Su bazlı inşaat boyalarının performansına farklı dolgu maddelerinin etkilerinin incelenmesi

Abstract

Boya ve kaplamalar koruyuculuk veya dekoratif amaçlı kullanılan ve uygulandığı yüzeyde ince bir film tabakası bırakan kimyasal maddelerdir. Çözücü tipine göre solvent bazlı ve su bazlı olarak sınıflandırılmaktadır. Ayrıca kullanım alanlarına göre endüstriyel boyalar, inşaat boyaları, ahşap boyaları, mürekkep vs gibi sektörel dağılımları mevcuttur. Üretiminde bağlayıcı, katkı maddeleri, pigment ve dolgular ile çözücüler bulunmaktadır. Bağlayıcılar boyaya genel olarak istenilen çoğu özelliği veren ve boyanın ana hammaddesi olan kimyasallardır. Solvent bazlı sistemlerde hava kurumalı alkid, tek bileşenli akrilik, 2K akrilik, doymuş poliester, doymamış poliester, 2K epoksi vs olmak üzere farklı kimyasal yapıdaki reçineler kullanılır. Su bazlı sistemlerde ise stiren akrilik, vinil akrilik ve saf akrilik gibi reçineler kullanılır. Katkı maddeleri ise boyaya az miktarda katılan ama etkisi büyük olan kimyasal maddelerdir. Genel olarak ıslatıcı ve dispersiyon ajanları, köpük kesiciler, kalınlaştırıcılar (reoloji ajanları), matlaştırıcılar gibi katkı maddelerini içerirler. Pigmentler ise inorganik, organik ve karbon karası olmak üzere üç gruba ayrılabilir. İnorganik pigmentler TiO2, demir oksit sarı, demir oksit kırmızı vs, organik pigmentler magenta, kırmızı, mavi (PBl 15:3 vs) gibi pigmentleri içerir. Dolgular kalsit, talk, barit, kaolen, mika, dolomit, silika vs gibi mineralleri içerir. Doğal mineral dolgular hem ucuzdur hem de çevreye zararlı değildir. Çözücüler ise su veya ksilen, toulen, nafta, bütil asetat gibi solvent gruplarını içermektedir. Günümüzde boya sanayisi Küresel Regülasyonlar gereği solvent bazlı sistemlerden su bazlı sistemlere geçiş yapmaktadır. Bu noktada boya endüstrisinin su bazlı boya sistemiyle ilgili çalışmaları devam etmektedir ve bu boyaların nasıl kullanılacağı ve uygulanacağı konusundaki bilgi birikimi hala öğrenme aşamasındadır. Ayrıca çevre dostu ürünlerle çalışmalara başlanmış olup, üretilen ham maddelerin de çevre dostu olan ham maddeler olmasına dikkat edilmektedir. Boya sektöründe TiO2 pigmenti gibi üretiminde zararlı maddelerin oluştuğu ham maddelerin miktarı azaltılmak veya tamamen ortadan kaldırılması istenmektedir. Yine de beyazlık ve örtücülüğün TiO2 pigmenti kadar iyi olan bir başka pigment veya dolgu arayışları hala devam etmektedir. Bu çalışmada su bazlı orta PVC içeren inşaat boyası sisteminde çalışılmıştır. Boya hazırlanırken su, pH ayarayıcı ve HEC karıştırılıp daha sonra köpük kesici, dispersiyon ajanı ve diğer katkılar ilave edilmiştir. Ezim aşamasında TiO2, kalsit (5µm), talk kullanılmıştır. Alt ilavede kaynaştırıcı ajan ile bağlayıcı kullanılıp boyalar hazırlanmıştır. İncelenecek dolguların performanslarının değerlendirilmesi için TiO2 miktarı %3, %5 ve %10 oranlarında azaltılmış ve azaltılan oranlar kadar kaolen, PCC, mika, PPWax ilave edilmiştir. Hazırlanan boyaların ezim değerleri grindometre ile kontrol edilmiş ve ilk çıkış viskoziteleri reometre ile farklı kesme kuvvetlerinde ölçülüp