Suya Dayanıklı Kaplamalarda Yüksek Performans için Hibrit Akrilik Epoksi Sistemi

Haziran 15, 2017, 9:05 am
15 dakika
Suya Dayanıklı Kaplamalarda

 

Zafer Arslan
Teknik Satış Müdürü
Kaplamalar, Mürekkep & Yapıştırıcılar
Endüstriyel İş Birimi
IMCD Türkiye

 

 

 

Global kaplamalar pazarı, 120 milyar USD (1) değerinde yaklaşık 80 milyar pound (36 MM metrik ton) bitmiş ürün sunmaktadır.
Kaplamalar piyasası tipik olarak üç bölüme ayrılır: Dekoratif, OEM (orijinal ekipman üreticisi) ve özel amaçlı, çevre dostu
kaplamaların büyümesi, bugün tüm kaplama hacimlerinin yaklaşık yüzde altmışının su bazlı, toz veya solvent bazlı kaplamaların
alternatifi olduğu noktaya kadar devam eder. (1)

Şekil 1. Küresel Kaplamalar – Teknooloji türüne göre

ABD kaplamalar pazarında, geleneksel termoplastik akrilik dağıtımlarının (örneğin; vinil akrilik, saf akrilik veya VAE) performansını
artırmak için yıllarca karma bir yaklaşım başarıyla kullanılmıştır. Bu yaklaşım, yüksek asit fonksiyonel akrilik reçine ve su bazlı bir
epoksi reçineye dayalı iki bileşenli (2K), akrilik-epoksi kaplamayı içermektedir. Asit işlevselliği ve epoksi grupları arasında bir
reaksiyon olduğu için, bu kaplamalar çapraz bağlıdır ve bu nedenle daha yüksek performanslı ya da koruyucu bakım uygulamaları
için uygundur.

Su bazlı veya solvent bazlı akrilik boyalarla karşılaştırıldığında, iki bileşenli akrilik-epoksi kaplama, gıda lekelerine, endüstriyel ve
ev temizleyicilerine ve dezenfektan  solüsyonlarına (örn., Ağartma – sodyum hipoklorit) karşı geliştirilmiş direnç sunar. Hibrit
akrilikepoksi  formülasyonları daha düşük koku, daha hızlı kuruma ve su ile kolay temizlenme sağlar (gerekirse sabun ve su). Bu
kaplamalar tipik olarak ağırlıkça %70-80 oranında akrilik reçine esaslı olduklarından,  WB epoksi/amin kaplamalara kıyasla daha
uzun pot süresine sahiptirler ve birçok boyacı bunun “ev boyasıyla neredeyse aynı” olduğuna inanmaktadır.

Su bazlı akrilik epoksi kaplamalar okullar, camiler, genel tuvaletler, diş hekimi ve doktorlar, günlük bakım ve genişletilmiş bakım
tesisleri için kullanılabilir. Antibakteriyel ve antimikrobiyal direnci artıran özel katkılarla  modifiye edildiğinde, hastanelerde muayene
odaları, ameliyat odaları ve gıda hazırlama alanları için uygun olabilirler.

Su bazlı akrilik/epoksilere dayanan kaplamalar beton, duvar, kuru duvar, cüruf bloğu, elyaf takviyeli çimento, ahşap, alçı, sıva veya
metal için geliştirilebilir. Yüksek akrilik reçine içeriği, standart epoksi-amin kaplamalara kıyasla sararma ve beyazlamaya karşı daha
iyi dirence neden olduğundan, hibrid akrilik-epoksi kaplamalar iç ve dış uygulamalar için uygun olabilir.

Epoksi Emülsiyon Teknolojisi
İki komponentli, su bazlı akrilik-epoksi kaplamalar su bazlı epoksi emülsiyonlarla çapraz bağlanmış karboksil işlevli akrilik reçinesini
temel alır. Bu epoksi emülsiyonları, suda dağılmış reçine parçacıklarının bulunduğu beyaz, opak sıvılardır. Bu reçine parçacıkları bir
yüzey aktif madde ile dengelenir (Şekil 2). Çözünmüş reçine parçacıklarının ortalama boyutu ~ 0.3 ile 5 mikron arasında değişebilir.
Epoksi emülsiyon viskozitesi tipik olarak 25°C’de <1,000 cP’den 15,000 cP’ye kadar değişir.

Suya Dayanıklı Kaplamalarda

Şekil 2. Epoksi Emülsiyonu

Suya Dayanıklı Kaplamalarda

Şekil 3. Su bazlı Emülsiyonlarla Potansiyel Stabilite

Reçine, yüzey aktif madde ve “yüksek hızlı karıştırıcı bıçak” kullanan kendinden üretilmiş emülsiyonlar geliştirilebilir, ancak bu
yaklaşımdan potansiyel olarak ortaya çıkabilecek çeşitli stabilite sorunları vardır (Şekil 3). Polimer kimyasını yüzey aktif maddelerle
ve koloit tekniği ile optimize edilmiş imalat teknikleriyle birleştirerek, hammadde tedarikçileri geliştirilmiş ürün stabilitesi ile epoksi
emülsiyon geliştirmişlerdir.

