Yüksek Katılı Endüstriyel Boyalar için Yenilikçi Bağlayıcı Teknolojisi

25 Temmuz 2016

Geçmişi ve Talep Nedenleri

Solvent bazlı boyaların kullanımlarının kolay olduğu ve geniş bir yelpazede kullanılabildikleri kanıtlanmış bir gerçektir. Bu teknoloji güvenilir ve tüm dünyada uygulanmaktadır.

Fakat 1999/13 tarih ve sayılı AT Yönetmeliği yürürlüğe girdiğinden beri Avrupa ülkelerindeki birçok solvent bazlı boya, yönetmelikte yer alan organik uçucu bileşikleri (VOC) azaltmaya yönelik gereklilikleri karşılayamamaya başlamıştır.

Tecrübeler, konvansiyonel bağlayıcı teknolojisi ile yüksek katılı boyaları 250g/l’den az VOC ile formüle etmenin mümkün olmadığını göstermiştir.

Yönetmeliklere uygun boya üretmek adına basit bir işlemle orta katılı boyalardaki mevcut solvent içeriğini azaltmak, akışkanlığı oldukça az ve uygulaması çok zor boya elde edilmesine yol açmıştır.

Boyalarda uçucu olmayan bileşiklerin (NVC) oranını azaltmak, bağlayıcının molekül yapısında büyük değişiklikler yapılmasını gerektirmektedir.

Molekül ağırlığını azaltmak, sıkça kullanılan solventlerdeki reçinenin genleşmesini iyileştirmek ve moleküller arası daha düşük etkileşim, yüksek katılı bağlayıcılardan beklenen temel özelliklerden sadece bazılarıdır.

İşin zor kısmı, yönetmeliklere uyması için NVC’yi işe yarar akışkanlıkta arttırırken kurumayı (hem dokunma hem de tam kuruma), görünümü veya mekanik ve kimyasal dayanıklılığı olumsuz etkilememektir.

Düşük proses viskozitesinde yüksek NVC’yi elde etmenin bir yolu 2 komponentli boyalardır (özellikle izosiyanat kürlenmeli silikon hibrid reçineler). Silikon hibrid reçineler yüksek kaliteli boyaların elde edilmesiyle sonuçlanan bir dizi özelliği bir araya getirir.

Örneğin; polyester bileşen yüksek çapraz bağ ile tamamen kürlenmiş bir filmde oldukça iyi mekanik ve kimyasal özellikler sunar. Reçine molekülündeki silikon bileşen viskoziteyi düşürür.

Bu etki silikon zincirlerinin ~[Si(CH3)2 – O – Si(CH3)2] serbest rotasyonundan ve etkileşime düşük eğilimli oluşlarından kaynaklanır. Silikon bileşeni ayrıca polimerin UV sararma eğilimini de azaltır.

Şekil 1, iki silikon hibrid reçine ile yüksek katılı polyester reçine karşılaştırılmaktadır. Yeni silikon hibrid reçinenin, polimer solüsyonlarının karşılaştırılabilir viskozite değerlerinde oldukça yüksek NVC değerine sahip olduğu aşikârdır.

Yaklaşık 7500 mPas seviyesinde konvansiyonel polyester reçine solüsyonları %76 NVC’ye sahipken yeni silikon hibrid reçinelerin NVC oranı %90’dır. Bu yüksek fark boya formülatörlerine formüllerindeki reolojik katkılar veya solventler gibi diğer bileşenler açısından oldukça geniş bir yelpaze sunar.

Test Formülasyonu

Daha önce bahsedilen reçinelerin özellikleri, formüle edilmiş iki kompenentli boyalar kullanılarak karşılaştırılmıştır. Yeni silikon hibrid reçinelerin iki değişkeni yüksek katılı bir polyester ile karşılaştırılmıştır:
• A Daha esnek segmentlere sahip silikon hibrid reçine,
• B Sert segmentlere sahip silikon hibrid reçine,
• C Yüksek katılı polyester.


Kimyasal Dayanım

Boyaların uygulanmasının ardından sıvılara karşı dayanımı ÖNORM EN 12720 “Mobilya – yüzey dayanımlarının soğuk sıvılara karşı değerlendirilmesi” yönetmeliğine göre test edilmiştir. Dayanımlar, ÖNORM A 1605-12’ye dayanarak Class 1-B1 kapsamında test edilmiştir.

Silikon hibrid B yukarıda bahsi geçen sıvılara anında –ve özellikle 24 saat sonra– optimum dayanım gösterir. Bunun nedeni
silikon hibridin içindeki daha yüksek oranlı sert segment içeriğidir.

sıvı dayanımı

Silikon hibrid reçine B, DIN EN ISO 2812-4’e göre yürütülen testlerde çeşitli sıvılar karşısında sıra dışı dayanım sergilemiştir (bkz. Tablo 4).

Tuz Spreyi Testi

Yeni tür Silikon hibrid kullanımı sonucunda oldukça yüksek çapraz bağ yoğunluğuna sahip film tabakası oluşur. Bu, boyadaki pigmentlerin ve dolguların formülasyonu ile birlikte tuz sprey testi dayanımında önemli bir etkidir. 2 komponentli epoksi primer, üzerine kum püskürtülmüş çelik yüzeylere uygulanmıştır.

Daha sonra bu primer üzerine yeni tip silikon hibrid reçine ve konvansiyonel polyester C bazlı beyaz sonkat uygulanmıştır. Test DIN EN ISO 12944 Kategori C5 I ve M uyarınca yürütülmüştür. Görseller 1440 saat sonraki sonuçlara aittir.

