Seramik Malzemelerin Üretiminde Kullanılan Kimyasallar

04 Temmuz 2017

Seramik, genel bir ifade ile anorganik kimyasal yapıdaki maddelerden çeşitli yöntem ve işlemler uygulanarak sert ürün elde edilmesine ilişkin bilim, sanat, teknoloji ve malzeme olarak tanımlanabilir.

Çok geniş bir yelpazeye sahip olan seramikler geleneksel seramikler ve mühendislik seramikler olarak iki ana gruba ayrılabilir.

Geleneksel seramikler kapsamına çömlekçi ürünleri, sanatsal seramikler ve endüstriyel seramikler dâhildir. Endüstriyel seramik malzemelere örnek olarak duvar karosu, yer karosu, porselen karo, lavabo küvet, tuvalet taşı ve tuğla kiremit ürünleri gibi yapı ürünleri, sofra ürünleri ve refrakterler verilebilir.

Bu tür malzemelerin üretiminde ağırlıklı olarak kil, kuvars ve feldspat vb. doğal hammaddeler kullanılmaktadır. Elde edilen seramik bünyeler üzerinde ürün grubuna göre camsı yapıdaki sır ve dekor uygulamaları olabilmektedir

Mühendislik seramiklerine ileri teknoloji seramikleri de denilmektedir ve çoğunlukla daha saf olmaları nedeniyle işlenmiş ham maddelerden özel yöntemler kullanılarak üretilmektedir. Karbürler, borürler, titanatlar seramik metal kompozitler vb. ürünleri içeren bu tür seramikler geleneksel seramiklere göre daha özel kullanım alanlarına (zırh, roket, füze, uzay araçları vb.) sahip olup günümüzde kullanım alanları daha da genişleyerek büyük önem kazanmaktadır.

Geleneksel ya da mühendislik seramikleri üretimlerinde ürünlerden istenen son fiziksel, kimyasal ve mekaniksel özelliklere göre ham madde cinsi, karışım oranı, kullanılan katkı malzemeleri, şekillendirme ve pişirim yöntemleri farklılık göstermektedir. Seramik malzemelerin üretimlerinde ham maddeden başlayarak nihai ürün haline gelinceye kadar birçok kimyasal madde kullanılmaktadır.

Bu yazıda geleneksel seramiklerin üretimi boyunca kullanılan kimyasal maddeler, üretimde ham madde olarak yer alan (bünye, astar, sır ve dekor boyalarının hazırlanmasında kullanılan) kimyasal maddeler ve üretim süreci boyunca çeşitli özelliklerin iyileştirilmesi için kullanılan katkı maddeleri (yardımcı maddeler) olarak iki ana başlık altında ele alınmıştır.

1. Seramiğin Üretiminde Kullanılan Ham Maddeler
Seramik malzeme üretiminde kullanılan kimyasalların başında ham maddeler gelmektedir. Genel olarak hammadde, bir ürün veya mal oluşturmak için gerekli maddelerin işlenmesinden önceki doğal durumudur. Seramik üretiminde doğal ve sentetik çok sayıda hammadde kullanılmaktadır. Bu ham maddelerin içeriği minerallerden oluşmaktadır.

1.1. Seramik Bünyelerin, Astarların ve Sırların Üretimlerinde Kullanılan Ham Maddeler
Seramik ham maddeleri, seramik bünyenin ve sırların yapımında gereken özellikler göz önüne alınarak aşağıdaki guruplara ayrılmaktadır.

Özlü (plastik) Ham Maddeler:
Su ile yoğrulabilen, dağılmadan kolaylıkla şekillendirilebilen, kurudukları zaman şeklini muhafaza eden maddelerdir. Bu grup killerden oluşmaktadır (Tablo 1).

kil mineralleri seramik bünye

1.2.Sır Renklendirilmesinde ve Seramiklerin Dekorlanmasında Kullanılan Ham Maddeler Seramik sırlarının renklendirilmesinde ve
seramik boyalarının hazırlanmasında kullanılan temel oksitler ve bunların yer aldığı ham maddeler Tablo 3’te yer almaktadır.

akunova

Seramik eşyaların dekorlanmasında temel dekor malzemesi sayılan sır, astar ve seramik boyalarının yanı sıra, bazı kimyasal tuzlar,
kıymetli metaller ve lüsterler de süsleyici eleman olarak kullanılmaktadır.

Tuzlarla dekor işlemlerinde öncelikle tuz çözeltileri oluşturulmaktadır. Bu tuz çözeltileri pişirim sırasında parçalandıkları için uygulamadan önceki renkleri ile nihai rengi arasında farklılık olmaktadır. Tuz çözelti boyalarının pişirimlerinde elde edilen doku ve renk etkileri kararlı olmadığı için bu tür uygulama endüstriyel üretimden ziyade sanatsal seramikte özellikle de sagar ve raku gibi alternatif pişirim tekniklerinde kullanılmaktadır.

