Çok Bileşenli Kaplamaların Yanlış Karıştırılması
- 15 Mart 2018
- Yayınlayan: Stm Coatech
- Kategori: Eğitici Makaleler
Birçok önemli endüstriyel kaplama, bileşenler arasındaki kimyasal reaksiyonun bir kaplama filmi oluşturduğu iki veya üç bileşikli ürünlerdir ( iki paketli 2K ve üçlü paketli 3K olarak adlandırılır). Bileşenler ayrı olarak paketlenir ve arzulanan nihai ürünü oluşturmak için belirli bir oranda karıştırmayı gerektirir. Tek kutulardaki malzemelerin kom
- Birçok önemli endüstriyel kaplama, bileşenler arasındaki kimyasal reaksiyonun bir kaplama filmi oluşturduğu iki veya üç bileşikli ürünlerdir ( iki paketli 2K ve üçlü paketli 3K olarak adlandırılır). Bileşenler ayrı olarak paketlenir ve arzulanan nihai ürünü oluşturmak için belirli bir oranda karıştırmayı gerektirir. Tek kutulardaki malzemelerin kompozisyonları çok farklıdır. Bileşenler birlikte karıştırıldığında kimyasal bir reaksiyona girerek koruyucu bir kaplama oluşturan çapraz bağlı bir polimer materyali oluştururlar.Satın alınan malzeme için ürün veri sayfası, bileşenlerin doğru karıştırma oranını ve karıştırma parametreleriyle ilgili üreticinin bilgilerini sağlar. İki ve üç bileşenli malzemeler olsa da, öncelikli olarak iki bileşenli ürünler üzerine odaklanılacaktır çünkü bunlar kaplamalar endüstrisinde daha yaygın olarak görülmektedir.
Tipik olarak, kaplama üreticileri, malzemeleri, her bileşenin doğru miktarını (oranını) içeren önceden ölçülmüş iki kapta tedarik etmektedir. Doğru bileşen etiketi ile tanımlanır ve verilen baz miktarı aktive edici miktarı ile karıştırılır. Önceden ölçülen ambalaj, genellikle bir karıştırma kiti olarak anılır; ürünün, her bileşenin ayrı ayrı orantılı olarak bulunmasına gerek kalmadan kullanılmasına izin verir. Yine de, önceden ölçülmüş paketlemeyle bile, bileşenlerin doğru oranlarda karıştırılmadığı durumlar vardır. Bazı durumlarda, önceden ambalajlanmış bir kitin tek tek bileşenlerinin ölçülmesi ve orantılanması gerekli olabilir, çünkü malzemeler sadece büyük miktarlarda (örneğin 5 galonluk kitler) tedarik edilir ve kap ömrü tek bir karışımda kullanılabilecek malzeme miktarını sınırlayabilir. Buna ek olarak, eksiksiz bir kitin kullanılmasını gerektirmeyecek küçük alanların onarımı için bakım programları ve gereksinimler, orantılı hale getirmeyi gerektirebilir. Üreticilerin çoğu, ambalajlı bir kit olarak tedarik edilen bir ürüne yönelik bileşenlerin oranlanmasını önermez (ve hatta yasaklamış olabilir).
Kaplama Bileşeninin Doğru Karışma Oranı
2K ürün için kaplama bileşenlerinin doğru karıştırma oranı, üretici firma özellikle de kaplama formülatörü tarafından belirlenir. Karışım oranındaki bazı hafif değişiklikler, poliüretan ve epoksi malzemeler gibi bazı kaplama türlerinin performansını olumsuz bir şekilde etkileyebilir. Çoğul komponentli sprey ile yaygın olarak uygulanan hızla sertleşen kaplama ürünleri, genellikle karışım oranı varyasyonlarına karşı daha hassastır ve son kaplamanın performans karakteristikleri küçük sapmalara bağlı olarak büyük oranda değişebilir. Uygun karışım oranında izin verilen değişim, kaplama türüne, formülasyona ve son kullanım özelliklerine bağlıdır.