Taş Çarpma Testi

Taş çarpma dayanımı DIN EN ISO 20567 1’e uygun olarak test edilmiştir. Metal panellere önce 2 kompenentli epoksi primer uygulanmış ve sonkat olarak silikon hibrid reçine (A,B) ve polyester (C) kullanılmıştır. Bir süre kuruması için beklendikten sonra üst kaplamanın üzerinde test uygulanmıştır.

taş çarpma dayanım endeksi

Sonuçlar silikon hibrid reçine A’nın yüksek sertlik ve dayanıklılığından dolayı taş çarpma dayanım endeksine açıkça katkı sağladığını göstermektedir.

Polimerin içindeki silikon biriminin olumlu etkisi burada özellikle belirgindir. Polyester ile karşılaştırıldığında, silikon hibrid reçine karşılaştırılabilir kurumuş katman kalınlığında %30 daha az gözenek oluşumu göstermektedir. Silikon hibrid reçine daha fazla katman kalınlığının sorunsuz uygulanmasına izin vermektedir.

Son Kat Görünümü

Silikon hibrid reçinelerin gözenek oluşturmaya daha az meyilli oluşu özellikle uygulanan katmanın görseli için önemlidir ve bu da yine boyadaki silikonun pozitif etkisini gösterir.

 

 

Şekil 6.  sol: silikon hibrid reçine ile mükemmel üst katman görünümü-katkı maddesi yok sağ: konvansiyonel polyester–katkı maddesi yok

Temas Açısının Ölçülmesi

Yüksek ısıya dayanıklı katmana ihtiyaç duyulması dışında kaplama endüstrisinde silikon hammaddelerin kullanımı ile ilgili birkaç tane ön koşul bulunmaktadır.

Yeni silikon hibrid reçineler astar formülasyonunda da işe yaradığından kuruyan kaplamaların temas açıları da ölçüldü. Temas açısı ne kadar çok ise yüzeyi kaplama katmanıyla ıslatmak o kadar zor olmaktadır.

Silikonun ıslanabilirliği etkilemediği görülebilir; bu nedenle primerlerde silikon hibrid reçinelerin kullanımı problemlere yol açmamaktadır.

Çapraz Tarama ile Adezyon Testi

Polimerdeki silikon içeriği adezyonu etkilemez. Astar, silikon hibrid reçine ile formüle edilmiş, konvansiyonel üst katman sonkat olarak uygulanmıştır. DIN EN ISO 20567 uyarınca yürütülen adezyon testleri tüm durumlar için GT 0-1 değerini vermiştir.

Çarpma Kuvveti

Yeni silikon hibrid reçinenin çarpma kuvveti test sonucu DIN EN ISO 6272-1/2 uyarınca açıkça görülmektedir. Şekil 9 kaplanmış yüzeyin üzerine 1 metre yükseklikten 1 kg ağırlığın düşmesinin sonucunu gösterir. Üst deformasyon ters çarpma testinin bir sonucudur.

Silikon hibrid reçineler özelliklerinden dolayı deformasyona karşı daha yüksek bir dayanım ve adezyon sağlar.

 

Uyumluluk

Mevcut bağlayıcılar ile silikon hibrid reçinelerin uyumluluğu çok yüksektir ve iyi dengelenmiştir.

Pigmentleşme

Silikon hibrid reçinelerin hem pigment pasta renklendirmelerinde hem de farklı pigmentlerin direkt öğütülmesinde çok iyi pigment ıslatma özellikleri olduğu unutulmamalıdır. Bu özellik formülasyonların korozyon dayanımını da destekler.

Yine de yüksek parlaklığa sahip boyalarda bulanıklık oluşmasını engellemek için ıslatıcı ve dispersiyon ajanı kullanılmadılır. ISO 4892-2 uyarınca yapılan iklimlendirme testinde her iki silikon hibrid reçine de 6000 saat sonrasında ΔE < 1.0 renk değişimi göstermektedir ki bu da boyanın uzun vadeli renk stabilitesine izin verir.

Özet

Silikon ve polyester kimyasının avantajları eşsiz bir teknoloji ile birleştirilmiştir. Mevcut reçine ile 1:1 oranında değiştirildiğinde 2K-PUR reçine gibi davanır ya da yardımcı bağlayıcı gibi eklenebilir. Şeffaf ve pigmentli sonkatlar için mükemmel bir görünüm sağlar.

Hava şartlarına olan mükemmel dayanımı sayesinde en sert koşullarda bile ürünü dayanıklı bir hale getirir. Mükemmel mekanik ve kimyasal dayanımı yüksek beklentileri karşılar ve uzun ömürlü ürünler sağlar.

Bakım sürelerinin aralarını uzatması son kullanıcılar için bakım maliyetlerini belirgin ölçüde azaltır. Mükemmel uyumu nedeniyle daha hızlı, daha esnek formülasyon yolları sağlayarak Ar-Ge çalışmalarını ve üretim süresini kısaltır.

Yazar: Kirstin Schulz / Endüstriyel Kaplama Pazarlama Direktörü – Evonik Resource Efficiency GmbH

Çeviren: Ebru Pilavcı Erişi / Satış Müdürü – Kaplama Katkı Maddeleri – Evonik Ticaret Ltd. Şti.

Çeviren: Elif Küçükosman / Satış Müdürü – Kaplama Katkı Maddeleri – Evonik Ticaret Ltd. Şti.

 

 

Kaydet