Örneğin, ticari bir emülsiyonun partikül büyüklüğü dağılımını kendinden üretilmiş bir versiyonda karşılaştırırsanız, üretilen emülsiyon,
daha küçük ortalama parçacık boyutu, daha dar tane boyutu dağılımı, daha dar katı aralığı veya daha katı parçacıklar yüzünden
daha iyi ürün stabilitesi ve sonuçta elde edilen kaplamalar performansı sunar.

Hexion son zamanlarda daha uygun maliyetli ve üstün ürün stabilitesi ve performansı sunan yeni bir epoksi emülsiyonu geliştirdi.
WB akrilik epoksi kaplamalarda kullanılmak üzere özel olarak tasarlanmıştır. EPI-REZ™ Reçine 7510-W-60, standart Bis-A sıvı
epoksi reçinesine (örn., EPON™ Resin 828) dayanmaktadır. Bu emülsiyon, su içinde %60 katı halde (co-solvent içermez) verilir. Bu
benzersiz emülsiyonun asgari ürün raf ömrü 18 aydır (endüstri standartlarında 6-12 ay ile karşılaştırıldığında). Ürünün kullanımı
kolaydır ve alternatif ticari emülsiyonlardan (ağırlıkça %50-55 katı) daha yüksek katı içeriği ile tedarik edilir.

Bu benzersiz emülsiyon için tipik özellik aralıkları Tablo 1’de özetlenmiştir.

Tablo 1. EPI-REZ Reçine 7510-W-60* için Tipik Özellik Aralıkları

* Asya Pasifik’te EPI-KOTE ™ Reçine 7510-W-60A olarak satılmaktadır.
Akrilik-epoksi kaplamaların bilinen sınırlamalarından biri, epoksi/amin kaplamalara kıyasla daha yavaş kürlenme eğilimine sahip
olmalarıdır. Bu yavaş film sertliği gelişimi, oda sıcaklığında asit/epoksi tepkimesinin nispeten yavaş hızı ile ilişkilendirilir.

Bu bilinen kısıtlamaya değinmek için, parlak beyaz bir emaye formülasyonu geliştirilmiştir. Bu yeni formülasyon şunları sağlar:
• Gelişmiş erken film sertliği (bir gecede),
• Üstün film sertliği (7 ve 30 gün kürü sonrası),
• Mükemmel ovalama direnci,
• Daha yüksek parlaklık (600’de 70-80 ünite),
• Solvent bazlı alternatiflere kıyasla daha düşük VOC (122 g/L) ve az koku.

Standart kuruma koşullarını (25oC, %50 R.H.) kullanarak, su bazlı akrilik epoksi kaplama iyi performans sonuçları verir (Tablo 2).

Tablo 2. Tipik Performans Özellikleri *

*21 gün boyunca 25°C’de ve %50 R.H’de kürlenmiş soğuk haddelenmiş çelik (CRS) üzerindeki performans.
Bir karşılaştırma olarak, su bazlı akrilik-epoksi kaplamaların uygulama ve performans özellikleri standart su bazlı bir akrilik ile
standart epoksi-poliamid arasındadır (Tablo 3).

 

Tablo 3. Kaplama Teknolojilerinin Karşılaştırılması (– çok zayıf – zayıf + güçlü ++ çok güçlü)

Güney Amerika’dan Bir Vaka Örneği
Hexion, bu su bazlı akrilik-epoksi kaplama için bir vaka örneği olarak Kolombiya’daki hastanelerin kullandığı solvent bazlı epoksi
kaplamalara uygulanabilir bir alternatif geliştirmelerinde yardımcı olması için yerel bir Güney Amerika boya firmasıyla beraber
çalıştı.
Kullanımı ve Faydaları
Hastaneler ve devlet kurumları gibi sağlık tesisleri ve ameliyat odaları, çalışma odası, kreş alanları gibi yüksek dezenfektan
gerektiren alanlarda yerel boya şirketi, bu avantajların müşterileri için cazip olacağını tespit etti:
• Yıkanabilir, ovmaya dayanıklı, kolay temizlenebilir, leke tutmaz,
• Parlaklık aralığında açık renkler (beyaz, yeşil, mavi) (saten ile emaye arasında),
• Evsel ve kuvvetli kimyasal dezenfektanlara karşı dayanıklıdır,
• Dayanıklı ve düşük koku (VOC <120 g/l),
• Hızlı kuruma ve bir gecede kullanıma yeniden hazır hale gelme,
• Bakteriye dayanıklı (Escherichia Coli, Staphylococcus aurous).