Doğru karışım oranı, iki reaksiyona giren kaplama bileşeninin kimyasal stokiyometrisi ile ilgilidir. İki bileşen vardır ve her biri, nihai filmi oluşturmak için kimyasal olarak bağlanmaya ihtiyaç duyulan bilinen miktarda kimyasal aktif bölgeye sahiptir. Reaksiyonun optimum bir şekilde meydana gelmesi ve polimer oluşturması için, iki bileşen eşit sayıda kullanılabilir alana sahip olduğunda, kimyasal olarak dengelenir. Bu, tüm reaktiflerin baz ya da aktivatör bileşeni eksikliği ya da fazla olmamasıyla tüketildiğini söylemenin başka bir yoludur. Bu optimal kimyasal denge, her zaman bir parça baz ile bir parça aktivatörün , veya her iki bölümden elde edilen aktivatörlerin bir karıştırma oranına dönüşebilir.
Bilimsel çalışmalar, karıştırma oranının ne kadar sezgisel olursa, materyallerin uygun şekilde karıştırılma olasılığı o kadar az olduğunu ortaya koymuştur; Ancak, insan unsuru için hiçbir muhasebe yoktur. Isıtılmış ortamlarda çalışırken, iki komponentli materyallerin kap ömrü bazen önemli ölçüde kısaltılabilir. Sabah güneşinde yapılan bir uygulama kaplamanın kap ömründe belirgin bir azalmaya neden olur. Hızlı reaksiyon, kap ömrünün kısalmasına bağlı olarak ciddi miktarda israfa ve maliyete yol açar ve düzgün şekilde karıştırılmış fakat kullanılamayan kaplama malzemesine neden olur. Aplikatör yalnızca A bileşenine uygulanarak ve B bileşenini atlayarak kalan malzemeyi korumaya çalışır. Bileşen B, nispeten küçük bir bölüm olduğu için (karıştırma oranı 20A: 1B idi) kalın bir şekilde uygulanan bileşen A’nın tek başına kalan yüzeyi bir film olarak yeterince kaplayacağına ve ısının kaplamayı sertleştireceğine inanılmaktadır. Tedavi süresinin oldukça uzadığını söylemeye gerek yoktur. Kaplama yeterince sertleşmediğinden kuru bir film kalınlığı okuması elde edilemez ve sonraki kaplama katmanları uygulanamaz.
Oran Karışımının Etkileri
Kaplama malzemesinin iki bileşenini üreticinin belirttiği orandan farklı bir oranda karıştırırsanız, son film özelliklerinde bir değişiklik olabilir. Bazen bu değişiklikler, kaplama uygulanırken belirgin değildir ve sadece kaplama işlemi yapıldıktan sonra görünür ( Şekil 1 ). Diğer durumlarda, oran dışı karıştırma nedeniyle oluşan kusurlar, uygulama sırasında görsel olarak belirgindir ( Şekil 2 ). İki komponentli materyallerin hepsi için bir işaret olarak kullanılabilen, oran dışı karıştırılmasından doğrudan etkilenen tek bir fiziksel özellik yoktur. Bu nedenle, oran dışı bir karışımı tanımlarken, gözlemlenen kusurun tek sebebi olarak tanımlamak zordur.
- Şekil 1: Aynı maddenin üç karışımı aynı sertlikte parlak yüzeylere tanımlanır. Fotoğraflar KTA-Tator, Incorporated’in izniyle
- Şekil 2: Aşırı katalize edilmiş malzeme kabarcıklar oluşturarak pürüzlü bir yüzey oluşturur. Köpürme, sağ taraftaki yanlış karıştırma oranında meydana geldi.
Kaplama bileşenlerine karıştırma oranı uygulandığında, kimyasal reaksiyon dengelidir ve fazla reaktan varlığı materyalde görsel bir değişime neden olabilir. Görsel açıdan en belirgin ve dokunaklı olgular, iyileşmeyen bir kaplama malzemesine neden olur; malzeme reaksiyona girmeden ve esas itibarı ile ıslak kalır ( Şekil 3 ). Bu, kopmalara, sarkmaya, kirin yapışmasına, yumuşak döküntülere ve bazen metaryelin ıslak yüzeyle reaksiyona girmemiş olmasına neden olabilir. Görsel değişimin diğer bir örneği, iki bileşen tepki vererek ve amaçlanan kaplamadan daha sert olan bir filmi oluşturduğu için hızla ortaya çıkabilen çatlamalardır ( Şekil 4 ). Diğer durumlarda, kimyasal reaksiyon tamamlanmasa bile hemen görülebilen bir değişiklik yoktur. Örneğin, Şekil 5’de, uygun ve oran dışı karışımlar tarafından üretilen filmlerin tümü benzer görünmektedir. Yüzey araştırıldığında, sol taraftaki oran dışı karışımının diğer iki karışıma kıyasla çok daha yumuşak olduğu ortaya çıktı. Görsel varyasyonlar olsun olmasın, fazla olan bileşenin filmde kaldığını unutmamak önemlidir. Geriye kalan malzeme görünüşte değişikliklere neden olabilir veya olmayabilir. Bazı durumlarda, oran dışı bir karışım ile üretilen film, kaplama türüne ve servis ortamına ve aynı zamanda malzemenin karıştırma oranının derecesine bağlı olarak belli bir süre boyunca gerçekleşebilir.
