Boya Teknolojisi

Transkript

Boya Teknolojisi

www.kimyamuhendisi.com
1.GİRİŞ.......................................................................................................................................................2
2. Boyaların Genel Özellikleri............................................................................................................4
2.1. Boya nedir ? ....................................................................................................................................5
2.2. Korozyon nedir? ..............................................................................................................................8
3. Boya ve Kaplama Sistemlerinin Sınıflandırılması...............................................................................9
3.1.Boya kaplama maddelerinin uygulama türlerine sınıflandırılması.................................................9
3.2. Film Oluşmasına Göre Sınıflandırma ........................................................................................11
3.3. ÇÖZÜCÜ İÇERİP İÇERMEDİĞİNE GÖRE; .................................................................................12
3.4. KULLANIM YERLERİNE GÖRE;..................................................................................................12
3.5. İÇERDİĞİ REÇİNE CİNSİNE GÖRE ;...........................................................................................12
3.6. Bağlayıcı tipine göre....................................................................................................................13
4. Tarihsel Gelişim ...........................................................................................................................13
5. Boyanın Bileşenleri .............................................................................................................................18
5.1. Bağlayıcılar....................................................................................................................................18
5.2. PİGMENTLER VE DOLGULAR ....................................................................................................19
Beyaz Pigmentler ..............................................................................................................................21
Renk Verici Pigmentler......................................................................................................................21
Korozyon Önleyici Pigmentler ..........................................................................................................21
5.3. DOLGU PİGMENTLERİ ................................................................................................................21
5.4. ÇÖZÜCÜLER ................................................................................................................................22
5.5. KATKI MADDELERİ .....................................................................................................................23
6. KURUMA MEKANİZMASI ..................................................................................................................24
6.1. Solvent Evaporasyonu ile Kuruma .............................................................................................24
6.2. Kimyasal Reaksiyon ile Kuruma................................................................................................24
6.2.1 .Oksidasyon Polimerizasyonu ......................................................................................................24
6.2.2.Polimerizasyon ........................................................................................................................25
7. Dispersiyon Tekniği..........................................................................................................................26
7.1. Dispersiyon sistemler..........................................................................................................27
7.1.1.Hakiki Çözeltiler ......................................................................................................................27
7.1.2.Süspansiyonlar-Emülsiyonlar................................................................................................27
7.1.3. Kolloidler ................................................................................................................................28
7.2. YÜZEY GERİLİM – ISLATMA.......................................................................................................31
7.3. Dispersiyonun Viskozitesi...............................................................................................34
7.4.Pigment Dispersiyonu..................................................................................................................37
7.4.1. Karıştırıcılar (mikserler)........................................................................................................38
7.4.2. Disolverler..............................................................................................................................38
7.4.2.1.Disolver dipers formülasyonu ......................................................................... 39
7.4.2.2. Çift milli disolverler: ......................................................................................... 41
7.4.2.3. Kapalı sistemde çalışan disolverler............................................................... 42
7.4.3. Boncuk değirmenleri (Perl Mili) ...........................................................................................43
7.4.3.1. Boncuk değirmeninin çalışma prensibi ......................................................... 43
7.4.3.2. Konvensiyonel boncuk değirmenleri........................................................... 45
6.4.3.3. Kapalı boncuk değirmenleri ........................................................................ 46
7.4.3.4. Yatay - dikey kazanlı boncuk değirmenleri.................................................. 47
7.4.3.5. Farklı kazan kesitlerinin dispersiyona etkisi ................................................ 47
7.4.4. Küreli değirmen .....................................................................................................................49
7.4.4.1. Öğütme Kazanının Doldurulması .................................................................... 50
7.4.4.2. Ezilen boyanın viskozitesi............................................................................ 51
7.4.4.3. Dispersiyon süresi ......................................................................................... 51
7.4.5. Üçlü silindirler.......................................................................................................................52
7.5. Dispers Formülasyonu ( mill - base ), Konsantrasyon Üçgeni ................................................53
7.5.1. Optimum dispers formülasyonu - PVK / KPVK ..................................................................54
Optimum dispers formülasyonunun belirlenmesi.................................................... 55
7.5.2. Yağ sayısı (oil absorption) ve tayini ....................................................................................59
Guggenheim Faktörü .................................................................................................. 60
6.5.3. Bir pigmentin Daniel Akış Eğrisi ve tayini......................................................................61
8. DÜNYA VE TÜRKİYE’DE BOYA SANAYİ ..........................................................................................63
8.1. DÜNYADA BOYA ARZ TALEP DENGESİ VE BEKLENTİLERİ: ...................................................63
8.1.1. Üretim: ....................................................................................................................................63
8.1.2. Tüketim:..................................................................................................................................63
8.1.3. 2005'li yıllarda beklenen gelişmeler: ....................................................................................63
8.2.TÜRKİYE'DE BOYA SANAYİİNİN EKONOMİK ANALİZİ.................................................................64
8.2.1. 1970'li yılların sonunda Türk Boya Sanayiine genel bakış:..................................................64
8.2.4. Gümrük Birliğinin boya sanayiine etkileri:...........................................................................70
8.3. SONUÇ..........................................................................................................................................71
9.1.KISA DÖNEM GELİŞMELER..........................................................................................................72
9.2.UZUN DÖNEM GELİŞMELER........................................................................................................76
9.3.SONUÇ ...........................................................................................................................................77
10.SONUÇ................................................................................................................................................79
11. Kaynakça...........................................................................................................................................81
1.GİRİŞ
Türkiye'de sanayileşme hareketleri 1930'larda temel ihtiyaç maddeleri ve madencilik
alanlarındaki yatırımlarla başlamış, 1950-60 yıllan arasında altyapı yatırımlarıyla birlikte sanayi
yatırımlarında yaygınlaşma, ekipmanda modernizasyon ile devam etmiştir. 1960-80 yılları
arasındaki planlı dönemde ithal ikameci politikalarla şekillenen Türkiye sanayii bugün
uluslararası entegrasyon sürecinin belirleyici olduğu bir dönemi yaşamaktadır.
Ülkemiz kimya sanayiinin bir alt dalı olarak boya sektörünün endüstriyel nitelik kazanmaya
başlaması da 1950'li yılların ortalarına rastlamaktadır. Bir yanda hızlı nüfus artışı ve kentleşme,
inşaat sektöründeki gelişme ve giderek endüstride boyanın koruyucu özelliğinin farkına varılması
diğer yandan ithal ikameci politikalar ve sağlanan teşvikler ülkemiz boya sektörü hızlı bir gelişme
trendi içine girmiştir.
Bugün sektörde teknolojik gelişmeleri izleyebilen, büyük kapasiteli firmaların yanında basit
tekniklerle üretim yapan, kalite, finansman, teknoloji sorunu olan çok sayıda küçük ölçekli firma
da bulunmaktadır.
Sektörde ana maddeler, özellikle pigmentler açısından dışa bağımlılık söz konusudur. Hammadde
ihtiyacının değer olarak %50'ye yakın bir bölümü ithalat ile karşılanmaktadır.
Çevre ile ilgili olarak giderek artan regülasyonlar nedeniyle tek sektörde teknolojik gelişme
boyadaki solvent içeriğinin azaltılmasına, su bazlı boyaların, toz boyaların, katı madde içeriği
yüksek boyaların üretimine doğru yönelmektedir.
Dünyadaki entegrasyon süreci ülke sanayilerini uluslararası rekabete açmak tadır. Bu nedenle
maliyetler, ürün kalitesi, standartlar, regülasyonlar uluslararası düzeyde ele alınmak durumundadır.
Dünya boya pazarına hakim olan büyük firmalar araştırma geliştirmeye büyük kaynaklar
ayırmaktadır. Gümrük duvarlarının kaldırılmasının hammadde maliyetleri açısından olumlu
sonuçları olacağı düşünülmekle birlikte henüz doymamış bir pazar görünümündeki Türkiye'ye
nihai ürün olarak boya ithalatının artması söz konusu olabilecektir. Bu durum ülkemizdeki boya
üreticilerinin teknolojik yenilenme, ürün geliştirme, verimlilik, kalite sistemleri, çevre ile ilgili
regülasyonlar, çevre yönetim sistemleri gibi konularda rekabet yeteneklerini arttırmaları gerektiğini
göstermektedir.
Ancak teknolojik yenilenme konusunun yorumlanması üzerinde durmakta yarar vardır.
Teknolojik yenilenmeyi doğrudan yabancı sermaye yatırımı, anahtar teslimi tesis ithali ya da
yabancı firmalarla ortaklık kurmak olarak yorumlamak yerine, ulusal bir yenilenme sisteminin
oluşturulması hedeflenmelidir Bu hedefe ulaşılması sürecinde, ulusal bir eğitim-öğretim sistemi,
ulusal bir araştırma-geliştirme ağı, üniversite-sanayi işbirliği, insan gücüne ayrılan kaynaklar gibi
konular öne çıkmaktadır. Tüm sanayi dalları için geçerli olan bu kurum ve faktörler boya
sektörünün de gündeminde olmalıdır.
2. Boyaların Genel Özellikleri
Boya günlük hayatta içice olduğumuz, bir yandan hepimizin çok iyi tanıdığı, diğer
yandan da işlevini çoğumuzun az bildiği , son derece önemli koruyucu bir malzemedir.