boyaların akışkanlık profillerinin "Psödoplastik yapıda" olduğu görülmüştür. Daha sonra bu boyaların örtücülük performansına bakılmıştır. Boyaların ayrıca beyazlık ve sarılık değerleri ölçülmüş dolguların etkisi karşılaştırılmıştır. Boyalar PR122 standart bir pigment pasta ile tint edilip kartlara uygulanımış, kuruma tamamlandıktan sonra spektrofotmetreyle L* a* b* değerleri okutulup renk şiddetleri belirlenmiştir. Bu kartlara surfaktan sızıntısı 1 mL su damlatılıp 10 dk ve 30 dk bekletilmiş daha sonra su akıtılıp kuruması beklenmiş renk farkı (∆E) spektrofotometreyle ölçülmüştür. Boyalar yaş ovalama direnci testi için kartlara uygulanmış ve silinebilirliği simüle eden cihazda test edilmiştir. Bu test ile film kaybı ve parlaklık farkı ölçülmüştür. Su direnci için boyalara su damlatılmış üzeri cam kaplarla kapatılmış ve gece boyu bekletilmiştir, yüzey kusurları incelenmiş ve puanlanmıştır. Aynı zamanda temas açılarıyla boyaların hidrofobik/hidrofilik karakterleri tespit edilmiş, sertlik değerlerine de Pendulum cihazıyla bakılmıştır. Hazırlanan boyalar depolama stabilitesi için 50°C sıcaklıkta 2 hafta boyunca etüvde bekletilmiştir, daha sonra ayrışma, çökme ve viskozite değişimleri kontrol edilmiştir. Oranı azaltılan TiO2 yerine ilave edilen dolguların oranı arttıkça viskozite değerlerinin beklendiği gibi kısmen arttığı gözlemlenmiştir. Depolama stabilitesi sonrasında çökme ve ayrışma gözlemlenmemiştir. %10 PPWax içeren boyada jelleşme başladığından bu oranın yüksek olduğu sonucuna varılmıştır. Renk şiddetinde ise %3 PCC, %5 mika ve %3 ile %5 PPWax içeren boyalar referansa paralel sonu vermiştir. Beyazlık ve sarılık değerleri incelendiğinde referansa en yakın sonuçlar PCC ve PPWax ile elde edilmiş olup sarılık değeri en düşük olan PPWax içeren boya olduğu gözlemlenmiştir. Örtücülük testinde ise her dolguda spesifik oranda başarılı bir değer yakalanmıştır. Parlaklık değerlerinde büyük bir farklılık yoktur. Yaş ovalama direncinde ise PCC içeren boyaların bir etkisi yokken kaolen, mika ve PPWax içeren boyalar performansı iyileştirmiştir. Oluşan parlaklık farkı minimum olanlar ise %10 kaolen ve %10 mika ile %3 PPWax içeren boyalardır. Dolguların temas açılarını arttırdığı görülmüştür ve sertlik değerleri PPWax içeren boyalar hariç bir miktar artmıştır. Su direnci performansında ise mika ve %10 PPWax içeren boyalar hariç diğerlerinde iyileşme görülmüştür. Sonuçlar incelendiğinde kullanılan dolguların gerek parçacık boyutu, gerek yağ absorpsiyonu,kırılma indisi veya morfolojisi sebebiyle farklılıklar olduğu ve kısmen TiO2 yerine kullanıldığında boya performansına belli konularda olumlu özellikler katarken örtücülük üzerine olumsuz bir etkisi olmadığı görülmüştür. Genel olarak en iyi performans %3 PPWax ilaveli boyada elde edilmştir. Daha sonra %3 mika içeren boya, %5 PCC içeren boya ve %3 kaolen içeren boyalarda iyi performans elde edilmiştir. %5 PCC içeren boyanın genel performansı %3 PPWax içeren boyadan bir miktar düşük olsa da TiO2 oranı daha çok azalacağı için tercih edilebilir veya bu dolgular kombinasyonlar şeklinde de kullanılabilirler.