Kürlenme Mekanizmaları
- 6 Eylül 2016
- Yayınlayan: Stm Coatech
- Kategori: Eğitici Makaleler
Boya/kaplamayı sıvıdan katı duruma dönüştürme yöntemi kürlenme mekanizması olarak bilinmektedir. Bu uygulamayla, akışkan organik kaplamanın yüzeyde oluşturduğu filmin, polimerleşme tepkimeleri sonucunda termoset karakterli bir sert filme dönüşmesi süreci gerçekleşmiş olur.
Boya/kaplamayı sıvıdan katı duruma dönüştürme yöntemi kürlenme mekanizması olarak bilinmektedir. Bu uygulamayla, akışkan organik kaplamanın yüzeyde oluşturduğu filmin, polimerleşme tepkimeleri sonucunda termoset karakterli bir sert filme dönüşmesi süreci gerçekleşmiş olur. Sıvı olarak uygulanan çoğu boya/kaplama çözücü buharlaşması ile “kurur” fakat ayrı bir kimyasal reaksiyon kullanılması ile kürlenir.
Boya filmini oluşturmak için kuruyan yağlar, vernikler, sentetik reçineler ve selülozik ya da vinil polimerler kullanılır. Genelde film oluşturucu madde uçucu bir çözücünün içinde çözünmüş olarak bulunur. Böylece fırça, tabanca daldırma ya da başka bir uygulama metodu için uygun kıvam elde edilir. Çoğu yağ ve reçineye, sıvı fazdan kuru filme geçiş sürecini hızlandırmak için metalik kurutucular da eklenir.
Bir boya filminin özellikleri birleştiricilerin nasıl kuruduğu veya kürlendiği ile yakından ilgilidir.
Genel olarak 3 kuruma / kürleme mekanizması vardır:
1.Fiziksel kuruma (Solventin buharlaşması ile)
- Solvent buharlaşır
- Moleküller boya filmini oluşturmak üzere bir araya gelerek erir.
- Kimyasal bağ oluşmaz
2.Oksidasyon ile kuruma (Havadaki oksijen ile reaksiyon sonucu)
- Solventler buharlaşır.
- Oksijen boyanın içine nüfuz eder ve reaksiyon başlar.
- Tutkal molekülleri oksijen ile reaksiyona girmek üzere birbirine bağlanır.
3.Kimyasal yolla kuruma (Ana madde ile sertleştiricisinin kimyasal reaksiyonu ile)
- Solventler buharlaşır.
- Bileşen A ve bileşen B birbirine doğru hareket eder.
- Bileşenler kimyasal reaksiyona girmek üzere birbirlerine bağlanır.
- Katı boya filmini oluşturan 3 boyutlu yapı meydana gelir.
Kürlenme süresine etki eden faktörler;
- Bağıl nem, R.H. (Relative Humidity)
- Havalandırma
- Sıcaklık
- Film kalınlığı
- Astar sayısı
- Solventlerin buharlaşma oranı
Bazı birleştiricilerin kürlenme mekanizması aşağıdaki gibidir.
Beş temel kürlenme mekanizmasını aşağıda detaylandıralım: çözücü buharlaşması, oksidasyon, kaynaşma, polimerizasyon, nem ile kürlenme. Özel kürlenme mekanizamları olan ısı ve UV ile kürlenmeye de kısaca değinelim.
ÇÖZÜCÜ BUHARLAŞMASI
Çözücü buharlaşması ile kürlenen boya/kaplamalar sadece kurur. Çözücünün (solvent) boyadan normal oda koşullarında uçması beklenir ya da buharlaşmanın hızlanması için boyanmış ürün fırında ısıtılabilir. Bu tür kuruyan boyalara fiziksel kurumalı boyalar da denir. Kuruma, boyanın bileşimindeki çözücünün uçması sırasında boyadaki bağlayıcı molekülleri birbirine yaklaşarak sert bir film tabakası meydana getirmesiyle olur. Buharlaştırılan çözücülere maruz bırakılırsa boya filmi yüzeyden tekrar alınabilir. Çözücü buharlaşması ile kuruyan boyalara, alkollü boyalar, klor kauçuk, vinil, bitümlü ve selülozik boyalar örnek olarak verilebilir. Çözücü buharlaşması ile kuruma 10-30 dakika arasında gerçekleşir. Bu tip kurumalar genellikle verniklerde olur.