Genel olarak boya “bir yüzey üzerine uygulandığında dekoratif ve koruyucu bir tabaka
(film) oluşturan malzeme” olarak tanımlanmaktadır. Tanımdanda anlaşılacağı gibi ,
boya kullanmanın amaçları, yüzeylerin dekore edilmesi ve korunmasıdır.
Boyalar çok değişik türler ve özelliklere sahiptirler. Özelliklerine ve amaca göre çok
farklı uygulama alanları vardır. Renk verici olmanın yanı sıra, örtücü ve buna bağlı
olarak da koruyucu özelliklere sahiptirler.
Koruyuculuk boyanın dıştan gelen nem, su ,atmosfer kirliliği, agresif kimyasallar ve
diğer tahribat unsurlarına dayanımı anlamını taşımaktadır.Ancak bu özellikteki
boyalar, tatbik edilmiş oldukları yüzey ve malzemeyi de
bu türdeki etkilerden
koruyabilirler. Boyaların koruyuculuğu büyük ölçüde kendi karışım kompozisyonuna,
özelliklerine olduğu kadar da, özellikle kalınlığına da bağlıdır. Ayrıca zararlı
etkenlerin şiddeti , tekrarlanma sıklığı gibi hususlar da doğal olarak büyük önem
taşımaktadır.Özel amaçlarla, belirli ortam koşullarında kullanılacak boyaların, karışım
kompozisyonunda öngörülen dayanımını iyileştirici değişikliklerde yapılmaktadır.
Dekoratif olma niteliği çağlar boyu bir boyadan beklenen temel niteliktir. Ancak doğal
olarak dekoratif kavramı talebe göre değişecektir. Arzulanan renklerin ve tonların
varlığı, uygun karışımların elde edilebilmesi isteğe göre parlak , yarı mat, mat dokulu
ve yüzeye sahip olma bu konuda akla gelen hususlardır.
Boyaların kullanım süresi içinde kullanıcı sağlığını olumsuz yönde etkileyici
olmamasıda gerekli bir diğer önemli husustur. Zararlı gazlar çıkartmaması, pul pul
dökülmememsi, tozmaması, küf ve mantar oluşmamasına izin vermemesi, kirletici
maddelerin etkisi veya temizleyici maddelerle çözülmemesi gerekmektedir.
Standartlara uygun olması, boyadan beklenen ve kullanıcıyı koruyan, ona güven veren
bir diğer önemli husustur. Bunların yanı sıra , özel koşullarda kullanılacak olan
boyalardan, öngörülen koşullara karşı özel dirençlerde beklenebilir. Bu konuda örnek
olarak , yüksek oranda nem etkisi veya doğrudan kimyasal maddelerin etkilerine
dayanım, yüzeyde alev yayılmasını veya mantar ve küflerin oluşmasını önleme gibi
hususlar aktarılabilir.
Burada boyar maddeleri içeren tekstil boyalarını değil, inşaat, sanayi, otomotiv, plastik ve
benzeri alanlarda kullanılan, örtücü ve koruyucu nitelikli, pigment içerikli boyaları
inceleyeceğiz.
Pigmentler herhangi bir çözücüde çözünmez, boya içinde kolloidal halde dağılmış olarak
bulunur.
2.1. Boya nedir ?
Prensip olarak beton ile boya veya kaplama (coating) sistemleri arasında bir paralellik
kurulabilir.
Esas itibariyle beton ve boya aşağıdaki komponentlerden oluşur:
Beton:
Boya:
Çimento
Bağlayıcı (reçine olarak da adlandırılır)
Çakıl -kum
Pigment - Dolgu
Su
Solvent (su bazlı sistemlerde su)
Beton Katkıları
Aditifler
Betondaki
çimentonun
işlevini,
boya
veya
kaplama
malzemesinde bağlayıcı görür.
Betonda çimento, boyada reçine bağlayıcılık fonksiyonunu üstlenir. Aradaki fark, reçine
uygulandığı yüzeyde bir film oluşturur ve aynı zamanda sistemin içerdiği pigmenti, dolguyu
biribirine bağlarken, çimento film oluşturmaz, yalnızca kum ve çakılı bağlar.
Bağlayıcı ayrıca boyanın tatbik edildiği satha yapışmasını sağlar, boya filminin
sertliğini/yumuşaklığını, parlaklığını tayin eder.
Pigmentler, renk verici maddelerdir, tekstil boyar maddeleri gibi boya içinde çözünmüş halde
olmayıp, bağlayıcı veya bağlayıcı çözeltisinin içinde kolloidal halde dağılmış olarak bulunur.
Bir başka deyimle boya, pigment ve dolguların bir bağlayıcı içinde asılı halde bulunduğu, bir
dispersiyon sistemidir.
Pigment, boyaya renk verdiği gibi, onun örtücülük kazanmasını da sağlar.
Talk, kalsit, barit gibi mineraller öğütülür ve boyada dolgu olarak kullanılır. Dolgular da
pigmentler gibi çözünmez ve bağlayıcı çözeltisi içinde kolloidal halde bağlayıcı tarafından
sarılmış olarak bulunur. Bunların örtücülükleri pigmentlere oranla çok daha az ve fiyatları da
çok daha düşüktür. Bundan dolayı dolgular, bir boya sisteminde gereksiz pigment kullanımını
önler ve boyanın reolojik özellikleri, örtücülük gibi karakterlerine etki ederken, diğer taraftan
fiyat düşürücü bir rol oynar.
Solventler (çözücü), oda sıcaklığında katı halde bulunan bağlayıcıları çözerek, bir bağlayıcı
çözeltisi oluşturur. Bu bağlayıcı çözeltisi içinde pigment ve dolgular ezilerek, kolloidal bir
sistem haline geçirilir ve böylece boya imal edilir. Solventten istenen, mümkün derecede
yüksek konsantrasyonda bağlayıcıyı çözerken, diğer yandan da oluşan bu bağlayıcı
çözeltisinin düşük viskoziteli olmasını sağlamaktır. Alkol, aseton, ksilen gibi çözücüler
solventi oluşturur. Su bazlı sistemlerde ise, su solventin işlevini görür. Ancak burada su,
solvent gibi bağlayıcıyı çözmez, bağlayıcı su içinde emülsiyon halinde dağılmış olarak
bulunur.
İmal edilen boya, bir yüzeye sürüldükten sonra solvent uçar ve bunu takiben o yüzeyde,
pigment ve dolguyu tamamen sarmış olan bağlayıcının meydana getirdiği homojen bir film
meydana gelir.
Bu film boyanın uygulandığı yüzeye yapışır, bu yüzeyin hava ile, dolayısıyla oksijenle
temasını keser ve korozyona engel olur.
Başka bir deyimle, solvent sıvı fazı oluşturur ve dolayısıyla, boyanın sürüldüğü yüzeye
taşınmasını sağlar, sonra da boyanın kuruması dediğimiz süre içinde uçar ve geride boya
filmini bırakır. Böylece solvent işlevini tamamlar.
Bu filmin oluşmasına örnek olarak ojeyi gösterebiliriz. Oje sellülozik bir boya olup,
sürüldükten çok kısa bir süre sonra, çözücüsü (solventi) uçar, film, dolayısıyla boya tabakası
oluşur.
Aditifler boyaya; bağlayıcı, pigment ve solventle birlikte, ama çok daha az miktarlarda ilave
edilip, boyanın imali esnasında, depolanmasında, uygulanmasında ve boya film karakterinin
iyileştirilmesinde çok önemli sorumluluklar taşıyan vazgeçilmez komponentlerdir.
Bir başka deyimle aditifler, boyanın örneğin vizkozitesinin artırılması, pigmentin ıslatılması,
pigment yüzmesi gibi karakterlerinin iyileştirilmesi için kullanılan yardımcı komponentlerdir.
Aditifler boya bileşimine az miktarda girer, ama boyaya değer katkıları çok büyüktür.
Çözücü içeren bir boya sisteminde, Bağlayıcı-Pigment-Solvent üçlüsü bir boyanın karakterini
tayin eder ve bunlar bir üçgen oluşturur. Konsantrasyon üçgeni adını verdiğimiz bu üçgen
üzerindeki her noktanın
belli
bir
konsantrasyonu
vardır
ve
bu
noktaların
konsantrasyonları toplamı her zaman 100 ‘dür.
Şekil 1 de görüldüğü gibi A noktasının, C noktasının ve diğer bütün noktaların, bu
üçgen içinde
bulundukları yerdeki pigment + bağlayıcı + solvent konsantrasyonları
toplamı hep 100’ü bulmaktadır.
Konsantrasyon
üçgeni
yardımıyla
yeni / eski boya
formülasyonlarını (reçete), o boyanın akışkanlık karakterine bağlı olarak ve imalatta
kullanılacak cihaz ve / veya makinenin çalışma aralığına uygun bir
geliştirir,inceler ve tüm formülasyonların koordinatlarını
Hatta
tayin
ettiğimiz viskozite, parlaklık,
bu
üçgen
üzerinde
belirleriz.
renk şiddeti gibi değerleri, ait olduğu
noktaların üzerine işaretleriz.
Şekil l
örneğin; A noktası
35 % Bağlayıcı , 30 % Pigment , 35 % Solvent
C noktası
15 % Bağlayıcı , 50 % Pigment , 35 % Solvent
içerir. Görüldüğü gibi toplam hep 100 ‘dür.
