Boya formülasyonlarının test edilmesine yönelik yeni, yüksek verimli, tam otomatik bir sistemle (highthroughput equipment – HTE) Evonik, uygun formülasyon arayışını büyük ölçüde kısaltıyor. Böylece Evonik sadece kendi inovasyon hızını değil, müşterilerinin inovasyon hızını da artırıyor.
Her yıl dünya çapında yaklaşık 40 milyon ton boya kullanılıyor: Boyalar, yüzeyleri korozyonakarşı korur, elektrik veya termal iletkenlik gibi özel nitelikler kazandırır ve tüketim malzemelerinin dayanıklılığını arttırır.
Boyalara ve kaplamalara yönelik özel talepler sürekli artmaktadır. Müşteriler, sürekli artan karmaşık talepler ve güncellenen, sayısı artan regülasyonlar sebebiyle yeni zorluklarla karşılaşmaktadır.
Bir boyanın formülasyonu, zanaatın, bilimin ve sanatın kesişmesidir. Ana bileşen olan bağlayıcının yanında, organikçözücü maddeler veya su, pigmentler ve dolgu maddeleri,katalizatörler ve yardımcı çözücü maddeler ve katkılar içerirler.Ayrıca her bileşen için farklı kimyasal muadiller kullanılabilir.
Bu sebeple farklı içerikli maddelerin kombinasyon imkânları çok fazladır: Bir boya formülasyonunu geliştirirken sadece 10 sertleştirici, 10 bağlayıcı,10 pigment ve 10 katkı malzemesi incelenmesi gerekse idi 104 veya 10.000 kombinasyon ortaya çıkar.Bu hesaplamada, miktar oranlarının değişimine henüz değinilmemiştir.
Uygulamada, bu olasılıkların tamamını karşılamak ve tüm kombinasyonları ve miktar oranlarını, özellikleri bakımından test etmek mümkün değildir. Diğer yandan, en uygun boya formülasyonun sistematik olarak araştırılması, gerekli finansal ve personel maliyetiyle, en azından geniş kapsamlı tanımayı gerektirir.Ancak bu şekilde hiçbir şey şansa bırakılmaz. Evonik boya uzmanları, bu zorluğu yenebilmek için, özel olarak boya formülleri geliştirmeye ve oluşturmaya yönelik yüksek bir verimli bir sistem kurdular.
Mükemmel Formülasyonu Daha Hızlı Test Etmek
Evonik, bu sistem ile boyadaki diğer bileşenlere ve boyanın kullanım amacına mükemmel şekilde uyan katkı maddesini veya özel bağlayıcıyı emin şekilde bulma şansını yüksek oranda arttırdı. Doğru formülasyonu bulmak hiçbir zaman kolay bir görev değildir:
Örneğin katkı malzemeleri, formülasyonda çok az bir yüzdelik dilimde yer alırlar, ancak bir boyanın özelliklerini önemli ölçüde etkilerler.Kaplama uygulanırken köpüğü giderirler, boya pigmentlerinin topaklanmasını önlerler ve boyanın tiksotropik karakter göstermesine yani kolay uygulanmalarına ancak dikey kuruma esnasında sarkma veya damlama yapmamalarını sağlar. Bazı katkılar, boyanın çizilme dayanımını arttırır.
Bir boya formülünü mükemmel hale getirebilecek çok sayıda katkı maddesi mevcuttur. Katkı maddeleri, kimyasal yapılarına bağlı olarak diğer katkı malzemeleri ile etkileşime girebilir. Bu durum en uygun katkı maddesine yönelik araştırmayı güçleştirir.
Bu durum, Evonik’in bu sisteminin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir: Sistem, sistematik olarak aynı sürede şimdiye kadar olandan daha fazla formülasyonu test etmeye imkân verir. Bunun müşteriler için anlamı, boya formülasyonlarının daha hızlı optimize edilerek daha hızlı geliştirilebilmesi demektir.
Bu sayede, yeni ürünlerin piyasaya sunulmasında çok önem taşıyan zamandan tasarruf ederler.
Sistem, iki metre yüksekliğindedir ve iklimlendirilmiş bir mekanda yaklaşık 120m²’lik bir alanı kaplar. Hammaddeleri tam otomatik olarak dozajlar ve ilk adımda “formülasyon adası”nda boya haline formüle eder.
İkinci adımda ise panel olarak da adlandırılan yüzeyler, önceden formüle edilmiş boyalarla kaplanır, kurutulur ve ardından test adasına nakledilir. Burada ilgili boya filmi kürlendiği anda formülasyonların özellikleri karakterize edilir.
