyacını ortadan kaldırmaktadır. Disperse edilebilen toz polimer esaslı toz boyalar aynı zamanda olağan dispersiyon boyalara kıyasla daha uzun bir raf ömrüne de sahiptir. Bunlar çok düşük uçucu organik bileşik (VOC) içeriğine (<1 g/l) sahip olacak şekilde formüle edilebilirler ve başlıca çevre etiketlerine uygunluk gösterirler.

Film oluşturma sıcaklığı neredeyse sıfır derece olduğundan, disperse edilebilen toz polimerle formüle edilen boya organik solventlere, plastifiyanlara veya film oluşturucu ajanlara ihtiyaç duymaz. Ek olarak, toz polimer dolgu maddeleri ve pigmentlerin dispersiyonunu da destekleyerek boyanın örtme gücü ve sürülebilirlik özelliklerini geliştirmektedir.

Şekil 4. Standart disperse edilebilen toz polimerin teknik
özellikleri

Saklama, Nakliye ve Hazırlık
Diğer bir avantaj, toz boyaların istendiğinde tam dozajda hazırlanabilecek olması ve dolayısıyla, fire miktarının azalmasıdır.Bu boyaların taşınması ve depolanması da dispersiyon boyalara göre daha kolaydır.Tipik formülasyonlarda ağırlıkta dispersiyon boyalara kıyasla %40 oranında tasarruf edilir. Ayrıca, toz boyalar sıvı boyalardan daha farklı şekilde ambalajlanabilirler. Torbalarda tutulabileceklerinden taşıma ve depolama sırasında alanın daha iyi şekilde kullanılmasını sağlarlar ve ambalajın hasar görmesi veya taşıma sırasında sızma durumunda kuru form çok daha güvenlidir.

Toz boyalar zorlu iklim koşullarında bile depolanabilirler. Geleneksel duvar boyalarından farklı olarak, toz versiyonlar soğukta donmazlar ya da sıcağa maruz kaldıklarında kalınlaşmazlar. Ancak, 30°C üzerindeki sıcaklıklarda uzun süreli depolama, basınç yükü, nem veya güneş ışığına maruz kalmayla ile birlikte blokaja yol açabilir. Tozun nemle temasını önlemek için, ambalajda düşük nem geçirgenliğine sahip polietilen ağızlar kullanılması önerilmektedir.

Disperse edilebilen toz polimer boyanın hızla hazırlanabilmesini de sağlar. Polimer parçacıkları suda kolaylıkla disperse olurlar. Dolayısıyla, kullanımdan önce şişmesi için zaman geçmesi gereken diğer toz boyalardan farklı olarak, boya karıştırıldıktan hemen sonra uygulanabilir.

Boyanın kıvamı su ve toz oranıyla ayarlanabilir, yani boyacılar mevcut boya projelerine bağlı olarak ince veya kalın bir boya hazırlamaya karar verebilirler. Standart formülasyonlar için, WACKER uzmanları 100 ml su için 150g şeklinde bir önerilen oran tanımlamışlardır.

Özet
Bugün sıvı duvar boyalarının çoğu su bazlıdır. Ancak, su mikroplar ve bakteriler için de elverişli bir ortam sağlamaktadır. Bu organizmaların üremesini önlemek amacıyla, boyalar genellikle daha uzun ömürlü olmalarını sağlayan biyositlerle formüle edilmektedirler. Alman kimya firması WACKER üreticilerin toz formunda iç mekan duvar boyaları formüle etmesini mümkün kılan disperse edilebilen bir toz polimer geliştirmiştir. Bu teknoloji biyosit ilavesini gerektirmemektedir ve boyaların saklanması ve nakliyesinde önemli avantajlar sağlamaktadır.

Referanslar
1.http://www.wirsindfarbe.de/presse/lacke-farbenaktuell/ farben-brauchen-schutz/ (yalnızca Almanca websayfası)