şekilde
Alman Standardı DIN 55945'e göre boya , akıcılıktan macun kıvamına kadar bir viskozite
gösterip, bir yüzeye sürme, püskürtme, daldırma vs. şeklinde taşınan, fiziksel ve/veya kimyasal
olarak kuruyup, yüzeyde bir boya filmi oluşturan madde veya madde karışımlarıdır. Meydana
gelen boya tabakası kuruduktan sonra yüzeye yapışır, hatta az veya çok içine nüfuz eder.
Pigment, bir çözücüde veya bir bağlayıcıda pratik olarak çözünmeyen ancak, boyanın
temel taşlarından biri olup, film vermeyen, ama filmin içinde yer alan, organik veya
anorganik, renkli veya renksiz maddelerdir (DIN 55945). Dolgu maddelerini katı, toz
halinde
ve çözünmez olmaları gibi şartları yerine getirmeleri koşuluyla, pigment olarak
görebiliriz. Kısaca bir boyanın çözünmeyen kısmını pigment olarak adlandırabiliriz.
Bağlayıcı, DIN 55945'e göre bir boyanın uçucu olmayan kısımlarından olup, film teşkil eder ve
pigment parçacıklarını gerek kendi aralarında, gerekse alttaki tabakayla bağlar. Yumuşatıcılar,
kurutucular ve diğer uçucu olmayan yardımcı maddeler bağlayıcı olarak gözönüne alınır.
Pigment içermeyen bir boyanın uçucu olmayan kısmının tümü bağlayıcıdır.
Solvent sıvı halde olup, bir boyanın uçucu kısmını teşkil eder. Kaynama noktası 760 Torr’da
250°C‘ta kadar çıkabilir, kimyasal yapısını, organik veya anorganik bileşik veya bileşikler
oluşturur. Solventin boyadaki esas işlevi, herhangi bir kimyasal değişime uğratmaksızın,
çözmektir (DIN 55945).
Günümüzde boya ve kaplama malzemeleri hala bir güzellik unsuru olarak görülmektedir. Oysa
boyanın 1. işlevi koruyuculuk, 2. işlevi ise estetiktir. Hızla gelişen endüstri ve teknoloji,
korozyonu çok önemli boyutlara getirmiştir. Korozyonun ne olduğu bilinmediği ve dolayısıyla
ona gereken önem ve dikkat verilmediği için, her yıl tasavvur edilemiyecek değerde malzeme
tahrip olmakta, yok olmaktadır. Maalesef boyanın yukarıda belirtilen işlevi iyi
anlaşılamadığı için, bilgisiz ve bilinçsiz değerlendirmeler, seçimler, uygulamalar söz konusu
tahribatı davet etmektedir.
2.2. Korozyon nedir?
Yüzeyi korunmamış asil olmayan metaller açıkta kaldıkları zaman; hava, su, ışık, karbondioksit
kükürt dioksit vs. etkisinde, yavaş veya hızlı bir şekilde oksitlerine dönüşür, örneğin demirin korozyon
şekli pas teşkilidir (demiroksit).
Özetle korozyon, günlük yaşantımızda hep rastladığımız paslanma veya çürümenin teknik
dildeki ifadesidir. Ortamda su varsa ve hele bu su tuzlu su ise, korozyon kaçınılmazdır.
Tabiatıyla kimyasal maddelerle temas halinde olan yüzeylerde korozyon, çok ileri
boyuttadır ve süratle önlem alınmasını gerektirir.
Diğer taraftan elektrokimyasal pil oluşması da korozyona neden olan bir başka etkendir.
DIN 50900'e göre korozyon; maddelerin ve çevrelerinin kimyasal veya elektrokimyasal
reaksiyonla bozunmasıdır.
Teknik dildeki bir korozyon tarifi ise, yüzeyden başlayarak kimyasal ve elektrokimyasal tahribatlarla
ortaya çıkan zararlı madde değişimleridir .
Yalnız metaller korozyona uğramaz. Korozyondan metaller (asil olmayanlar), ahşap, taş, beton, plastik
hepsi etkilenir.
Örneğin beton korozyonu vardır, beton ufalanır göçer. Korozif etkiler ahşabın da yapısını
değiştirir. Buna ilave olarak Mikroorganizmaların büyük gayretiyle ahşap çürür.
Korozyona karşı sayısız koruma önlemlerine başvurulur. Ama sınırsız bir sürede etkili olacak
antikorozif bir sistem mevcut değildir.
Korozyon; ancak iyi seçilmiş boya, kaplama, katodik koruma gibi sistemlerle ama hepsinden
önemlisi bilinçli bir uygulama ile büyük ölçüde önlenebilir.
3. Boya ve Kaplama Sistemlerinin Sınıflandırılması
Tüm kriterlerin en iyi şekilde gösterildiği tek bir sınıflandırmanın yapılması mümkün
değildir.Buna karşılık ortak kriterler içeren birkaç sınıflandırmanın yapılması söz konusudur.
3.1.Boya kaplama maddelerinin uygulama türlerine sınıflandırılması
Tablo 1
Uygulama
Metodu
Boya veya Kaplama
Maddesinin Karakteri
Film Teşekkülü
Boya Sistemi
fırça
püskürtme
döküm
merdane
spatula ile
rakel ile
1 komponentli (1k) boya
ince viskoziteden kalın
viskoziteye kadar
uçucuların
uzaklaşması ve/veya
oksidasyon veya
sıcakta kimyasal
reaksiyonla
her tür boya
kaplama maddesi
elektro
daldırma
ince viskoziteli
elektro kimyasal
ayrışma, sıcakta
çapraz bağlanma
elektroforez
boyalar
fırça
püskürtme
döküm
spatula rakel
2 kom
visko
pasta
püskürtme
toz
daldırma
trommel
çekme
oda s
visko
3.2. Film Oluşmasına Göre Sınıflandırma
Tablo 1
Film Oluşumu Yalnız
Fiziksel Prosesle
a) çözeltiden solventin uçmasıyla makromoleküllerden film
teşekkülü
(akrilik, nitrosellüloz)
Film Oluşumu
Fiziksel ve Kimyasal
Prosesle
d) çözücünün uçmasıyla film
oluşmasından ayrı
olarak, sistemin
içindeki veya
hariçden gelen
reaksiyon partnerinin
(O2) iştirakiyle
meydana getirdiği
oksidatif kuruma
(alkid boyalar)
e) çözücünün
uçmasıyla kimyasal
reak-siyon, artan
sıcaklık veya başka
etken örn. ışınlamayla
(fırın tipi alkid/
melamin kombinasyonları)
c) erimiş malzemenin soğutulmasıyla (toz boyalar)
b) dispersiyondaki
makromoleküllerin
birleşmesiyle
(polivinilasetat
dispersiyon boyaları)
Film Oluşumu
Yalnız Kimyasal
Prosesle
f) çözücü uçması
söz konusu değil,
kimyasal proses
sonucu film oluşuyor
(epoksi, poliüretan).
g) çözücü uçması söz
konusu değil, mevcut
partnerler arasındaki
kimyasal proses, artan
sıcaklık veya
ışınlamayla meydana
geliyor (bloke
poliüretan).
Bunlardan ayrı olarak şu sınıflandırmaları da yapabiliriz.
3.3. ÇÖZÜCÜ İÇERİP İÇERMEDİĞİNE GÖRE;
5.3.1.
Solventsiz Sistemler
5.3.2.
Solventli Sistemler
5.3.2.1.
Solvent Bazlı Boyalar
5.3.2.2.
Su Bazlı Boyalar
3.4. KULLANIM YERLERİNE GÖRE;
•
İnşaat Boyaları
•
Sanayi ve Korozyon Boyaları
•
Mobilya Boyaları
•
Oto Boyaları
•
Deniz Boyaları
•
Kutu Boyaları (Ambalaj Boyaları)
•
Plastik Boyalar
•
Aerosol Boyalar (Sprey Boyalar) v.s.
3.5. İÇERDİĞİ REÇİNE CİNSİNE GÖRE ;
•
Sellülozik Boyalar
•
Alkid (veya sentetik ) Boyalar
•
Akrilik Boyalar
•
Epoksi Boyalar v.s.
Boya tüketiminde başta gelen sektörler inşaat ve imalat sanayi sektörleridir. Bu sektörlere
göre şu şekilde sınıflandırılırlar:
a) İnşaat Boyaları
¾
Plastik boyalar
¾
Yağlı boyalar
¾
Akrilik boyalar
¾
Sentetik boyalar
b) Sanayi Boyaları
¾
Sentetik boyalar
¾
Selülozik boyalar
¾
Fırın boyalar
3.6. Bağlayıcı tipine göre
¾
Yağlı boyalar
¾
Sentetik boyalar
¾
Selülozik boyalar
¾
Emülsiyon boyalar
4. Tarihsel Gelişim
Yüzlerce yıldan bu yana boya kullanılmaktadır. İlk çağlarda metal oksitleri
pigment olarak, yağ, bal, kan, vaks, süt ve bazı bitki suları da (örneğin Japon boya ağacı
sütü, rhusvernerlca) bağlayıcı olarak kullanılmıştır.
Boya sanatı Çin'de keşfedilmiş ve zaman içinde Doğu Asya da doruğuna varmıştır.
Tabiatıyla geçmişte de mobilya, ahşap
metal, kil, deriden yapılmış her türlü eşya,
boyanıyordu. Bunlardan ele geçen en eski parçalar, milattan önce 200. yıla aittir.