Tüm adımlar hassas şekilde tanımlanmış, her zaman tekrar üretilebilir programa göre tam otomatik olarak yürütülür, bu, sistemin en önemli avantajıdır.
Karmaşık İş Adımları Tam Otomatik
Formülasyon, kaplama, karakterize etme: kolay görünmektedir, ancak bu adımlar için makineden çok sayıda karmaşık iş adımı beklenir. Sistem, 30 fonksiyonun bir araya getirildiği 52 elemandan meydana gelir.
Her fonksiyon belirli bir görevin çözüme kavuşturulmasını temsil eder, örneğin bir boya formülasyonunun bir panele uygulanması gibi. 52 eleman, tüm sistem parçalarının arasından geçen ve gidip gelen hazneler ve paneller üzerinde taşınan bir ray sistemi üzerinden bağlıdır.
Gidiş geliş servisini parçayla donatmak veya panelleri fırına yerleştirmek gibi çeşitli faaliyetleri yerine getiren 13 robot buna dahildir.
24 saat içerisinde sistemde ortalama 120 numune formüle edilebilir. Bir panel üzerine uygulama yapılırken ve karakterize edilirken yeni bir proje için deneyler başlatılabilir. Bu nedenle Yüksek Verimlilik Sistemi veya High Throughput Equipment (HTE) olarak da tanımlanır.
Hammaddelerin dozajı ve karıştırılması, sistem için önemli bir zorluktur. Kullanılacak sıvı hammaddelerin, büyük farklılık gösterebilen akışkanlığı buna bir örnektir. Yelpaze, son derece akışkan sıvıdan, dozajlanabilmesi ve doldurulabilmesi için önce ısıtılmasının gerektiği çok az akışkan sıvıya kadar uzanır.
Bazı sıvılar ayrıca hazne ve takım materyallerini çözerek aşındırabilir. Toz halindeki pigmentlerin ve dolgu maddelerinin de zorlukları vardır: Kütle yoğunluğu ve dağılma özellikleri farklılık gösterir. Bu durum tozuna göre doğru tartmayı ve dozajlamayı güçleştirebilir.
İyi eğitimli bir teknisyen ilgili hammaddeleri hızlı bir şekilde kendi ayarlarken bu, tam otomatik bir sistem için zor bir görevdir. HTE sistemi,özellikle iyi tasarlanmış yazılımı sayesinde bunun üstesinden gelir. Bu sayede dozajlama için gerekli tüm parametreler ayarlanabilir.
Bu ayarlar, sıvılarda basınç, sıcaklık ve valflerin açılma zamanlarıdır, tozlarda ise kaba dozajlamada dozaj helezonunun hızıdır, hassas dozajlama bölgesi ve hassas dozajlama salınım genişliğidir.
Evonik’in geliştirdiği üst düzey RaceLab yazılımında sistemin çalıştırılması için ihtiyaç duyulan tüm giriş ve çıkış verileri bir veri bankasında bir araya getirilir.
İyileştirilmiş tekniği sayesinde HTE sistemi tam anlamıyla güvenilirdir ve her zaman tekrarlanabilir. Nominal değerden muhtemel sapmaları kaydeder ve hafızaya alır. Böylece dikkat çeken sonuçlar olduğunda iş akışlarında düzensizliklerin olup olmadığı kolayca anlaşılabilir.
Sistemin avantajı, pigment pastalarının üretilmesi ve test edilmesi sırasında da kendini gösterir. Normalde pigmentlerin öğütücüler tarafından ciddi bir zaman ayırılarak öğütülmesi gerekir. HTE sisteminde bunun için özel bir karıştırıcı kullanılır.
Bu karıştırıcıda karıştırma kabının çift rotasyonu çok daha hızlı parçalanma ve dağıtma sağlar. Ayrıca özel bir hava soğutması, boya hammaddelerini tahrip edebilen çok aşırı ısı oluşumunu engeller.
Ardından laboratuvarda şimdiye kadar ancak ciddi iş gücü ile yapılan, öğütücünün boncuklarının bazen yüksek viskoziteli karışımlardan ayrılması işlemini,
HTE sisteminde bir santrifüj üstlenir.Özel olarak geliştirilen bir filtre adaptörü bir yandan boya ilerlerken, diğer yandan öğütücünün boncuklarını geride tutar. Tüm gerekli hareketler bir robot tarafından gerçekleştirilir.