- Şekil 3: Sağdaki yanma katsayısı oranı, birkaç ay sonra bile iyileşemedi.
- Şekil 4: Sol tarafta düşük oranlı, az katalizörlü karışım bol çatlamış. Yerleştirme, 20x’te gösterilir.
- Şekil 5: Parlaklık ve görünüşte benzer olan üç karışımın sertliği farklılaştı.
Kaplama Türüne Göre Yanlış Karıştırma Kanıtı
Epoksi
Uygun olmayan bir oranda karıştırılan bir epoksi kaplama, uygun oranda karıştırılan bir filmden sert ve görsel olarak farklı olmayan bir film oluşturabilir. Bu durumda, esneklik, kimyasal direnç, su direnci ve sertlik gibi bazı özellikler karışık oranlı bileşenler tarafından değiştirilebilir. Bu sebeple kusur hemen fark edilemez. Örneğin, beton bir zemine uygulanan uygun olmayan bir şekilde karıştırılmış epoksi, yalnızca ortaya çıkan kusurun esneklikte bir azalma olması durumunda substratı hala koruyabilir. Bununla birlikte, esnek çelik zemin kaplamasına uygulanan aynı yanlış karıştırılmış epoksi kaplama, zemin döşemesinin hareket etmesine ya da esnemesine neden olan çevresel koşulların ilk değişiminde başarısız olabilir ve nihayetinde delaminasyona uğrayabilir. Şekil 6, ilk uygulandığında iyi gibi gözüktü ancak bina işgal edildikten sonra kaplama kolayca çizildi. En sonunda estetik yüzünden kaplamanın tamamen değiştirilmesi gerekiyordu. Tersine, eğer oran dışı epoksi malzeme kimyasal direnç sağlamak için uygulanırsa, yanlış karışmış film kimyasal maddelere maruz kaldıkça yumuşar, renk vermez veya çözeltiye girebilir, böylece altta yatan alt tabakaya hiçbir kimyasal koruma sağlamaz. Ayrıca, kaplama kabul edilebilir gibi görünse bile, üst kat bir solvent içeren uygulama, altta yatan bir epoksi orta kat veya astarı zayıflatabilir ve gelecekte delaminasyona neden olabilir. Uygulanan epoksi, aminle kürlenmiş bir materyal ise, fazla amin yüzey üzerinde bir amin sızmasına (kızarıklık) neden olabilir ve bu da son katın delaminasyonuna neden olabilir.
- Şekil 6: 50x de görülen oran dışı karışımına bağlı epoksi zemin kaplamanın aşınma direncinin azalması.
Üretanlar
Uygun oranda karıştırılmayan iki komponentli üretan malzemeler renk değişimlerine veya parlaklık değişikliklerine neden olarak daha yumuşak filmler oluşturmaya eğilimlidir. Şekil 2 aşırı B bileşeninin kaplamada boşlukların ve kabarcıkların oluşumuna yol açtığını gösterir. Hemen görülebilen kusurların yanı sıra, güneş radyasyonuyla üretilen enerji, yanlış karıştırılmış üretan reçinesinin erken bozulmasına ve renk solmasına ve parlaklığın azalmasına neden olabilir. Buna ek olarak, kaplama alt katmana veya altta yatan malzemelere düzgün yapışmayabilir. Üretan malzemeleri formüle etmek için kullanılan bazı hammaddeler suya duyarlı olabilir, bu nedenle bu bileşenlerin tamamlanmamış reaksiyonu, kaplamanın su direnci üzerinde olumsuz etkilere neden olabilir. Artan su duyarlılığı, düzgün şekilde karıştırılmış üretan kaplamalarının suya erken maruz bırakılması durumunda ortaya çıkabilecek reaksiyonlara benzer şekilde, boşlukların ve su erozyonunun artmasıyla, nihai filmin özelliklerini daha da değiştirebilir.