Portekizliler 1515 de Çin' e geldikleri zaman, boya sanatı, Çin'de ve Japonya'da 2000 yılı geride
bırakmış bir gelişmişlik düzeyindeydi. Misyonerler 16. yüzyılda Çin sanatını Batıya aktardılar.
İngilizler büyük miktarda boyanmış parçaları Avrupa' ya getirdiler. Bunlar Batıda büyük yankı
uyandırdı. Talep öylesine arttı ki, bu kez Avrupa'da boyanın geliştirilmesi üzerine ciddi
çalışmalar başladı. Ham madde eksikliği, araştırmaları yoğunlaştırdı ve sonunda kuruyan
yağlarla mükemmel sonuçlar alınmaya başlandı.
Kısaca çok gerilere bir göz atalım;
Tablo 2 :
Bağlayıcıların tarihsel gelişimi
Bağlayıcı
Milattan önce
1000-700
Milattan önce
700-600
Çıra yağı
Milattan önce
600-0
Kireç / Fresko / Vaks
Milattan Önce
Yumurta akı ve sarısı
Yumurta akı, yumurta sarısı, bal, kan,
1000’den sonra
Kıraç, keten yağı, kenevir yağı, katran, arap
zamkı, balsam
Yakın tarihe yaklaştığımız zaman aşağıdaki tabloyu görüyoruz.
Tablo 3
Yakın tarih diliminde suni reçine ve plastiklerin gelişimi:
1835 Asetaldehit reçineler
J. Von Liebig
1845 Nitrosellülozlar
Schönbein
1865 Sellülozasetat
Schützenberger
1872 Fenol ve formaldehid kondenzasyonu
A.Von Bayer
1877 Polimetakril asidi
Sitting ve Paul
1884 Kolofonyumun esterleştirilmesi
Eugen Schaal
1884 Üre ve formaldehid reaksiyonu
Hölzer
1901 Akril bileşiklerinin polimerizasyonu
O. Röhm
1904 Kasein-formaldehid reçineleri
W. Krische
1905 Sellülozeter
Suida
1906 Sentetik kauçuk
F. Hoffman
1907 Fenoplastlar
Bakeland
1908 Asetilsellüloz
W. Eichengrün
1912 Vinilklorür polimerizasyonu
F. Klatte
1912 Vinilester polimerizasyonu
F. Klatte
1915 Metilkauçuk
Bayer ,Leverkusen
1918 Üre-Formaldehid reçineleri
H. John, Prag
1924 Makromoleküler plastiklerin imali
H. Staudinger
1926 Polivinilalkol
O. Hermann ve Hachnel
1926 Tioplastlar
Baer ve Patrick
1926/34 Butadien-Kauçuk
I. G. Farben
1926
Glyptal
Kienle, G. Electric
1927
Dienlerin emülsiyon polimerizasyonları
I. G. Farben
1929 Stren –Polimerizasyonu
Staudinger
1930 Polivinileter
W. Reppe, I.G. Farben
1930 Polisiloksanlar
Rochow
1931 Vinil Bileşiklerinin Emülsiyon Polimerizasyonu
I.G. Farben
1931
Polietilenoksit
I.G. Farben
1932
Poliester (nylon)
Carothers
1934 Trifluorkloretilen polimerizasyonu
Schloffer/Scherer
1934
Poliesterlerin çapraz bağlanmaları
Staudinger ve Heuer
1935
Poliamidler
Carothers
1935
H. D. Polietilen
I. C. I.
1935
Melamin reçine
CIBA
1935
Poliizobutilen (Oppanol)
Otto, I.G. Farben
1937
Poliizosiyanatlar
O. Bayer
1938
Epoksi reçine
P. Castan
1939 Polikaprolaktam (perlon)
P. Schlack, I.G. Farben
1939 Polivinileter
I.G. Farben
1939
I.G. Farben
Redoks polimerizasyonu
1939/40 Polivinilidenklorür
BASF
1940
Polivinilkarbazol
W. Reppe
1941
Poliakrilnitril elyaf
H. Rhein, I.G. Farben
1942
Polivinilprolidon
W. Reppe, I.G. Farben
1948
Epoksi reçineleri
Shell ve CIBA
1953
Polikarbonatlar
H.J. Schnell, Farben-Fabriken
1953
ND - Polietilen
K. Ziegler
1954/56 Polipropilen
Natta
Tablo 2 genel anlamda suni reçinelerin gelişimini incelerken, aşağıdaki tablo ise, boya
bağlayıcılarının gelişimini göstermektedir.
Tablo 4:
Boya imalatına tarihine göre reçineler ve boyalar
Reçine esteri
1884
Fenolik reçineler
1909
Modifiye fenolik reçineler
1917
Sellülozik boyalar
1920
Klor kauçuk boyalar
1930
Alkid Boyalar (Sentetik)
1931
Üre formaldehid boyalar
1933
Akrilik boyalar
1935
Poliüretanlar
1937
Melamin reçineler
1938
Polivinil reçineler
1939
İzomerleştirme
1947
Strenleştirme
1947
Maleinat oil
1947
Uretan oil
1947
Epoksi reçineler
1950
Günümüzde boya teknolojisinin, birçok yan birimden oluşan bir kompleks haline geldiğini
saptıyoruz.
1) Hammaddeler
-bağlayıcı
-katı komponentler
-uçucu komponentler
-aditifler
-renk tonu ve efekt komponentleri
2) Boyanın bileşimi ve tasarımı
3) Özellikleri
-mukavemeti (kimyasal, fiziksel, teknik,biyolojik
-işlenebilirliği
-ekonomikliği
4) İmalatı
-metodlar
-makine ve aparatlar
-tesisler
5) Uygulama
-metodlar
-makine ve aparatlar
-tesisler
6) Uygulama alanları
–boyanın fonksiyonlarına yönelik
-uygulanacak yüzeyin mukavemeti ve karakterine yönelik
7) Araştırma
-kimyasal
-fiziksel
-teknik
-klimatik
8) Organizasyon
-boya alanındaki dernek ve kuruluşlar
-boya ana maddeleri, uygulaması, araştırma, teknik
-fuarlar, seminerler
-norm sistemleri, örneğin DIN, RAL,ASTM
-spesifikasyonlar
9) Ekonomi
-ekonomik boya pozisyonları
-ticari alanlar
10) Emniyet
-yanabilirlik
-elektrostatik
-fizyolojik
11) Literatür
-patentler
-kitaplar
-makaleler
-firma yayınları
Burada hammaddeleri ve diğer birimleri belli bir akış içinde inceleyeceğiz.
Hammaddelerin içinde de en önemlilerinden biri olan bağlayıcılara göz atınca , bir boya
sisteminin karakterini temelde bağlayıcıların tayin ettiğini görüyoruz. Bağlayıcı, bir boyanın
herhalde en önemli yapı taşıdır.
5. Boyanın Bileşenleri
Boyayı oluşturan bileşenler daha öncede bahsettiğimiz gibi ,bağlayıcılar ve film yapıcılar,
pigmentler, dolgular, çözücüler(solventler), incelticiler (tinerler), yumuşatıcılar(plastifiyanlar)
ve kurutucular olarak sınıflandırılabilir.
5.1. Bağlayıcılar
Film yapıcılar (bağlayıcılar) boyanın ana maddelerinden olup, pigment ve dolgu maddelerinide
bağlayarak; boya tabakasını oluşturan maddeleri ve boyanın karakterinin ve niteliğini belirler.
Boyaların hemen hemen tüm karakteristikleri, örneğin kuruma şekli ve süresi, diğer katmanlarla
uyuşup uyuşamayacağı, dayanımı, uygulama biçimi, parlaklaığı uygulandığı yüzeydeki
davranışları gibi hususlar bunların başlıcalarıdır. Film yapıcılar genelde sentetik veya doğal
reçinelerin çözeltileri, dispersiyonları veya polimerleridir. Bunların dışında da bağlayıcılar
kullanılmaktadır ancak özellikleri yönünden oldukça farklıdır. Bağlayıcıları, kuruyan yağlar,
emülsiyonlar, kimyasal kürle katılaşanlar, solüsyonlar, inorganik orjinli maddeler ve bitümlü
maddeler olarak gruplayabiliriz. Bu maddeler özelliklerine göre çözücülerin uçması veya
buharlaşması, oksidasyon veya polimerizasyon gibi yöntemlerle sıvı halden katı hale dönüşerek,
uygulandıkları yüzey üzerinde, varsa renk verici pigmentleri ve dolgu maddelerini de ihtiva
eden ince bir tabaka oluştururlar. Film yapıcılar geçmişten günümüze dek boya yapımında
kullanılan temel maddelerdendir. Kuruyan bir yağın okside olması ve polimerleşmesi esasına
dayanırlar. Bunlar genellikle bitkisel orjinli yağlar olup, örnek olarak bezir yağı, tung ağacı yağı
veya hayvansal balık yağı verilebilir. Ancak en yaygın olarak kullanılan bezir yağıdır. Sentetik
emülsiyon esaslı sulu dispersiyonlarıdır. Kuruyan yağlar ihtiva etmeyen bu tür malzemeye
örnek olarak PVA veya akrilik dispersiyonları gösterilebilir. Bu maddelerle üretilen boyalar
piyasada plastik boya olarak da adlandırılmaktadır. Katılaşma bünyedeki suyun buharlaşmasıyla
olur. Müsait ortam koşullarında bu
tür malzeme ile üretilen boyalar dokunma kuruluğu
sayesinde veya bir üst kat uygulamaya imkan verecek kuruluğa bir iki saat içinde ulaşabilirler.