Ayrıca sedefsi pırıltılı görüntülere sahip olan endüstride de uygulanan lüsterlerin üretiminde bu tuz çözeltileri kullanılmaktadır. Tuz çözeltileri ile gereken bilgiler Tablo 4’te verilmiştir.

tuz çözeltileri

2. Seramik Üretim Sürecinde Kullanılan Katkı Maddeleri
2.1. Seramik Çamur ve Seramik Sır Hazırlanması Sırasında Kullanılan Katkı Maddeleri
Seramik üretiminde kusursuz sonuç için çeşitli süreçlerde bir takım katkı maddeleri kullanılmaktadır. Seramik çamurun çökmesini engelleme,akışkanlığını kontrol altında tutma, topaklanmasını önleme ya da şekillendirme yöntemine göre plastikliğini arttırma gibi durumları nedeniyle seramik çamuru hazırlama aşamasında bu katkı malzemeleri ilave edilmektedir.

Tablo 5’te seramik üretiminde ilave edilen katkı türleri ve işlevleri Tablo 6’da seramikçamur (masse) üretiminde kullanılan bağlayıcı çeşitleri Tablo 7’de seramik çamurlarında ve astarlarında kullanılan deflokülantlar yer almaktadır. Bu bağlayıcılar özellikle seramiklerin şekillendirme aşamalarında sorun yaşanmaması için kullanılmaktadır ve şekillendirme yöntemlerine ve kullanılan ham maddeye göre bağlayıcının türü ve miktarı değişmektedir.

lubrikant sinterleme seramik masse deflokülant

Sır süspansiyonunun reolojik özellikleri çeşitli bileşenlerin tanecik boyutundan etkilenmekte ve akış özellikleri zamanla değişmektedir. Sır süspansiyonunun akışkanlığını kontrol etmek için tiksotropisini değiştirmek, çökmeyi engellemek, ıslatma özelliklerini geliştirmek, kuruma zamanını kontrol etmek ve seçilen seramik altlık üzerinde kuru sırın pişmemiş haldeki dayanımını geliştirmek için uygulanan sırın kalınlığının ve sır kıvamının reolojik modifiye edicilerle yani ilave kimyasal katkı maddeleriyle kontrol altında tutulması gerekmektedir. Bu özellikleri kontrol etmek demek sırlama sürecini kontrol etmek demektir.

Sır Bağlayıcıları veya Sertleştiriciler: Bu katkılarla modifiye edilen sır tabakasın üst yüzeyi sertleştirilir. Örnek: Nişasta, selüloz eterleri, doğal zamklar, alginik asit, suda çözünebilir akrilikler, polivinil alkol, reçine çözeltileri, sodyum silikat, potasyum silikat.

Elektrolitler: Sır süspansiyonunda deflokülant (dağıtıcı maddeler) ve flokülantlar yardımıyla viskozite ve tiksotropiyi kontrol etmede kullanılırlar. Sır bileşenlerinden sır içine geçen iyonlar alkalidir ve deflokülant olarak hareket etmektedir. Sır incelerek vizkositesi  normal uygulama değerinden aşağı düşer. Bu etki depolama süresince oluşur. Flokülasyon akışkanlıktaki bu artmayı geri döndürebilmektedir. Sır reolojik özelliklerini kontrol etmek için kullanılan deflokülantlar Tablo 8’de, flokülantlar Tablo 9’da  verilmektedir.

sır süspansiyonu

Askıda (Süspansiyonda) Tutma Ajanları: Sır reçetelerindeki kolloidal maddelerin oranı (özellikle kil gibi) diğer plastik olmayan malzemeleri süspansiyonda destekler.  Kil benzeri veya tamamen organik bu malzemeler süspansiyondaki ortalama tane boyutundan büyük tanelerin  (pigmentler gibi) yüzmesini destekler (Taylor and Bull,1980).

Bentonit: Bu gruptaki killer 1 μu’den daha küçük ultra ince taneler içerdiğinden suda ilk dağılımları zordur fakat dağılım gerçekleştikten sonra kil molekülünün latisine nüfuz eden su güçlü jel oluşumu sağlar. Bu jel plastik olmayan diğer öğütme malzemelerinin çökmesine mani olur. Etkili kullanım için sır reçetelerinde %1- 0,5 aralığında kullanılmalıdır şayet %1,5-2 gibi daha yüksek miktarlarda kullanılırsa bentonitler tiksotropikj eller oluştururlar. Yüksek oranda firit içeren sırlarda bentonitler denge oluştururlar. Bentonitlerin sodyum ve kalsiyum içerikli montmorillonitler gibi birçok türü vardır.

