Cuma, Mart 29, 2024

Toksik Olmayan Etkin Bir Antikorozif Pigment

 

Çinko Fosfat

Kurşun ve krom pigmentlerin yerine kullanılmak üzere, çinko fosfat üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır. Günümüzde çinko fosfat, fosfat içeren en yaygın kullanılan antikorozif pigmentlerden biridir.

Kromat ve diğer pigmentlerden çok daha düşük çözünürlükte ve dolayısıyla daha düşük reaktivitede olması nedeniyle değişik formülasyonlar verebilmesiyle, piyasada ekonomik bir önem kazanmıştır. Çinko fosfat çok çeşitli rezin sistemlerinde kullanılabilir özelliktedir.

ISO 6745 standardı ‘Boyalarda çinko fosfat pigmentleri’ ‘Şartnameler ve test yöntemleri’ ne göre, bir çinko fosfat pigmenti, ağırlıklı olarak çinko fosfat dihidrat (Zn3 (PO4)2 · 2H2O) ya da bir çinko fosfat dihidrat ve çinko fosfat tetrahidrat (Zn3 (PO4)2 · 4H2O) karışımı ya da baskın olarak çinko fosfat tetrahidrat içeren korozyon önleyici beyaz bir pigment olarak tanımlanır.

Korozyona karşı koruma olayındaki etki ile ilgili olarak ISO 6754, çeşitli çinko fosfat pigmentlerinin korozyon önleme özelliklerinin farklı olabileceğini belirtmektedir. Çinko fosfat pigmentlerinin ürün özelliklerinin temel gereksinimleri Tablo 1’de özetlenmiştir.

Tablo 1: Çinko fosfatın nitelik gereksinimleri.

Çinko fosfat normal olarak endüstriyel ölçekte, çinko oksit (ZnO) ve ortofosforik asit (H3PO4) içeren ıslak-kimyasal bir reaksiyon ile üretilir. Ardından filtrasyon, yıkama, kurutma ve öğütme işlemleri yapılır.

Çinko fosfat pigmentlerin performans özellikleri, kimyasal etkinliğine ve uygulandığı yüzeyde inhibitör kompleksleri oluşturma ve yüzeye yapışma yeteneğine bağlıdır. Buna ek olarak, çinko fosfat söz konusu olduğunda, az miktarda çinko fosfat, nemli koşullar altında hidrolize olacağı için, özellikle anodik alanlardaki elektrokimyasal etkinliğe de dikkat etmek gerekir.

Bu reaksiyonun sonucu, çinko hidroksit oluşumu ve anodik alanlardaki metal yüzeylerde koruyucu tabakalar oluşturabilen ikincil fosfat iyonlarının oluşumu öne sürülmektedir.

Ayrıca, nemli koşullar altında, çinko fosfatın inorganik iyonlarla ya da kullanılan metal reçinenin karboksilik gruplarıyla reaksiyona sokulmasıyla bazik komplekslerin oluşabileceği, bunun yanında, metal iyonlarıyla olan reaksiyon sonucu adezyon adı verilen yüzeye yapışma, çapraz bağlanma ve inhibitör kompleksleri oluşumuna yol açtığı da literatürde tartışılmaktadır.

Hidroliz işleminin çinko fosfatların etkinliği için ön şart olduğu varsayımına göre, bu pigmentlerin aktif duruma gelmeden önce belirli bir süreye gereksinim duyduğu anlamına gelir. Bu durum, çinko fosfatların, kromat pigmentlerinin iyi bilinen elektrokimyasal etkinliğinde olmadığı sonucuna götürür.

Çinko fosfat durumunda hidroliz ürünlerinin oluşumu, koruyucu boyanın geçirgenliğine bağlıdır. Koruyucu boyanın kendisinin geçirgenliği, kullanılan rezin türüne ve özellikle PVC (Pigment Volum Konsantrasyonu) tarafından etkilenir.

Bu durum, rezin, pigment ve dolgu maddesi seçimi ve dolayısıyla bütün formülasyonun, çinko fosfat içeren koruyucu boyaların korozyona karşı koruma olayında önemli bir etkisi olduğu anlamına gelir.

Belki de çinko fosfatın öngörülen etkileme mekanizması, tümüyle kanıtlanmış bilgiden çok teorik kaygılarla ilgilidir. Bununla birlikte, pratik deneyimler çinko fosfatın aktif bir antikorozif pigment olduğunu göstermiştir, ancak kurşun ve kromat pigmentlerinin koruyucu etkisine yalnızca bazı sistemlerde ulaşılabilir.