Atmosferde veya ortamda su buharının çok oluşu buharlaşmayı nispeten azaltacağından,
katılaşmayı geciktirebileceği gibi, çok düşük sıcaklıklarda da tahmin edici sonuçların alınmasını
güçleştirir.
Sentetik emülsiyon esaslı maddelerle üretilen boyalar, genelde duvar , tavan gibi yapı
elemanlarında kullanılır. Kimyasal kürle katılaşan bağlayıcılar iki bileşenli malzemelerdir. Ana
elemanlarında kullanılır. Kimyasal kürle katılaşan bağlayıcılar iki bileşenli malzemelerdir. Ana
malzeme reçine, kullanım öncesinde kimyasal reaksiyonu oluşturacak madde, setleştirici veya
hızlandırıcı ile karıştırılır ve sıvı halde uygulanan film başlatılmış, aktive edilmiş reaksiyon
sonucu katı hale geçer. Bu tür malzemelere örnek olarak kullanılan epoksi veya poliüretan
reçineleri verilebilir. Bunlar pigmentsiz veya pigment katılarak kullanılmaktadır.
Bu tür malzeme ile üretilen boyalar yüzeysel mekanik etkilere çok iyi dayanım göstermelerine
rağmen uygulama öncesinde yüzeyin hazırlanmasında büyük titizlik gerektirirler.Malzemelerin
katılaşma aşamasında sıcaklıkta etkili olmakta , sıcaklık düştükçe reaksiyon yavaşlamakta,
giderek durma noktasına yaklaşmaktadır.
Epoksi ve poliüretan reçineleri diğer reçinelerle , özellikle alkid reçinesi ile birlikte, diğer
boyalar gibi tek bileşenli olarak da üretilmektedir. Ancak bunların yukarıda sözü edilen
kimyasal kürle katılaşan çift bileşenliler gibi katılaşmalarının yanı sıra, kimyasal ve mekanik
dayanım açısından da daha zayıftır.
5.2. PİGMENTLER VE DOLGULAR
Pigmentler , renk verici ve opaklık özelliği kazandıran maddeler olup, tekstil boyar maddeleri
gibi boya içinde çözünmüş halde bulunmazlar, buna karşılık bağlayıcı veya bağlayıcı
çözeltisinin içinde kollaidal halde dağılmış şekilde bulunurlar. Bu özelliklerinin yanı sıra,
kullanılan pigment türüne ve kullanım amacına göre, kuru film kalınlığının artması, boyayı
bir anlamda fiziksel olarak donatma, zararlı mor ötesi ışını absorbe etme veya yansıtma,
metal yüzeylerde korozyonu önleme ve boyanın dayanımını arttırma gibi sonuçlar da elde
edilebilir.
Pigmentlerin boyaya renk vermesi, güneş ışığının görülen opak cisim olarak iyi örtmeleri ,
ışık ve kimyasal etkilere dayanıklı olmaları renk ve tonlarını kararlı tutmaları, ararlı ve
zehirsiz olma gibi özellikler aranır. Bunun yanı sıra film yapıcı malzeme ile ,iyi ve kolay
karışma imkanına sahip olması da önemlidir. Pigmentlerin etkinliği incelik derecesi ile
orantılı olarak artar.
Boyanın %30 kadarını oluşturan pigmentleri, anorganik ve organik olarak ikiye ayırabiliriz.
Anorganik pigmentleri de renklerine göre sınıflandırırsak;
•
Beyaz pigment olarak en önemlisi titandioksittir. Kullanılan hakiki pigmentlerin % 80
kadarını oluşturur. Titandioksit, yüksek kapatıcılığı , kolay disperse olması , beyaz ve
pastel renklere olan büyük talep nedeniyle ilk sırayı almaktadır. Beyaz pigment olarak
kurşun ve çinko, birleşikleri eski önemini kaybetmiştir.
•
Siyah anorganik pigment olarak magnetit yapıdaki demiroksidi gösterebiliriz.
•
Mavi-lacivert olarak çivit yani sodyum, alüminyum silikat içinde alkaliye kükürdün
polisülfür halinde bağlanmasıyla doğan bu pigment bünyesindeki kükürt miktarına göre
yeşilimsi maviden, mora doğru giden renkleri verir. Prusya mavisi denilen
ferroferrisiyanür bünyesindeki pigment bileşimindeki sodyum, potasyum, amonyum gibi
katyonlara göre çeşitli lacivert – mavi pigmentleri verir. Mangan mavisi : baryum sülfat,
baryum manganat, kobalt mavisi: kalsinekobal taluminat, olarak anorganik mavileri
meydana getirir.
•
Sarı pigmentlere gelince; demiroksit hidroksit bünyesinde pas rengi sarıyı, kurşunsülfat
kromat limon sarısından turuncuya doğru, bazik kurşunoksid kurşunkromat turuncu
renkteki pigmentleri sağlar. Bu arada çinkokromat – potasyumkromat bileşiminde çinko
sarısı, kadmiyumsülfür bileşimli kadmiyum sarısı, kurşunantimonat yani nepal sarısı ve
nikeltitan sarısıda söylenebilir.
•
Kırmızı olarak demiroksid, oranja bakan kırmızı olarak kurşunkromati kurşunhidroksit
karışımı kromanj pigmentler, kurşunmolibdat, kurşunkromat karışımı molibden
kırmızıları ve oranjdan bordoya doğru renkleri veren kadmiyumselenür bileşimindeki
kadmiyum pigmentleri vardır.
•
Yeşil anorganik pigment olarak açıktan koyuya doğru mavi oranı artan kromsarısı prusya
mavisi karışımları yanında kromoksid ve kromhidroksid gösterilebilir. Anorganik
pigmentler içinde çinko, alüminyum ve bronz tozları da vardır.
Ayrıca boya üretiminde pigmentlerle birlikte kullanılan dolgu maddeleri de vardır.
1. Beyaz pigmentler
2. Renk verici pigmentler
3. Korozyon önleyici pigmentler
Beyaz Pigmentler
Boya üretiminde kullanılan önemli bir malzeme grubunu oluşturmaktadırlar. Üstübeç adı ile
adlandırılan bu malzeme, renk vermenin yanı sıra boya üretiminde de kullanılmaktadır.
Renk Verici Pigmentler
Bu gruptaki pigmentleri , orjinlerine göre kına, çivit , safran gibi doğal inmorganik
pigmentler, metal oksitlerden oluşan madensel pigmentler ve füzen gibi suni organik
pigmentler olarak üç grupta toplanmaktadır. Renkli pigmentler renklendirme ve opaklık
özellikleri açısından değişiklikler gösterir.
Korozyon Önleyici Pigmentler
Koşullara göre demir ve demir dışı metallerdeki korozyonu yavaşlatma veya önleme özelliği
olan pigmentlerdir. Metal yüzeylerde astar, ilk kat olarak kullanılır. Çinko ve kurşun türevleri
olup, en yaygın olanı sülüğen adı ile bilinen kursun kırmızısı kimyasalın bileşiminde , kurşun
oksitleri karışımından meydana gelen ve içerisinde renk verici başka madde katılmamış
bulunan birlikte kullanıldıkları maddelerinde tesiri vardır. Örneğin sülüğen kuruyan yağlar
ile en iyi sonucu verirken, metalik çinko pigmentler, solüsyonlar halindeki veyahut kimyasal
kür ile reaksiyon sonucu kuruyan yağsız bağlayıcılar ile kullanılmaktadır. Bunlardan önemli
bir grubu , mineral orjinli olup , opaklık özelliği iyi olmayan , ancak film tabakasının
mekanik özelliklerini iyileştiren katkı maddesi karakterindeki pigmentler teşkil etmektedir.
Bunlar uygulamayı kolaylaştırıp, sıvı boyanın yapısını oluşturarak , katı boya bileşenlerinin
depolama süresince çökelmesini önler. Ayrıca, eğer istenirse yüzeye bir pürüzlülük ve doku
kazandırırlar.
5.3. DOLGU PİGMENTLERİ
Anorganik yapıda olup hakiki pigmentler gibi örtücülük ve renk sağlayamamakla beraber
aşınma, ışık, rutubet ve hava şartlarına dayanıklılığı ve ucuzluğu sağlayan maddelerdir. En
çok kullanılanları kalsit, dolomit, jips, barit, kuvars, talk, mika, kaolendir. Miktar bakımından
önemli yüzde tutarlar. Örnek olarak 1980 U.S.A. pigment kullanımının yarısı Dolgu
Pigmentlerine aittir.
Organik Pigmentlere gelince;
•
Beyaz yoktur.
•
Siyah ( iskarası ), yani karbon siyahı.
•
Mavi, fitalosiyanin, antrakinon, fanal mavileri en meşhurlarıdır.
•
Sarı pigmentlerin başlıcalarına gelince ;
a) Aril – amid
b) Benzidin
c) Naftol
d) Filavantiron
e) Antrakinon
f) Antrapirimidin sarıları olarak sayılabilirler.
•
Organik kırmızıların yüzün üstünde çeşidi vardır ve en büyük gurubunu azo
pigmentlerinden toluidin kırmızıları oluşturur. Para klorlandırılmış para, naftol AS,
arilamid, tioindigo, kinakridon esaslı olanları değişik renk ve özellikteki pigmentleri
sağlarlar .