Hexion, müşterinin patentli kaplama formülasyonlarının başarılı bir şekilde geliştirilmesinin ardından, bu boya şirketinin
temsilcileriyle birlikte, şirketin su bazlı akrilik-epoksi hibrit kaplamasını klinik prosedür odalarından birinin duvar ve tavanlarına
uygulamış olan Kolombiya’daki bir üniversite hastanesine ortak ziyaret gerçekleştirdi.

Hastane yöneticisi, dört aylık sürekli kullanımdan ve güçlü deterjanlarla günlük temizlendikten sonra “su bazlı kaplamanın iyi
performans gösterdiğini ve çok iyi gözüktüğünü” bildirdi. Aynı kaplama, gıda hazırlama alanında ve çeşitli koridorlarda da
kullanılmıştır ve nedeni “düşük kokusunun olması, çabucak kuruyor olması ve solvent kokusu ortadan kalkana kadar alanı birkaç
gün kapatmak gerekmiyor” şeklinde tanımlanmıştır.

Daha sonraki bir takip ziyaretinde, üniversite hastanesindeki üst düzey hemşirelerden biriyle görüştük. Yorumları şöyleydi: “Benim
ismim Jesus Lopez, Hospital Universitario del Valle (HUV)’da uzman hemşire olarak çalışıyorum. HUV, Kolombiya’nın güneybatı
bölgesinde bulunur ve faal olan en büyük kamu hastanesi konumundadır. Brakiterapi alanındaki duvarlar günlük olarak deterjanla
yıkanır ve her Cumartesi, sodyum hipoklorit %10 ile temizlenir. Tüm duvar doymuş hale getirilir ve 30 dakika bırakıldıktan sonra
durulamaya başlar. Özel su bazlı boyayla ilgili herhangi bir şikayetimiz olmadı.

Uygulamadan sonra direncini korudu, solmadı ve standart mikrobiyoloji için yılda iki kez kontrol etmemizi gerektiriyor. Alanı Petrie
çanağıyla incelerken, köşelerden numune örneklerinin yanı sıra, resmi görevlilerin örnek almak istediği herhangi bir yerden de
numune alındı. 2 yıldan uzun süredir hizmet veriyor olmasına rağmen bu alanda yapılan test herhangi bir bakteri için pozitif sonuç
vermedi.”

Sonuç
Bu makalede, geliştirilmiş iki bileşenli, su bazlı akrilikepoksi hibrit kaplamanın bir örneği verilmektedir. Bu hibrid kaplamalar, akrilik
lateks boyalar üzerinde önemli bir iyileştirme performansı sunar, bu nedenle yüksek performanslı kaplamalar ve hafif endüstriyel
bakım kaplamaları için uygundur. Bu yeni sistemin bazı avantajları arasında dayanıklılık (fayans benzeri yüzey), aşınma direnci,
lekeye ve kimyasala direnç bulunmaktadır. Ek olarak, bu hibrit kaplamaların ağırlıklı olarak akrilik esaslı olması nedeniyle, bu
kaplamalar düşük oranda sararmaları nedeniyle dış uygulamalar için uygun olabilir.

EPI-REZ Reçine 7510-W-60 olarak adlandırılan yeni, düşük formülasyon maliyetli bir epoksi emülsiyonu geliştirilmiştir. Bu ürün
yaklaşık 1000 cP viskoziteye sahip, herhangi bir organik yardımcı solvent içermez ve minimum 18 aylık raf ömrü stabilitesi vardır.
Erken kürlenmeyi sağlayan yeni bir başlangıç formülasyonu geliştirilmiştir.

Gerçek dünyadaki bir vaka çalışması, bu su bazlı akrilik-epoksi hibrit kaplamaların sağlık uygulamaları için geliştirilebileceğini
göstermiştir. Bu vaka çalışması, hastanede güçlü deterjanlarla günlük temizlik yapılması gereken bir yerde iki yıldan fazla başarılı
kullanım göstermiştir.

Bu formülasyon geliştirme ve vaka çalışması Güney Amerika’da yapılmış olmasına rağmen, yeşil yapılar trendi, LEEDS ve VOC
içeriğini azaltmaya devam eden itici güç ile akrilik/epoksi kaplamaların ABD’de, Kanada’da ve de global anlamda popülerlik
kazanmaya devam ettikleri görülmektedir. Düşük koku, yanmazlık, geliştirilmiş dayanıklılık, daha düşük sararma ve sert
temizleme programlarına dayanma gibi özellikler, bu WB akrilik-epoksi sistemlerini, akrilik boyaları, gerektiğinde yüksek
performanslı, koruyucu bir kaplama haline getirmek için mükemmel bir seçim haline getirir.

Kaynaklar
1. Kusumgar, Nerlfi ve Growney (KNG), “Küresel Boya ve Kaplamalar: 2013-2018”, Şub. 2014, ss. 2 & 14.
2. Kurt G. Olson “Çevre Dostu Kaplamalar: Tarihsel Perspektif ve Geleceğe Bakış” PCI- Paint & Coatings Industry, Eylül. 2016, s. 64.

  • (gizli tutulacaktır)