Cuma, Mart 29, 2024

Su Bazlı Yapı Son Kat Boyaları ve Beklentiler

Su Bazlı Yapı Son Kat Boyaları ve Beklentiler

Boya

Koruyucu ve dekoratif özelliği olan karışımlar en genel ifade ile boya olarak bilinir (1). Boyanın genelde koruyucu özelliği üzerinde pek durulmasa da asıl rekabet bu özellik üzerinden gerçekleşmektedir.

Koruyucu fonksiyonlar olarak; mekanik özellikler (ovalama direnci), kimyasallara karşı dayanım, su/nem ve UV dayanımları ve boyanmış yüzeyin temizlenebilirliği, akla ilk gelmesi gereken özelliklerdir. Boyanın dekoratif fonksiyonunda öne çıkan özellikler ise örtücülük ve ‘renk’tir.

Boya sektörel açıdan ele alındığında genel olarak;

• İnşaat Boyaları,
• Otomotiv Boyaları,
• Sanayi Boyaları,
• Diğer Alanlarda Kullanılan Boyalar olmak üzere sınıflandırılabilirse de Şekil 1’de verilen alt uygulamalara ayrılabilir (2).

boya
boya çizelge

Şekil 1. Boyanın Türkiye’de sektörel bazda en önemli uygulama alanları

Boyanın uygulanacağı yüzey ve boyanın tipleri birim formül bazında değişiklik gösterse de genel anlamda bir boya formülasyonunda bulunan bileşenler (1):

Bağlayıcı (Latex)
Çözücü (Su/Organik)
Pigment/Extender/DolguMaddesi
Katkılar: Islatıcı ve Dağıtıcı (Yüzey Aktif Madde), Kıvamlaştırıcı, Köpük Kesici, Biyosit, Tampon, Nötürleştirici Ajan, Çökme Önleyiciler, UV Koruyucu, Optik Beyazlaştırıcı, Kurutucu, Matlaştırıcı, Kaymak Kesici vb.

Bağlayıcı (Lateks)

Emülsiyon polimerleri (lateks), ideal disperse edilmiş sistemler başka bir ifadeyle partiküllerin tamamen ayrı olduğu sistemler olarak düşünülmektedir. Ancak iyi bir emülsiyon oluşturulamaması durumunda agregat veya aglomerasyon gerçekleşebilir.

Su bazlı polimer olan emülsiyonlar; poli(akrilik), poli(üretan) ve poli(epoksit) olmak üzere üç gruba ayrılabilirler ve diğer hammadde uyumları çerçevesinde boyanın genellikle ovalama, UV ve alkali direnci üzerinde etkili olurlar. Akrilik boyalar yapılarından dolayı hızlı kurur.

Renkler birbiriyle karışabilir ve gerekli durumlarda su ile seyreltilebilirler. Poli(üretan) boyalar; hızlı kuruma özelliğine sahip, iki bileşenli, yarı mat görünümlüdür. Yüksek UV, mekanik ve kimyasal dayanım, elastikiyet ve yaş üzerine yaş uygulanabilme özellikleri ile karakterize edilirler.

Poli(epoksit)ler; kimyasal ve fiziksel dayanım, uzun depolama süresi ve polar çözücülerde dahi bozunmama özellikleri ile bilinirler. Su bazlı poli(epoksit)lerin de hızlı kuruma, yüksek rutubet/nem dayanımları ve uygulama yüzeyine kolay sürülmeleri en belirgin özellikleridir.

Emülsiyon üreticilerinin ürünlerini iki şekilde stabilize ettiği görülmektedir:

a) Sadece Emülgatör (Yüzey Aktif Madde) ile Stabilizasyon

Bu durumda çok yüksek ovalama direnci sağlanmakla birlikte, boya üretiminde pH duyarlılığı ve mill base kullanım zorunluluğundan dolayı tercih edilme oranları düşüktür. Kayma gerilimine karşı istenen dayanım da bu stabilizasyon tekniğinin geliştirilmeye hala açık olduğunu göstermektedir.

B) Stabilizasyon Ajanı Olarak Koruyucu Kolloidlerin Kullanımı

bu durumda diğer maddede bahsedilen dezavantajları rahatlıkla elimine etmek mümkün olsa da yüksek su absorbsiyonu bu tür kolloidlerin kullanımına kısıtlama getirmektedir.