•
Yeşil organik pigment olarak halojenlendirilmiş bakır fitalosiyanın esasındaki
fitaloyeşiller mükemmel özellikleri ile en ön sırayı alırlar. Bundan başka alfa-nitroso
beta naftol demir kompleksi ( green gold ) diğer önemli yeşiller olarak bilinirler.
•
Mor olarak dioksaniz ve kinakridon esaslı mor pigmentler yüksek özelliklere sahiptir.
5.4. ÇÖZÜCÜLER
Boyanın % 40 bölümünü teşkil eden çözücüler, boya ve verniklerin üretilebilme ve uygulama
kıvamına getirilebilmelerini sağlar.Çözücüler oda sıcaklığında katı halde bulunan
bağlayıcıları çözerek bir bağlayıcı çözeltisi oluşturur. Bu bağlayıcı çözeltisi içinde pigment
ve dolgular ezilerek, kolloidal bir sistem haline geçirilir.
Bu malzemeler boya akışkanlığının istenilen seviyeye getirilmesi ve uygulamayı
kolaylaştırmak için kullanılır. Emülsiyon esaslı boyalar dışındaki boyalar, genellikle
kullanıma uygun kıvamda hazırlanmıştır. Ancak gerekli hallerde uygun tür malzemelerle
inceltilebilirler. İnceltme işlemi gerekli hallerde yüzeye daha iyi nüfuz etmesini
sağlayabildiği gibi, püskürtme yönteminin kullanıldığı hallerde de boya kalınlığının,
vizkozitesinin ayarlanmasında da yararlanılmaktadır. Emülsiyon esaslı boyalarda ise
inceltme su ile yapılmaktadır.inceltmenin fazla yapılması , boyanın opaklığı, örtücülüğü ve
diğer özellikleri üzerinde olumsuz sonuçlar doğurur. İncelme yapılmasının gerektiği hallerde,
boya üreticisinin tavsiyeleri doğrultusunda, önerilen uygun incelticilerin kullanılması
gereklidir. Boyalara yukarıda sözü edilenler dışında daha bazı maddeler gerekli hallerde
katılmaktadır. Bunlardan sikatifler ve plastifiyan maddeler başlıcalarıdır. Sikatifler ve
plastifiant maddeler başlıcalarıdır. Sikatifler boya tabakasının katılaşmasını hızlandırıcı ,
plastifiantlar boya tabakasının çatlamasını önlemek için plastikleştirici nitelikte, genellikle
yağ esaslı malzemelerdir.
Kimyasal yönden hidrokarbon, klorlanmış hidrokarbon, oksijenli çözücüler, gibi gruplara
ayrılabilirler. Çözücülerin hidrokarbon esaslı olanları % 75 gibi büyük bir paya sahiptir ve
hidrokarbonlar arasında alifatik ve naftanik esaslı olanlar % 45, aromatikler % 30 gibi bir
oranda kullanılmaktadır. Ekolojik nedenlerle gerek aromatik, gerek diğer çözücülerin
mümkün olduğu kadar az kullanılmasına ve su bazlı boyaların üretimine doğru bir gelişme
görülmektedir. Oksijenli bileşiklerden glikol eterleri % 10, alkoller % 5, ester, keton ve
diğerleri % 10 gibi bir orana sahiptirler. Bu çözücülere örnek olarak heksan, heptan, white
spirit, toluen, kısilen, aseton, etilasetat, butilasetat, isopropilalkol, etilalkol, etilen glikol
monobutileter, trikloretileni gösterebiliriz. Bu çözücülerin çeşitli boyalarda kullanılmalarını
saptayan noktaları şöylece sıralayabiliriz.
a) Çözücülük gücü
b) Kaynama noktası
c) Buharlaşma oranı
d) Alevlenme noktası
e) Fiyat
f) Koku
g) Toksisite
h) Korozyon
5.5. KATKI MADDELERİ
Bunlar boyaya çok düşük oranda konduğu halde belirgin değişikliklere neden olurlar. İlave
ediliş nedenleri ıslatma, kolay disperse olabilme, kurutma, akışkanlığı kontrol, kabuk
yapmayı önleme, ultraviole tesirinden koruma, biyolojik parçalanmaya dayanıklılık kazanma,
renk ve yüzey güzelleştirme olarak sıralanabilir. Birçok katkı maddesi yüzey aktif madde
karakterinde olup, pigment bağlayıcı ara fazında veya yakınında yer alıp bu konumları
nedeniyle küçük oranları ile bile büyük değişikliklere neden olurlar.
6. KURUMA MEKANİZMASI
Kuruma mekanizmasını genel olarak 2 sınıfta ifade edebiliriz ;
1. Solvent evaporasyonu ile kuruma
2. Kimyasal reaksiyon ile kuruma
a..Oksidasyon polimerizasyonu
b.Polimerizasyon
6.1. Solvent Evaporasyonu ile Kuruma
Bu çeşit kurumada boya, ihtiva ettiği uçucu sıvıların (solvent) buharlaşması ve polimerleşme
ile kurur.Solvent içinde çözünmüş halde bulunan lineer polimer, solvent uçunca bir film
oluşturur.Buna misal olarak selülozik boyalan ve PVA bazlı emülsiyonları örnek olarak
gösterebiliriz.
Bu çeşit boyalar film meydana getirdikten sonra, ihtiva ettikleri solvent karışımı ile temas ettikleri
zaman tekrar çözünebilirler.
6.2. Kimyasal Reaksiyon ile Kuruma
Boya üretiminde kullanılan bağlayıcılar çapraz bağ yapma özelliğine sahip ise boya filmine
sağlamlık ve sertlik kazandırılır. .Sertleşen boya filmi kendi solventi ile tekrar çözünmezler. Bu
durumda boyanın performansı yükselir veya azalır.
6.2.1 .Oksidasyon Polimerizasyonu
Bu tür kimyasal reaksiyon, doymamış, kuruyan yağlardan yapılmış bağlayıcılar ile havanın oksijeni
arasında olur.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. + OHDiğer 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.
l .Oksijenin boya filmine geçişini
2.Peroksitlerin serbest radikallere dönüşümünü hızlandırırlar.
Kobalt ve Mangan Naftanat gibi kurutucular ise her iki fonksiyonu da gösterirler ve bunlara pirimer
kurutucular denir. Kurşun Naftanat ise sadece oksijen geçişini hızlandırır.Bu çeşit kurutuculara da Sekonder
kurutucular denir.Kalsiyum Naftanat da bu gruba girer.
6.2.2.Polimerizasyon
Bazı boya bağlayıcılarının polimerizasyonu yüksek temperatürlerde olur. Bu çeşit boyalara fırın boyalar
denir.Polimerizasyonun olabilmesi için temperatürün, boya cinsine göre 90-200'C ye yükseltilmesi
gerekir. Örnek olarak melanin formaldehit ihtiva eden boyaları verebiliriz. Diğer taraftan normal sıcaklıkta
katılma polimerizasyonu ile kuruyan boyalarda mevcuttur. Bunlar çift veya üç komponentli boyalardır.
Kullanılmadan önce karıştırılır. Bunlara örnek olarak Epoksi- Poliamid sistemleri verebiliriz.
Bütün koruma çeşitlerinde ortak olan ve kurumaya etken olan diğer faktörler boya filminin kalınlığı, tatbik
edilen yüzeyin cinsi , rutubet , temperatür ve ışıktır.
7. Dispersiyon Tekniği
Bir boya sistemi genel olarak
1.
astar
2.
ara kat
3.
son kat
oluşur. Yüzey hazırlaması ve astar, boyanın temelini oluşturur. Yüzeyin mükemmel bir
şekilde hazırlanarak; yağ, her türlü toz ve kirden arındırılması gerekir. Burada tercihen
kumlama yapılır. Kumlama hem satıhdaki kirleri uzaklaştırır, hem de yüzeyi tırmalayarak
pürüzlendirir ve astarın oluşturacağı spesifik yüzeyi artırarak tutunacağı sathı büyütür.
Kumlanan satıh, ortalama 4 saat içinde astarla kaplanmalıdır. Aksi taktirde havanın
nem ve oksijeninin etkisiyle yüzeyde paslanma başlar. Astarı ara kat ve son kat kaplaması
izler.
Günümüzde astar + ara kat + son kat
yerine, tek kat uygulamalı yüksek dolgulu
sistemler kullanılmakta ve bunlar giderek artan bir eğilim göstermektedir.
Buraya kadar boyalar ve onları oluşturan pigment, solvent ve özellikle bağlayıcılar üzerinde
durduk.
Çinkoca zengin astarlar ; reçinece çok fakir çinkoca çok zengindir. Öyle ki, kuru filmde
takriben %90-95 çinko tozu, % 5-10 reçine içerir. Zaten reçinenin görevi burada tüm boya
sistemlerinden farklı olarak çinko tozlarını kendi aralarında çok sıkı bağlamaksızın satha
taşımaktır. Reçine bilinçli olarak az olacak ve çinko tozu direkt metalik yüzeyle temas
edecektir Böylece elektrokimyasal pil teşekkül edecek ve çinko demirden daha aktif olduğu
için, her türlü reaksiyona girecek ve demir sathı koruyacaktır. Bu tip astarla kaplı bir çelik
yüzey çizilse, sac yüzeyi ortaya çıksa bile paslanma olmaz.