Poliüreler
Çok çeşitli poliüre reçineleri, poliüre reçinelerinin harmanları ve hibrid formülasyonlar vardır. Bu kaplamaların iki bileşeninin reaksiyon hızının, diğer çok bileşenli kaplamalardan daha hızlı olması oran dışı karışıma daha duyarlı görünmelerini sağlar. Çok fazla formülasyon değişkenleri olduğundan hem epoksi hem de üretan malzemeler için yukarıda listelenen tüm kusurlar poliüre materyalleri için de geçerlidir. Bu malzemelerin karıştırma oranları çok çeşitlilik gösterebilir ve uygulama ekipmanı bileşenlerin doğru bir şekilde harmanlanması için doğru ve düzgün çalışıyor olmalıdır. Karıştırma normalde tabancanın ucunda gerçekleşir ve saniyelerle birkaç dakika içinde tamamlanır. Ürünler bu kadar çabuk tepki gösterdiğinde, iki bileşenin tamamen karıştırılması için daha büyük bir hassasiyet derecesi bulunur. Şekil 7 de olduğu gibi diğer durumlarda, malzeme alttaki yüzeye yapışma geliştiremeyebilir. Diğer kaplama kusurları, yapı kullanıma sokulduktan sonra kaydedilebilir. Malzemeler normalde sert, kimyasala dirençli filmleri çok hızlı ürettiğinden, test yapılmadığı sürece yetersiz bir filmin ömrünün başında belirlenmesi zor olabilir.
Karıştırma Oranı Varyasyonları İçin Kaplamaların İncelenmesi
Solvent Duyarlılığı
Karışım oranı varyasyonu için bazı iki bileşenli malzemelerin incelenmesinin en hızlı ve en kolay yolu çözücü ovma testidir. Çözücü duyarlılığını değerlendirmek için en yaygın yöntem ASTM D5402, Solvent Kaplamaları Kullanılarak Organik Kaplamaların Çözücü Direncini Değerlendirme Üzerine Standart Uygulama’dır. Bu yöntem, bir bezin uygun bir solvent ile doyurulmasını ve kaplamanın yüzeyinin ovulmasını içerir. Çoğu ürün veri sayfasında bir kaplamanın beklenen solvent direnç değeri listelenmiştir. Nihai film çift ovuşmayı gerektiriyorsa, iki bileşen potansiyel olarak doğru şekilde karıştırılmamıştır. Bu yöntem kaplamanın tipine, uygulama koşullarına ve kürlenmesine bağlı olarak, genellikle uygulandıktan sonra 12 ila 48 saat içerisinde yapılabilir.
Analitik Yöntemler
Uygulandıktan sonra kaplama malzemelerinin karışım oranlarını belirlemek için kullanılabilen çeşitli analitik yöntemler vardır. Bu yöntemlerin çoğu, bileşenlerin sıvı kaplama numunelerini gerektirir. Bileşenler daha sonra uygun oranda karıştırılır ve aşırı katalizlenmiş ve az katalize edilmiş bir karışımı temsil eden oranlarda tekrar karıştırılır. Kurutulan filmler daha sonra, yanlış şekillendirilmiş kaplama materyali ve kontrol numunelerinden elde edilen verileri karşılaştırmak için kullanılabilen 3 noktalı bir veri eğrisi grafiği çizmek üzere analiz edilir. Bir karıştırma oranı doğrulamasına ulaşmak için laboratuvarda hazırlanan numuneleri kullanabilen çeşitli teknikler vardır. Kızılötesi spektroskopi, diferansiyel tarama kalorimetresi ve azot içeriği, aşağıda incelenecek tekniklerden üçüdür.
Kızılötesi Spektroskopi
Kızılötesi spektroskopi ile analiz edilen numuneler, pigment bileşenlerinin iki bileşenden birine özgü olması koşuluyla, reçineyi ve malzemenin pigment bölümlerini temsil eden tepelerin oranını belirlemek üzere yorumlanabilen kızıl ötesi spektrumları üretir. İlaveten, reaksiyon bileşenleri ve reaksiyon ürünleri, iki bileşenin iyileştirilmesini izlemek için kullanılabilir.