Burada optimize edilmesi gereken nokta, kolloidal yapıdaki stabilizasyon çözeltilerinin değişik tekniklerle daha ince partikül yapısına sahip polimerlere dönüştürülmesidir. Ayrıca Ar-Ge departmanlarının üniversitelerle işbirliği içine girmesi faydalı olabilecek bir yaklaşımdır.

Saf akrilik monomerlerle yapılan üst segment emülsiyonlar üzerinde yapılan son çalışmalar, boya performansının çok üst düzeylere taşındığını göstermiştir. Bu konudaki çalışmalar, proses koşullarını zorlaştırmadan ve ek alt yapı yatırımlarına ihtiyaç duyulmaksızın daha yüksek performanslı ürünlere geçilebileceği yönünde ümit vericidir.

Boyalar üzerine yapılan son çalışmalar; düşük molekül ağırlıklı ve lineer zincire sahip polimerlerin (emülsiyonlar) boyaya çok daha yüksek ovalama direnci kazandırdığını göstermektedir (3).

Spesifik olarak ele alındığında stiren-akrilik emülsiyonlarında lineer zincir vinil asetat bazlılarda olduğu kadar önemli olmasa da boyanın ovalama direnci üzerinde kritik bir parametre olma özelliğini korumaktadır.

Nihai boyanın UV ve alkali direnci konusunda da vinil akrilik emulsiyonlar, stiren akriliklerle yarış halindedir. Vinil akrilikler UV dayanımında öne çıkarken, düşük alkali dirençleri nedeniyle stiren akriliklerle kıyaslandığında ikinci planda kalmalarına neden olmaktadır.

Çözücü

Boyanın uçcu kısmını oluştururlar ve boyanın özelliklerinde değişiklik yapmadan nihai boyaya istenilen uygulama ve görünüş özelliklerini sağlamak için kullanılırlar. Çözücüler aynı zamanda boyanın film oluşturma sıcaklığını düşürmede kullanılan koalesan ajanları olarak da bilinen kimyasallardır.

Boyanın, organik uçucu bileşen (VOC) miktarını artırmaları ve bazı ulusal/uluslararası yönetmelikler (REACH vb.) ciddi kısıtlama getirdiğinden kullanımları her geçen gün azalmaktadır. Su bazlı boyalarda genellikle su ile karışabilen birkaç çözücünün karışımı da kullanılabilir.

Solventler üç ana gruba ayrılabilir: a) Hidrofob yapıda olanlar: Lateks partikülünü şişirerek etki ederler. Minimum film oluşturma sıcaklığını (MFFT) düşürme kapasiteleri zayıftır. White spirit bunlar içerisinde en yaygın kullanılanlardandır. b) Hidrofob/Hidrofil yapıda olanlar: MFFT’yi düşürme kapasiteleri yüksektir.

Diesterler, ester alkoller vb. bu çözücüler grubunda yer alırlar. c) Hidrofilik yapıda olanlar: MFFT’yi düşürme kapasiteleri hidrofoblardan da düşüktür. Monoetilen glikol (MEG) örnek olarak verilebilir.

Pigment/Extender/DolguMaddesi

Renk (ton) ve gloss (parlaklık) pigmentin boyaya kattığı en önemli iki özelliktir. Bunun yanı sıra örtücülük, hava koşullarına direnç ve mekanik özellik üzerindeki etkileri unutulmamalıdır.

Extender olarak tanımlanan malzemeler de pigment benzeri işleve sahiplerdir. İkisi arasındaki ayırım kırılma indisiyle belirlenir. Kırılma indisi 1.7’den büyük olanlar pigment, küçük olanlar extender olarak adlandırılmaktadır. Extenderlar boyaya spesifik ağırlık ve katı madde sağlamaları açısından ayrıca önemlidir.

Belli başlı extender’ların özellikleri şu şekilde özetlenebilir:

Talk: Güçlü adezyona sahip ve hidrofobik yapıdadır. Mat boyalarda tercih edilmelidir. Whiteness indisi düşüktür.
Kaolin:    Pürüzsüz yüzey elde etme imkanı sağlar, ancak pH değeri düşüktür.

Diğer Katkılar Islatıcı ve Dağıtıcı (Yüzey Aktif Madde)

Dispersanlar ve/veya yüzey aktifler; boyanın raf ömrü, pigment bağlama gücü ve parlaklığı üzerinde direkt olarak etkilidirler. Pazarı domine eden ürünler, suda çözünebilir polielektrolitlerin amonyum ve sodyum tuzlarıdır.