Boya, esas itibarıyla bağlayıcı + solvent + pigment den oluşan bir dispersiyon sistemidir.
Ana komponentler
bağlayıcı - pigment - solvent olmakla beraber,
bileşenlerle birlikte boya esas itibarıyla komponentlerden oluşur;
1.
•
Uçucu olmayan kısım
Reçine
diğer yardımcı
Film teşkil ediciler
Yumuşatıcılar
•
Pigmentler
Pigmentler
Dolgular
•
2.
•
Aditifler (yardımcı maddeler)
Uçucu olan kısım
Çözücü
Solvent
Su
Tabiatıyla bu cetveli çok daha genişletmek mümkündür
7.1. Dispersiyon sistemler
Disperz etme (dispersiyon haline getirme işi), sıvıyla karıştırılmış olan toz
halindeki
maddenin tüm partiküllerinin, bu sıvı madde homojen bir şekilde dağılma işlemidir.
Latincede "dispers" kelimesi,bir maddenin küçük parçacıklara bölünmüş halini ifade eder.
Kimyasal açıdan dispersiyonlar maddenin oluşturduğu stabil karışımlardır ve bu
maddelerden biri toz ve/veya damlacıklar halinde diğeri içinde homojen şekilde dağılmış
halde bulunur.
Aşağıda farklı fazların oluşturduğu madde karışımlarını inceliyoruz.
7.1.1.Hakiki Çözeltiler
Suda veya bir başka çözücü içinde çözünen, binlerce madde vardır ve bunların meydana
getirdikleri çözeltilerde, onların tek tek molekülleri mevcuttur ama,
herhangi
bir
moleküller birliği söz konusu değildir. Örneğin şekerin veya yemeklik tuzun sudaki
çözeltileri. Molekül büyüklükleri, o molekül cinsine bağlı olup, ortalama tane iriliği 1
milimikron (10-7 cm) dan küçüktür.
Bunlar gerçek çözeltilerdir ve içerdikleri katı komponentler , sıvı içinde bölünmüş
moleküller, iyonlar halindedir. Bu çözünmüş partiküller, teşhis edilemez kağıt filtrelerden
ve membranlardan çözücüyle birlikte geçerler.
7.1.2.Süspansiyonlar-Emülsiyonlar
Çözünebilir maddelerin aksine, bir
çözücüde
çok
az
veya
hiç çözünemeyen
maddeler, belli şartların yerine getirilmesi koşulu ile, çözücünün içinde asılı hale getirilir.
Eğer bunlar (asılı olanlar) katı iseler
süspansiyon (sıvı içinde katı), sıvı iseler, emülsiyon (sıvı içinde sıvı) sistemler ortaya çıkar.
Süspansiyonlarda tane iriliğine bağlı olarak, katı partiküller
sedimente olurlar. Kum su içinde çok çabuk çöker.
az veya çok dibe çöker,
Buna karşılık su içinde iyi
dağıtılmış kil, günlerce asılı kalır. Süspansiyonlarda tane iriliği, 0,1 mikrondan büyüktür
ve kağıt filtrede ayrılırlar
7.1.3. Kolloidler
Hakiki çözeltiler ile süspansiyonlar arasında yer alırlar, tane irilikleri 1-500 milimikron
arasındadır. Kağıt filtreden geçerler. Düşük viskoziteli kolloidler “sol”olarak adlandırılır ve
çözücü; su ise "hidrosol", organik çözücü ise "organasol" lar söz konusudur.
Madem ki boya, bir dispersiyondur, bu dispersiyonun meydana gelmesi, pigment ve/ veya
dolgunun belli tane iriliğine kadar öğütülmesi, ezilmesi ve partiküllerin derhal bağlayıcı tarafından
sarılması ile mümkün olur. Pigment partiküllerinin bağlayıcı tarafından sarılması için
de, bağlayıcının önce bu partilkülleri ıslatması gerekir. Biraz daha açarsak boyanın imalatı
esnasında;
•
Ezilme
•
Islatma
•
Sarılma
söz konusudur ve bunlar aynı anda ve elele cereyan eder. Tümümün de, en iyi derecede olması
gerekir. Çok iyi bir ezilme yapılmış, ama yeterli ıslatma, dolayısıyla iyi bir sarılma
olmamışsa, ezilen parçalar tekrar bir araya gelecek ve çökme yapacaklardır.
Ezilme ve ıslatma iyi, ama ortamda tüm ezilen partikülleri saracak miktarda bağlayıcı
yoksa, yine çökme olacaktır.
İyi bir dispersiyon, uygun makine ve ona uygun dispers formülasyunuyla (mill-base) yapılır.
Şimdi
Ezilme-lslatma-Sarılma’nın aynı anda meydana gelerek oluşturduğu dispersiyon
ve dispersiyon tekniğine ve boyada çok konuşulan tanımlamalara girelim.
Biraz önce belirtildiği gibi, dispersiyonlar, en az iki farklı maddeden meydana gelen
stabil karışımlardır. Bunlardan biri (kuru t a n e c i k ) k a tı , diğeri sıvı olup; sıvı, toz partikülü
(disperze olan) çepeçevre sarar. Sıvı f faza “disperze edici” adı verilir. Başka bir deyimle sıvı
faz, toz partikülü sarar ve disperze eder. Disperze olan iç fazı, disperze eden dış fazı
oluşturur. Disperze olan homojen bir şekilde diğeri içinde dağılır. Burada bir çözünme
söz konusu olmayıp, belli tane iriliğinde toz partikül, sıvı faz içinde dağılmış halde
bulunur. Bir başka deyimle, boya bir dispersiyondur. Bağlayıcı disperze edilmiş pigment
partikülünü sarar ve kolloidal yapıyı oluşturur.
Tane iriliklerine göre dispersiyonlar şu şekilde sınıflandırılabilir:
•
Kaba dispersiyon ; tane iriliği 1-3 mikron
•
Orta dispersiyon ; tane iriliği 0,3-1 mikron
•
İnce dispersiyon ; tane iriliği 0,2 mikron
•
Karışık disperisyon ; ince tane iriliğinden, kaba tane iriliğine kadar olan farklı
tanecikleri içerir.
Kolloidal sistemlerde de aynı prensip geçerlidir, ancak bunlarda tane iriliği 0,0001-0,1
mikron arasında bulunur. Kolloidal ve dispersiyon sistemler, hakiki çözeltilerden farklı
olarak yaşlanmaya uğrar sedimente olurlar (çökerler). Tanecikler elektriksel yük içerir
ve dispersiyon içinde belli bir denge oluşturur. Herhangibir nedenle dengenin bozulması,
koloidal yapının bozulmasına, dolayısıyla taneciklerin bir araya gelerek çökmelerine
neden olur.
Dispersiyon tekniği (boya imalatı), pigment aglomeratlarının, agregat
ya da primer
parçacıklara bölünmesi ve bu parçacıkların ve/veya bağlayıcı çözeltisi tarafından
ıslatılması ve sarılması ve bunların tabii sonucu olarak dispersiyonun stabil hale gelmesi gibi
tüm dispersiyon aşamalarını bünyesinde toplar.
Dispersiyon işlemi kuru pigmentle, disperze edilmiş pigment arasında yer almakta olup, bir
boyanın toplam kalitesini birinci derecede etkileyecek çok önemli bir parametredir. Daha
önce de belirtildiği gibi boya;
•
Bağlayıcı
•
Pigment
•
Solvent ‘den
ibaret olup, buna katkı maddelerini (aditif) de eklemek gerekir ki ,çözünür iseler bağlayıcı,
çözünmez iseler pigment grubuna dahil edilebilir.
Kuru haldeki bir pigment; primer parçacıklar, agregat ve aglomeratları içerir.
Primer
parçacıklar, boyaya giren katı maddelerin en küçük birimlerdir . Pigment ve
dolgularda primer parçacıklar küçük kristallerdir ve dispersiyon esnasında aşırı bir ezmenin
doğuracağı kristal parçalanmasından kesinlikle kaçınmak gerekir. Primer parçacıklar,
uygun bir prosesle elektronik veya ışık mikroskobuyla görülen, tanınabilen ,
parçacıklardır (DIN 53206).
Agregat, primer parçacıkların birbirlerinin yüzeylerini üzerine toplanarak meydana
getirdiği büyüyen bir küme olup, bu kümenin yüzeyi, kendini oluşturan parçacıkların
toplam yüzeyinden küçüktür.
Şekil 2
Aglomerat ise, primer parçacıkların ve agregatların köşeleri ve/veya kenarları üzerine
toplanarak meydana getirdikleri küme olup,bunun toplam yüzeyi, tek tek yüzeylerin
toplamından pek farklı değildir (DIN 53206), Şekil 3. Primer parçacıklar arasındaki
bağlayıcı kuvvetler çok farklı ve büyük olduğundan, bir aglomerat, bir agregatdan çok
daha kolay disperze edilebilir.