Bunların latislerinde katyonlar bulunur. Kil su içinde katyon çeşidine göre (Ca+2, Mg+2, Na+, vb.) yüzey şarjı oluşturur. Kil minerali kalsiyum ve Magnezyum iyonları içeriyorsa süspansiyon topaklanmaya meyilli,sodyum iyonu içeriyorsa süspansiyon askıda kalmaya meyilli olacaktır. Kil tanecikleri ve su arasındaki yapışma (kohezyon) ıslatma ajanlarıyla düzenlenir.

Islatma Ajanları: Özellikle sır altı dekorasyon uygulamalarında yağ esaslı sır altı dekorasyon mürekkeplerinin üzerine kaplanan sırın boya üzerinde damlacık oluşturmasını engelleyerek sır yayılımını artırmayı desteklemektedir.

Köpük Kontrol Ajanları: Köpük oluşumunu engelleyen ajanlar %0,1-0,2 aralığında katkı miktarlarında kullanılabilir. Fosfat iyonlarının bulunması etkili köpük kontrol ajanıdır.

Sır Sabitleyiciler (Fiksatifler):
Pişirim yapılmamış sır yüzeyine uygulanan el ile veya doğrudan ya da başka bir cihaz yardımıyla mekanik olarak dekorasyon boyalarının uygulanması için kullanılırlar. Polivinil asetat ve poliakrilat emülsiyonları solüsyon veya emülsiyon olarak sır yüzeyine püskürtülür. (Taylor and Bull, 1980)

2.2.Seramik Dekor Uygulamalarında Kullanılan Katkı Maddeleri
Baskı Yağları
• Genel Kullanım Baskı Yağları: Pastada viskozite, yoğunluk değişimlerini ve renk ton oynamalarını en aza indirmektedir.
• Üçüncü pişirim baskı yağları: Dekor uygulamalarında istenen kuruma zamanlarını sağlayan, viskozite ve yoğunluğu stabil tutan baskı yağlarıdır.
• Rölyef baskı yağları: Pastaya yüksek yoğunlukta düşük viskozite özelliği vererek rölyef efekti sağlayan baskı yağlarıdır.

Sulu Öğütme Sistemleri İçin Yağlar
Su ile öğütülmüş pastanın depolama sırasında kararlılığını sağlayan öğütme yağlarıdır.

Serigrafi Elek Baskı Yağları
Yapışma, kuruma, tozuma problemlerini en aza indiren ve viskoziteyi koruyan baskı yağlarıdır.

Islatıcılar
Pasta uygulamalarında yüksek katı oranlarında düşük viskoziteyle çalışma imkânı sağlarlar.

Sabitleştiriciler (Fiksatifler)
Baskı uygulamalarında kullanılan sabitleştiriciler: Seramik karo üretiminde, özellikle birden fazla baskı uygulaması gerektiren ürünlerde baskı kalitesini artırır. Konsantre formda üretilir ve seyreltilerek kullanılır.

Kıvamlaştırıcılar
Seramik dekorlamada kullanılan sır ve pastaların kıvamlarını artırarak istenen viskozite değerlerinde çalışma imkanı sağlayan reoloji ajanlarıdır.

Köpük Kesiciler
Seramik dekorlamada kullanılan akışkan malzemelerde çeşitli sebeplerle oluşan köpüğü gidererek seramik yüzeyinde oluşabilecek hataları engeller. Üretim firelerini en aza indirerek yüksek kalitede düşük maliyetli üretim imkânı sağlar.

Yrd. Doç. Dr. Şerife Yalçın Yastı – Selçuk Üniversitesi / Güzel Sanatlar Fakültesi – Seramik Bölümü

Kaynakça
Arcasoy A., 1983. Seramik Teknolojisi, Marmara Üniversitesi, Yayın no:457.
Akunova L. F., 1984. Krapinin V.A., Teknologia Proizvodstra İ Decorirovaniye Hudojestvennih Keramiçeskih İzdeliy,
Moskva, Vısşaya Şkola, s.154.
Cushing Val M., 1994. Cushing Handbook, Cushing Publisher, third edition, s.23.
Geçkinli E.,1992. İleri Teknoloji Malzemeleri, İstanbul Teknik Üniversitesi Basımı, s.62,63.
http://www.smaltochimica.com.tr/urunler
Taylor J.R., Bull A.C.1980, Ceramic Glaze Technology,
The İnstitute Of Ceramics By Pergamon Press s.196- 208.