Modifiye Ortofosfatlar

Belirtildiği gibi, çinko fosfat, antikorozif pigment olarak istenen özelliklerde olmasına karşın, kurşun ve kromat pigmentlerin korozyona karşı koruma derecesini göstermez. Bu nedenle, pigment endüstrisi, yükseltilmiş özellikleri olan fosfat bazlı pigmentlerin geliştirilmesine odaklanmıştır.

Üretim proseslerinin optimizasyonu ile bağlantılı olan uygun elementler ve bileşikler ile farklı bakış açısı göz önüne alınarak kontrollü kimyasal modifikasyonlar ile birçok uygulamada çinko fosfat etkinliğini arttırmak mümkün olmuştur.

Ekonomik önem kazanan modifiye ortofosfat pigmentlere genel bir bakış Tablo 2’de verilmektedir. Tablo 2’ye bakıldığında, pigment endüstrisinin performans özelliklerini iyileştirmek için çeşitli çinko fosfat varyasyonlarının geliştirildiği açıkça görülebilir.

Bu gelişmeler, sinerjik değerlerin etkisi göz önüne alınarak mümkün olmuştur.

Örneğin, bazik çinko fosfatların geliştirilmesi, hidroksil iyonu konsantrasyonu arttıkça, lokal katodik reaksiyon dengesinin stabilize edileceği ve elektron emisyonunun önlenmesi ya da engellenmesine yol açtığı bilgisine dayanmaktadır.

Ek olarak, pigmentte bazik bileşiklerin varlığına bağlı olarak boyada bir pH-dengeleyici etki de tartışılmaktadır.

Fosfat borat kombinasyonlarının amacı, hidrolize olma hazırlığını hızlandırmaktı çünkü tartışıldığı gibi, hidrolizasyon işlemi çinko fosfatların etkinliği için bir ön koşuldur, ancak bu pigmentlerin aktivasyonu için belirli bir zamana gerek vardır.

Çinko fosfat molibdatların geliştirilmiş antikorozif aktivitesi, suda çözünür molibdat iyonlarının önleyici etkisine bağlanır.

pigment

Tablo 2: Ortofosfat asıllı antikorozif pigmentler

Bir alüminyum çinko fosfat, birincil alüminyum fosfatın (Al (H2PO4) 3) çinko oksitle birlikte çökeltilmesi ile üretilir. Bu tür pigmentler, standart çinko fosfattan daha yüksek bir fosfat içeriğine sahiptir. Geliştirilmiş performans özellikleri, bu yüksek fosfat içeriğine bağlanır.

Organik olarak işlenmiş modifiye fosfat pigmentlerde, pigment ve bağlayıcı arasında sıkı bir bağ ve ayrıca boya ile yüzey arasında da sıkı bir bağ olduğu tartışılmaktadır. Bir başka örnek olarak, genellikle, ka- rışık faz ya da çekirdek pigmentleri olarak adlandırılan fosfat silikatlar da verilebilir.

Volastonit (wollastonite) (kalsiyum silikat-çekirdek) yüzeyine aktif bileşenleri sabitleme ve pH değerini nötr yakınına ayarlama yapılarak, bu pigmentler nispeten üniversal olarak kullanılabilirler.

Modifiye Polifosfatlar
Çinko fosfata kıyasla geliştirilmiş performans özellikleri olan antikorozif pigmentler için yapılan araştırmalar sırasında, modifiye edilmiş polifosfat pig- mentlerinin gelişimi bir başka odak noktası olmuştur.

Ortofosfatlar, ortofosforik asidin bazik ve / ya da amfoterik maddeler ile reaksiyonu kullanılarak üretilir. Polifosfatlar daha yüksek sıcaklıklarda asidik ortofosfatların kondensasyonuyla elde edilirler:

• Ortofosfatlar örn. 3 ZnO + 2H3PO4 → Zn3 (PO4) 2+ 3H20
• Polifosfatlar örn. Al (H2PO4) 3 → AlH2P3010. 2H2O

Günümüzde pratikte önemi olan modifiye polifosfat pigmentler, ağırlıklı olarak asitli alüminyum tripoli- fosfatın, çinko, stronsiyum, kalsiyum ve magnezyum bazlı bileşiklerle olan reaksiyon ürünleridir (Tablo 3).

Polifosfat pigmentleri ile birlikte geliştirme etkinlikleri, metal iyonları olan asidik alüminyum tripolifosfatın yüksek şelat oluşturma potansiyeline odaklanmıştır.

pigment

Tablo 3: Polifosfat asıllı antikorozif pigmentler.

Bununla birlikte, belirli ürünlerin belirli özelliklerinin bir üründe yükseltilmesi (sinerjik etkiler) denenmiştir. Sinerjik etkilerin kullanımı pigment ve boya endüstrisi için yeni olmasa da antikorozif pigmentlerin alanında ilginç sonuçlar doğurmaktadır.