Öznel Testler Yerine Nesnel Değişkenler
Bir pigment pastanın depolama kararlılığını değerlendirmek için laboratuvarda görsel bir kontrol yapılmakta ve bir spatula yardımıyla, tortu(çökme) meydana gelip gelmediğine bakılmaktadır. Söz konusu görsel ve dokunsal yetenekleri bir makineye aktarmak büyük bir külfet gerektirir.
HTE sisteminin geliştiricileri başka bir çözüm buldu: Bir ölçüm başlığı, numuneye daldırılırken hangi mekanik dirençle karşılaşacağını belirler. Nesnel bir değişken daha çok öznel olan insan değerlendirmesinin yerini alır.
Tam otomatik bir sistemin karşılaştığı diğer zorluk ise oluşturulan boya filminin bir aplikatör yardımı ile panele uygulanmasıdır. Panel, uygulama sırasında kaymamalı, boya miktarı istenilen film kalınlığında olmalı ve sonraki panele bulaşmaması için etrafa bulaşmamalıdır.
Bu görevleri, özellikle bunun için tasarlanmış bir robot üstlenir. Robot, her panele tam olarak eşit boya miktarını eşit film kalınlığında uygular ve işlemleri tekrarlamadan önce farklı yıkama çözeltileriyle paneli temizler.
HTE sistemi, pigment stabilizasyonunun değerlendirilmesi için Rub-out testinde de avantajlar sunar. Bu işlem, laboratuvarda yeni uygulanmış boya tabakasının üzerine parmak ile sürtülerek yapılır. Pigmentler yeterince stabilize olmamış ise uygulanan sürtünme kuvvetleri, yüzeyde görülebilir bir renk değişikliğine yol açar.
Bu testi yaparken dikkat edilmesi gereken husus, sürtünme esnasında malzemenin yana itilmemesi veya boya filminde boşluklara yol açılmamasıdır. HTE sisteminde bu öznel yöntem yerini değişkenlerin yazılım üzerinden her boya sistemi için istenilen şekilde ayarlanabildiği hassas bir kumanda alır.
Genel olarak, sistem zahmetli, rutin işleri üstlendiğinden laboratuvar çalışanlarının yükünü azaltır. Böylece çalışanlar deneylerin planlanmasına ve verilerin değerlendirilmesine yoğunlaşabilir.
Günün Her Saati Çok Yönlü Kullanılabilir
RaceLab, tüm iş adımlarını detaylı bir şekilde planlamaya imkân verir. 600’e kadar farklı değişken ile 40 farklı iş adımı bir HTE sisteminde hassas şekilde tanımlanabilir. Bu sayede Evonik, farklı her iş adımını serbestçe başka iş adımı ile kombine edebilir ve müşterilerin çok farklı taleplerini karşılayabilir.
HTE sistemi tamamen çok yönlü olarak, üstelik günün her saati kullanılabilir.
Ayrıca RaceLab tüm ölçüm verilerini de kaydeder ve karmaşık araştırma dizilerinin değerlendirilmesine izin verir. Şimdiye kadar laboratuvarda olmadığı kadar çok verinin HTE sisteminde son derece kısa süre içerisinde üretilmesi önemli bir avantajdır.
Böylelikle gelecekte Data Mining (Veri Madenciliği) yöntemleriyle analiz edilebilen, sürekli büyüyen bir veri havuzu oluşur. Belki zorunlu deneylerin sayısı bile azaltılabilir. Çünkü mevcut veriler sayesinde yapay zeka veya bilgisayar mevcut veriler arasından gerekli olanı bulabilir.
En azından ayrıntılı analiz gereken noktaları belirtebilir. Müşteriler böylece Evonik’in ve HTE sisteminin yardımıyla inovasyon hızını bir kere daha arttırabilir.
HTE Sisteminin Avantajları
1. Tam otomatik çalışır, tekrarlanabilir sonuçlar verir, çok yönlü olarak kullanılabilir,
2. Boyayı çok sayıda farklı çeşit hammaddeden formüle eder,
3. Uygulama öncesinde sıvı formülasyonlarını karakterize eder,
4. Panelleri hassas bir şekilde kaplar ve boyayı kurutur veya kürlendirir,
5. İmal edilen kaplamaları karakterize eder,
6. Gelecekte Data Mining (Veri Madenciliği) üzerinden yapılabilecek analizler için sürekli büyüyen veri havuzu oluşturur.
Ebru Pilavci Erisi / Boya ve Kaplama Katkıları Üst Düzey Satış Müdürü Evonik Ticaret Ltd. Şti.
Ellen Reuter / Katkı Maddeleri Yenilik Yönetim Müdürü
Claudia Bramlage / Üst Düzey Katkı Madderleri Ar-Ge Yöneticisi