Diferansiyel Tarama Kalorimetrisi
Diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC) ile analiz edilen numuneler, malzemenin cam geçiş sıcaklığını tanımlamak için kullanılan veri eğrileri üretir. Cam geçiş sıcaklığı, sertleştirilmiş kaplamanın çapraz bağlanmasından etkilenir. Sertleşmiş bir kaplama ürünü belirli bir cam geçiş sıcaklığı sergilemektedir. İki bileşen doğru oranda karıştırılmazsa cam geçiş sıcaklığı değişecektir. Örneğin, az katalize edilmiş bir malzeme uygun oranda karıştırılan ürünün çapraz bağ yoğunluğunu elde edemez ve daha sonra cam geçiş sıcaklığı beklenenden daha düşük olur. Tersine, aynı materyal aşırı katalizlendiğinde, çapraz bağ yoğunluğu uygun şekilde karıştırılmış materyalden daha büyük olur ve daha yüksek bir cam geçiş sıcaklığına neden olur. Daha yüksek cam geçiş sıcaklığı materyali genellikle kırılmaya eğilimli daha kırılgan bir filmle ilişkilidir.
Azot İçeriği
Azot içeriği için analiz edilen numuneler, bileşenlerden sadece birinin azot içeren bir kaplama ürünü ile sınırlıdır. Örneğin, üretan kaplamaların reaksiyona girmemiş izosiyanatı nicelenebilir. Doğru numara ile karıştırılan ürün içindeki azot miktarını ve az miktarda izosiyanat içeren nitrojen içeriğindeki değişimi belirlemek için mevcut kontrol numuneleri (doğru oranda karıştırılarak aşırı katalize edilmiş ve az katalize edilmiş) kullanılmıştır. Azot içeriği tipik olarak az miktarda izosiyanat (karıştırma oranına bağlı olarak) arasında doğrusal bir ilişki sergilemektedir. Lineer ilişki, aynı tekniği kullanarak test edildiğinde, alan uygulanan kaplamanın karıştırma oranını geri hesaplamak için kullanılabilir.
Sonuç
İki bileşenli bir malzemenin üretici tarafından belirtilen orandan farklı bir oranda karıştırılmasının etkileri geniş bir arıza yelpazesine neden olabilir ve bu kusurların bazıları kaplama başarısızlığına neden olabilir. Kusurlar, karıştırılan malzemelerin türüne, doğru orandan sapmanın derecesine, karıştırma sırasında çevresel koşullara ve alt tabaka malzemesinin herhangi bir etkisine dayanır. Bileşenlerin oran dışı karıştırılması şüphesi varsa, sahadaki kaplamayı değerlendirmek için kullanılabilen tarama testlerinin yanı sıra, iki bileşenin oran dışı karışımının daha kesin kanıtlarını temin edebilen laboratuvar testleri de vardır.
- Şekil 7: Çoğul bileşenli malzemenin oran dışı karışımından dolayı renksiz bir kaplama, 20x büyütülmüştür.
- STM Coatech, SSPC PCI (Uluslararası Kaplama Enspektörlüğü) ve Corrodere (MPI Group England) Türkiye, Romanya, Ukrayna, Gürcistan, Rusya, Azerbaycan, Turkmenistan, Kazakistan, Irak, Katar, Kuveyt, Umman, Sudan ve Cezayir resmi lisansörüdür.Ayrıca Türkiye başta olmak üzere yukarıda bahsetmiş olduğumuz ülkelerin yetkili sınav merkezidir. Corrodere Enspeksiyon Kursları aşağıda sıralanmıştır.
1.Icorr Level 1
2.Icorr Level 2
3.Icorr Level 3
4.IMO PSPC
5.Corrodere Hot Galvanizing
6.Corrodere Insulation Inspector
7.Practical Workshop Icorr 1,2,3
8.Corrodere Marine & Offshore Inspector
9.Transition to Icorr
REFERANSLAR:
- KTA University, Çok Bileşenli Kaplamaların Yanlış Karıştırılması, Erişim Tarihi: 5 Mart 2018, https://ktauniversity.com/incorrect-multi-component-coatings/