Yakın zamanda yapılan araştırma çalışmaları, bir fosfat bazlı pigmentin bir organik korozyon inhibitörü ile kombinasyon olarak kullanılması durumunda özel sinerjistik etkilerin görülebileceğini rapor edilmiştir.

Böyle bir kombinasyonun kullanılması nedeniyle, dış ortam etkisinde kalmanın ilk aşaması sırasında zemin korumasını iyileştirme olanağı görülebilir, bunun sonucunda özel uygulamalarda uzun süreli koruma geliştirilmiş olduğu anlamına gelir.

Daha önce de tartışıldığı gibi, sinerjilerin etkisiyle modifiye ortofosfatların ve polifosfatların gelişimi olasıdır. En iyi biçimde modifiye edilmiş fosfat asıllı pigmentlerin en önemli özelliği, çok çeşitli rezinlerle olan uyumluluğudur.

Modifiye edilmiş antikorozif fosfatlar, geniş uyumluluk gösterse de pigment üreticisi tarafından herhangi bir uygulama için önerilen pigmentlerin seçilmesi önerilir.

Bu durum, pigment endüstrisinin evrensel uygulamalar için fosfat bazlı pigmentlerin geliştirilmesine çalışılmasının nedenlerinden biridir. 2003 yılından bu yana piyasada evrensel uygulamalar için bulunan modifiye ortofosfat asıllı iki antikorozif pigmentin tipik özellikleri Tablo 4’te özetlenmiştir.

pigment

Tablo 4: Üniversal kullanım için iki modifiye ortofosfat pigmentin tipik özellikleri

Öteki Fosfatlar

Son zamanlarda, literatürlerde baryum fosfat, manganez fosfat, kurşun fosfat ve krom fosfat gibi başka fosfat asıllı pigmentlerin olduğu referans edilmiştir. Ekonomik yönlerden dolayı bu tür ürünlerin kullanımı sınırlıdır.

Öteki Fosfor İçeren Pigmentler Çinko Hidroksifosfit

Bir çinko hidroksifosfit antikorozif pigment, teorik formülü [2 Zn(OH) 2 · ZnHPO3] · xZnO ile tanımlanır, burada x = 0-17’dir. Bu pigment çinko oksit bulamacını kompleks bir düzenleyici çinko hidroksifosfit varlığında fosforik asit ile reaksiyona sokarak üretilir.

Bazik yapıda olan beyaz bir pigmenttir. Bu antikorozif maddenin etkinliği, fosfit iyonlarının, demir fosfit ve demir fosfatları oluşturarak anodik korozyon reaksiyonlarını önleme yeteneğine bağlanır. Buna ek olarak, korozyonu da engelleyebilen oleorezinli rezinlerde çinko sabunu oluşturma yeteneği de söz konusudur.

Demir Fosfit

Ticari demir fosfit antikorozif pigmentler, az miktarda FeP ve SiO2 içeren Fe2P’den oluşur. Bu pigmentler metalik gri renkte tozlardır. Çinko açısından zengin organik ve inorganik boyalarda çinko tozunun kıs- men yerine geçmesi için tasarlanmış iletkenlik artırıcı pigmentler olarak tanımlanırlar.

Bir boyada çinko tozunu %50 sine kadar kısmının yerine geçtiğinde, kaynak yapılabilirliği arttırılacaktır. Demir fosfitin belli bir miktarda kullanımı fiyatta bir düşüşe yol açacaktır.

Bununla birlikte demir fosfitlerin, çinko tozu ve tabakalı yapıdaki çinko plakalarının kullanımıyla karşılaştırıldığında, piyasada düşünüldüğü kadar ekonomik bir önemi olmayacağı görülür.

M.Namık Kayaalp – Kimya Mühendisi  – Ecelak Boya Kimya Ltd. Şti.

Kaynakça 
1. Industrial Inorganic Pigments, Dr. Gunter Buxbaum, 47812 Krefeld Germany, Dr. Gerhard Pfaff, 64271 Darmstadt Germany,
Revised Edition 2005
2. Smith, A,Inorganic Primer Pigments, Federation Series on Coating Technology, Philadelphia, PA 1988,
3. Austin, M. J.,Inorganic Anti-Corrosive Pigments, ASTM Manual 17, Amer-ican Society for Testing and Materials, Philadelphia,
USA, 1995,
4. Krieg, S.,European Coating Conference Proceedings, Anticorrosive Pigments, Berlin, 2000,
5. Adrian, G., Bittner, A., Grawol, M., Farbe + Lack 87 (1981)
6. Dr. Hans Heubach GmbH & Co. KG, Heucophos Program Overview, company information, Langelsheim, Germany, 2001
7. Halox, Product Application Guide, company information, Hammond, USA, 2004

 

İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR

Öne çıkan haberler