Bu sentetik polimerler, önceleri sadece metakrilik asitten başlanarak sentezlense de günümüzde kopolimerik yapı içeren ürünlerin de olduğu görülmektedir. Polifosfatlar da halen pazarda etkili ve yaygın olarak kullanılan dispersanlar arasında yer almaktadır.

Dispersanların yanlış seçilmesi/optimal rakamın kullanılmaması halinde, bu yardımcı maddelere bağlanma ve web/network oluşturma durumu söz konusu olur. Aksi takdirde faz ayrılması (agregat veya aglomerat oluşumu) kaçınılmazdır.

Agregat; partiküllerin düzlemsel (planar) ve yüz yüze temasını, aglomerat ise partiküllerin köşe ve kenarlardan teması olarak tanımlanabilir. Bunun sonucunda emulgatör; aditif, pigment ve latekse doğru hareket eder ve koagülasyon oluşur. Bu durum boya kalitesinin iyi olmadığının en açık göstergesidir.

Kıvamlaştırıcı

Kıvamlaştırıcılar, boyanın lateks (emulsiyon) kadar önemli bileşenidir. Genel olarak selulozik eterler ve özellikle Hidroksi etil selüloz (HEC) bu amaçla en çok yararlanılan kimyasal olma özelliğini korumaktadır.

Akrilik Kıvamlaştırıcılar

Alkali ortamda şişme özelliğine sahip emulsiyonlardır (ASE). Bu ürünleri etilen oksit ve poliüretanla hidrofobik olarak modifiye etmek mümkündür.

Son çalışmalar yine bu alanda ilerlemenin oldukça fazla olduğunu göstermektedir (3). Poliüretan ve kullanımları gittikçe yaygınlaşan hektonit/bentonit vb. anorganik kıvamlaştırıcıları da bu kategoriye dahil etmekte fayda bulunmaktadır.

Köpük Kesici

Lateksin üretim aşamasında ortaya çıkan köpük oluşma eğiliminin önüne geçmek için kullanılan köpük kesicilerle ilgili olarak yazılabilecek en önemli noktalar, doğru köpük kesici tipinin seçimi ve optimal miktarının belirlenmesidir.

Bu kritik değerler boya tipi bazında değişkenlik gösterirler ve nihai boyanın kalitesi açısından üzerinde titizlikle durulması gereken noktalardır.

Biyosit

Biyositler üzerinde yapılan çalışmalar son yıllarda hız kazanmıştır. Bu konudaki çalışmaları tetikleyense yine son yıllardaki yönetmelikler ve yasal kısıtlamalardır.

Tampon ve Nötralizasyon Ajanları
Etki mekanizmaları; emülsiyon, dispersiyon ajanı ve poliüretan (PUR) dışındaki kıvamlaştırıcı üzerindendir. Nötralizasyon için aminler kullanıldığı gibi, kostik ve potasyum hidroksit de kullanılmaktadır. Gerekli etkinliğin sağlanması için pH değerinin 8’den büyük olması gerekmektedir.

Diğer Katkılar (Aditifler)

Aditifler; boyanın reolojik özellikleri ve rahat uygulanabilirliği üzerinde direkt etkisi olan kimyasallar olarak ifade edilebilirler. Bu katkı ve yardımcı maddeler nihai boyanın kalitesi açısından çok önemlidir ve titizlikle seçilmeleri gerekir.

Kaynaklar
1. D. Stoye, W. Freitag, Editors, “Paints, coatings and solvents”, 2. Completely Rev. Ed., Wiley-VCH,  Weinheim, 1998.
2. “Dünyada ve Türkiye’de Boya ve Hammadde Sektörünün Son Trendleri”, Boya Sanayicileri Derneği Bosad Raporu, 2015, http://www.bosad.org.tr/images/pdf/2015-Bosad-sunum-TR.pdf
3. C. Elgin, A. Saraç, Yayınlanmamış Çalışma, 2016.

 

Prof. Dr. Ayfer Saraç / Kimya Mühendisi / Yıldız Teknik Üniversitesi

Cem Elgin / B.E.S. Kimya Kauçuk / Kimya Bölümü / Yıldız Teknik Üniversitesi

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR

Öne çıkan haberler