OKSİDASYON
Bu metot, kuruyan yağlara ve kuruyan yağ içeren alkid reçineli boyalara uygulanabilir. Kuruma, bağlayıcı moleküllerinin havanın oksijenini alıp kimyasal bağlar oluşturacak şekilde reaksiyona girmesiyle olur. Böyle oluşan filmlerin dış dayanımları yüksek değildir. Sararma yatkınlığı vardır ve ambalajları herhangi bir şekilde oksijen alırsa boyanın üst yüzeyi kabuk bağlayabilir. Oksidatif kurumalı boyalara alkid reçineli boyalar (bağlayıcı olarak alkid reçinesi kullanılan tek bileşenli boyalar) ve yağlı boyalar örnek olarak verilebilir.
RH Fatty acid ester olarak kabul edildiğinde;
RH + O2→ R – OOH Hidroperoksit
Hidroperoksit stabil olmadığından iki serbest radikale ayrışır. bunlardan biri hidroksildir.
R.OOH →RO. + OH
Diğer bir ester molekülü diğer serbest hidroksil radikali ile birleşebilir ve alkali radikali oluşturur.
RH + OH → R. + H2O
Aynı zamanda başka bir ester molekülü diğer serbest radikalle reaksiyona girebilir.
RH + RO → ROH + R.
Boyanın kuruması esnasında aşağıdaki serbest radikaller oluşur. Bu radikaller yağdaki konjuge ve izole bağların bulunduğu karbonda gerçekleşir.
RO. ,R., .OH
Bu şekilde birleşen moleküller gittikçe büyüyerek polimer meydana getirirler. Reaksiyon başladıktan bir müddet sonra peroksit ve hidroperoksit miktarı maksimuma ulaşır ve sonra düşmeye başlar. Oksijen miktarı boya filmi üzerinde fazladır . Polimerizasyon başlar ve viskozite kuru bir film tabakası teşekkül edene kadar yükselir. Oksijen konsantrasyonunun yüksek olması nedeniyle ilk kuruma yüzeyde olur. Oksijen içerlere nüfuz ettikçe iç taraflarda kurumaya başlar. Bağlayıcı ağırlığının hemen hemen % 10-12 ‘si kadar oksijen absorbe edilir. Bu şekilde kuruyan boyalarda kullanılan kurutucuların esas fonksiyonu katalitiktir ve iki yönde etki ederler.
- Oksijenin boya filmine geçişini
- Peroksitlerin serbest radikallere dönüşümünü hızlandırırlar.
Boya/kaplama tamemen kürlendikten sonra reçine oksitlenmeye devam ettiğinden , eskimiş, çoğu alkid sistem kırılgan bir hale gelir. Oksidasyon ile kürlenen boya/kaplamalar , ayrıca aşırı film oluşumuna karşı da hassastır ve kırışabilir ya da çatlayabilirler.
KAYNAŞMA
Sulu lateks veya sulu emülsiyon boyalarında, yaş boyanın kuru filme dönüşmesi sürecinde, emülsifiye haldeki polimer küreciklerinin kaynaşarak film oluşturması durumudur. Su (boya/kaplamalardaki birincil çözücü) ilk olarak boya/kaplama filminden buharlaşır. Su buharlaştığından özel bir kaynaşma çözücüsü (örneğin propilen glikol) katı bir film oluşturmak için akrilik moleküllerin birbirine bağlanmasına yardım eder. Sonrasında bu kaynaşma çözücüsü boya/kaplama filminden buharlaşır. Bu kaynaşma çözücüsü olmadan akrilik moleküller birbirine çarpıp kaynaşmayacak ve bu da zayıf performanslı bir boya/kaplama filmi ile neticelenecektir. Kaynaşma sürecinin genellikle 50 oF bir hava sıcaklığı gerektirdiği unutulmamalıdır. Eğer hava sıcaklığı kaynaşma süreci tamamlanmadan önce 50 oF altına düşerse, kürlenme durabilir ve sıcaklık geri kazanılana dek tekrar başlatılamayabilir. Bu su bazlı endüstriyel akrilik boya/kaplamaların ana sorunudur ve şartname hazırlayıcı tarafından dikkatli bir şekilde değerlendirilmelidir.
POLİMERİZASYON
Polimerler ve kopolimerler, reçine bileşenlerinde formüle edilir ve bileşenler boya/kaplama imalatçısı tarafından ayrı ayrı ambalajlanır.bu kimyasal bileşenler doğru oranlarda birlikte harmanlandığında oldukça esnek bir boya/kaplama tabakası oluşturan kimyasal bir reaksiyon meydana gelir. Bu kimyasal reaksiyon polimerizasyon olarak bilinmektedir. Polimerizasyon ile kürlenen boya/kaplamalar bir karışım ömrüne sahiptir. Karışım ömrü , boya/kaplama formülasyonuna ve sıcaklığına bağlı olarak birkaç dakikadan birkaç saate kadar çeşitlilik gösterebilir. Oda sıcaklığında yeterince sert ve kalıcı film oluşmaz, bunun için çapraz bağlanma gerekir.
Polimerizasyonu ikiye ayırabiliriz.
1.Kondensasyon Polimerizasyonu
Kondenzasyon polimerleri benzer veya farklı yapıdaki poli-fonksiyonel monomerlerin, genellikle küçük bir molekül çıkararak reaksiyona girmesiyle elde edilir. Burada en önemli koşul monomerlerin poli-fonksiyonel oluşudur. OH, COOH, NH2, gibi fonksiyonel gruplardan en az iki tane taşıyan monomerler esterleşme, amidleşme, vb. gibi reaksiyonlarla, küçük moleküller çıkararak, kondenzasyon polimerlerini oluşturular. Reaksiyonun gerçekleşmesi için yüksek ısı gerekir.
R-COOH + R’-OH « R’-COOR + H2O
Asit Alkol « Ester Su
Kondensasyon ile film oluşturan tipik reçineler;
Alkid – Amino
Polyester – Amino
Akrilik – Amino
2.Katılma Polimerizasyonu
Katılma (zincir) polimerizasyonunda monomer molekülleri, büyümekte olan polimer zincirlerine birer birer ve hızla katılır. Hızlı zincir büyümesinden dolayı polimerizasyonun her aşamasında yalnız yüksek mol kütleli polimer ve tepkimeye girmemiş monomer bulunur.
A + B à C
Reaksiyon sonucu yarı ürün oluşmaz. Bu tip polimerizasyona örnek olarak 2K (2 Komponentli) sistemler verilebilir. Oda sıcaklığında dahi reaksiyon gerçekleşir. Sınırlı kullanım süresi vardır.
Bu şekil kurumalarda reaksiyon tipi bağlayıcının kimyasal yapısına ve sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir. Polimerizasyon bazı boya tiplerinde normal hava koşullarında gerçekleşirken bazılarında 80 oC üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleşir. 10-15 oC altındaki sıcaklıklarda reaksiyon olmaz. İki bileşenli boyalar önerilen oranda karıştırılmalı ve boyalar günlük tüketilebilecek miktardan fazla inceltilmemelidir. İki bileşenli boyalarda kullanım ömrü mutlaka göz önünde tutulmalıdır.
Katılma ile film oluşturan tipik reçineler;
Epoksi – Poliamid
Polyester – İzosiyanat
Akrilik – İzosiyanat
NEM İLE KÜRLENME
Boya/kaplamanın nem ile kürlenmesi hidroliz olarak bilinmektedir. Yalnızca birkaç endüstriyel boya/kaplama kürleme sürecinde hidrolizlenir. Bunlar nem ile kürlenen üretan ve etil-silikat tipi inorganik çinkoca bol astarlardır. Bu boya/kaplamalar kürlenmek için minimum nem miktarı gerektirir. Bu süreçte nem ile kürlenen üretan, karbondioksit (CO2) salar; inorganik çinkoca bol astarlar ise etil alkol salar. Sonuç polimerizasyon ile elde edilene benzer oldukça kırılgan bir boya/kaplama tabakası elde edilir.
ISI VE UV İLE KÜRLENME
Bazı boya/kaplamalar uygulamadan sonra tam kürlenme elde etmek için ısı ya da ultraviyole ışığa maruziyet gerektirir. Isı ya da UV ışığı kimyasal reaksiyona ve boya/kaplama filminin kürlenmesine neden olarak reçine ile tepkimeye girer.
REFERANSLAR1.Capital Painting, Convertible Coatings, Erişim tarihi: 29 Ağustos 2016, http://www.capital-painting.com/convertible-coatings/
2.Gelişim Raspa, Boya Teknolojisi, Erişim tarihi: 29 Ağustos 2016, http://www.gelisimraspa.com/files/BOYA%20TEKNOLOK%DDS%DD-K%DDMYASAL.pdf
3.Armat Mühendislik, Boya Teknolojisi, Erişim tarihi: 29 Ağustos 2016, http://www.armatmuhendislik.com/mantolama_boya/boya/Boya_Teknolojisi.pdf
4.Yukap Boya, Boya Teknolojisine Genel Bakış, Erişim tarihi: 29 Ağustos 2016, www.yukapboya.com.tr/dosyalar/genel–boya–bilgileri.ppt