Şekil 3
Pigment dispersiyonu, birbirini izleyen 3 ayrı aşamada incelenebilir,
1. Pigment parçacıklarını sarmış olan hava tabakasıyla bağlayıcının yer değiştirmesi ve
taneciklerin ıslanması
2. Aglomeratların, agregat ve primer parçacıklara kadar parçalanması ve bunların bağlayıcı
ile sarılması
3. Dispersiyonun stabilizasyonu
Genelde dispersiyonda primer parçacıklara kadar ezilme istenir. Ancak bazen eldeki şartlar
buna
olanak vermez ve dispersiyonda agregatlardan
öteye gidilemez . Bu
durumda
dispersiyon istenilen şartları yerine getiriyorsa, agregatla yetinilir.Aksi halde uygun dispersiyon
makinesi ve viskozite seçimi, uygun katkı maddelerinin (ıslatıcılar)ilavesi gerekir.
Bazan da pigment dispersiyonu o kadar şiddetli olur ki, pigment primer parçacıkları da öğütülür.
Dispersiyonda böyle bir şey kesinlikle istenmez. Zira pigmentin örtücülük, renk şiddeti, ışık
haslığı vs. gibi tüm optik özellikleri ve keza kimyasal dayanıklılığı, hepsi değişir !
Kısaca; genelde bir pigment dispersiyonunda primer tanecikler agregatlar bir arada bulunur.
Pigment primer parçacıklarının / agregat / aglomeratların ıslanmasını o pigmentle, verilen
bağlayıcı çözeltisi arasında oluşan yüzey gerilim belirler ve çoğunlukla bu yüzey gerilimi
düşürmek için ıslatıcı ajanlar kullanılır.
Keza agregat ve aglomeratların parçalanarak primer parçacıklara kadar bölünmeleri,
ıslanmanın yanında öğütücü cihazların etkinliğine , dispersiyon süresinin uzunluğuna
ve uygulanan dispers formülasyonuna
bağlıdır.
İlk iki aşamanın iyi bir performansla yerine getirilmesi, dispersiyona iyi bir stabilizasyon
kazandırır. Ayrıca gereken aditif ilaveleriyle mükemmel bir stabilizasyon sağlanır.
7.2. YÜZEY GERİLİM – ISLATMA
Bir katı maddenin ıslatılması, katı ile sıvının temas açısı ve sınır yüzey gerilimlerinin bir
fonksiyonu olarak “Young Denklemi” ile ifade edilir. Bir cam lamel üzerine gelen bu
damlası oluşturalım.
Katı yüzeyin üzerine gelen bu damla ( sıvı faz), katıyı ne kadar iyi ısıtıyorsa, temas açısı o
kadar küçük olur.
Temas açısı 90 °’den büyük olduğu zaman sıvı katıyı ıslatmaz. Aksine bu açı küçüldükçe
ıslatma iyileşir.
Denklemden temas açısının 90°’den küçük olması için, sıvı/hava ve katı/ sıvı faz sınır yüzey
gerilimlerinin düşmesi gerektiği sonucunu çıkarıyoruz. Bu da yüzey aktif maddelerle
sağlanır. Bunlar ıslatıcı dediğimiz, fazlar arası yüzey gerilimini düşürücü yüzey aktif
maddelerdir. Emülgatörler de yüzey aktif maddelerdir. Sabun, şampuan, deterjan hepsi yüzey
aktif madde içerir.
Parfit’e göre katı bir yüzeyin , sıvı bir madde tarafından ıslatılması üç kademede meydana
gelir.
- A ’dan B ’ye geçiş (yapışma)
- B ’den C ’ye geçiş (dalma )
- C ‘den D ’ye geçiş (dağılma)
1 cm2’ lik bir yüzeyin ıslatılması için gerekli olan enerji , o yüzeyin, ıslanmazdan önceki ve
sonraki sınır yüzey gerilim enejileri arasındaki fark ile tariflenir.
Wd= γK/S - γK/ H
Wd = dispersiyon işi
Yağlı bir el, doğrudan su ile yıkandığı zaman temizlenmez ve yağlı konum devam ederken,
ancak sabun veya deterjan ilavesiyle yağ uzaklaşır ve el temizlenir. Su ile yağın temas açısı,
bir başka deyimle temas yüzey gerilimi çok büyüktür. Deterjan bu yüzey açısını düşürür ve
daha önce birbirini adeta iten yağ ve su birbiri içinde, daha doğrusu yağ su içinde dağılır.
Dolayısıyla yağlı el temizlenir. Burada vukubulan
iş,
yüzey geriliminin,
dolayısıyla
temas açısının düşmesiyle, suyun yağı ıslatır hale gelmesi ve çepeçevre sarmasıdır. Aynı işlev
boya için de geçerlidir. Reçine çözeltisinin pigmenti daha iyi ıslatması için ıslatıcı ajan ilavesiyle
pigmentle, bağlayıcı açısı düşürülür ve böylece ezilen pigment partikülünün bağlayıcı çözeltisi
tarafından iyice ıslatılması ve sarılması temin edilir. Her pigment/ bağlayıcı sistemi için, uygun
ıslatıcıyı deneyerek tespit etnek gerekir.
Sonuç olarak; düşük temas açısı iyi
bir
ıslanma sağlar ve dolayısıyla iyi bir pigment
dispersiyonuna imkan verir.
Boya
bağlayıcı
+
pigment
dispersiyon sistemi, çapları
+
solvent ‘den oluşan bir pigment dispersiyonu olup, bu
1.0-10 mikron arasında değişen tanecikleri içerir ve ezilme +
ıslatma + sarılma ile ve bunların sonucu, dispersiyonun stabilizasyonu meydana gelir.
Ancak bu incelik otomobil boyalarında, matbaa mürekkeplenin konusu olup, örneğin
dekoratif boyalarda, endüstri boyalarında ortalama tane iriliği 10-20 mikrona kadar çıkar.
Pigment dispersiyonu stabil olmalıdır.
Boya imalatı herhangi bir nedenle iyi yapılamamışsa ve/veya seçilen katkılar (ajanlar) uygun
değilse, boyada flokulasyon (çökmeler ) meydana gelir.
Dolayısıyla boyada stabilite, yalnız imalat esnasında aranan bir karakter olmayıp, onun
özellikle depolanması ve kullanılması sırasında da içerdiği disperze edilmiş pigment
partiküllerinin, bir araya gelerek çökmelerinin, önlenmiş olmasıdır. Flokulasyon sonucu renk
değişimi, dipte çökmeler, viskozite değişikliği gibi istenmeyen durumlar ortaya çıkar. Bir
pigment disperze ajanının (örneğin ıslatıcı) görevi, bir dispersiyonda optimum tane iriliğini
stabil kılmaktır.
Brown Hareketleri nedeniyle bir dispersiyon sisteminde, pigment parçacıklarının sürekli
olarak birbirine çarpmaları söz konusudur. Yeterli stabilizasyon
sağlanmamış bir
dispersiyonda flokulasyon kaçınılmaz olur.
Flokulasyon, agregat veya primer parçacıkların zamanla birbirleriyle azalmasıdır. Bir
dispersiyon sisteminde bulunan iki pigment parçacığı birbirine yaklaşırken, bir taraftan
çekici kuvvetler, diğer taraftan da itici kuvvetler olmak üzere, iki zıt kuvvetin etkisinde
kalır.
Bunlardan çekici kuvvetler, London-Van Der Waals kuvvetleridir. Bunlar, parçacıklar
arasındaki eletromanyetik çekim kuvvetleridir. Maksimum 1 mikron büyüklüğündeki tane
iriliği içeren kolloid dispersiyonlarında, Van Der Waals kuvvetleri çok belirgindir.
İtici kuvvetler ise Coulomb Kanununa göre temas yüzeyinde oluşan aynı değerdeki
yüklerin hakim olduğu bir dispersiyonun stabilizasyonu, elektrostatik stabilizasyon olarak
adlandırılır.
Her parçacık (+) veya (-) olarak yüklenmiş olup, bu yükler az veya çok olmak üzere
parçacıklar üzerinde yayılır. İki parçacık birbirleriyle çarpışınca, önce her ikisinin zıt
yüklü iyon bulutları birbiri içine nüfuz eder, böylece o noktada elektriksel yükte bir çıkış
meydana gelir. Ortaya çıkan bu çarpışma enerjisi parçacıkları birbirinden ayırmaya
çalışır.
Kısaca, dispers edilmiş tanecikler ;
a) London-Von Der Waals çekici kuvvetlerinin
b) Aynı yükteki elektriksel çifttabakaların doğurduğu elektrostatik itici kuvvetlerin
etkisi altında kalarak eldekidispersiyon , ya stabil kalır veya flokulasyon meydana gelir.
Bu her iki kuvvetin kaynağı, birbirinden tamamen bağımsızdır. Eğer çekme kuvvetleri, itici
kuvvetlerden üstünse, dispersiyon stabil değildir. Aksine itici kuvvetler, Van Der Waals
kuvvetlerini aşarsa, flokulasyon sözkonusu değildir ve dispersiyon stabildir.
Flokulasyon sonucu çökme meydana gelir.
Bir dispersiyona bir elektrolit ilavesi, taneciklerin elektrikli yüklerinin nötrleşmesine, bunun
neticesi çekme (London- Van Der Waals) kuvvetlerinin aktive olmasına ve dolayısıyla
taneciklerin bir araya gelmesiyle katı komponentlerin çökmesine neden olur.
Bir dispersiyon; viskozitesinin yüksekliği, parçacıklarının ortalama yarı çaplarının küçüklüğü,
parçacıklar üzerindeki elektriksel yük yoğunluğunun yüksekliği ve elektrokimyasal çift
tabakanın kalınlığı oranında stabildir.
Özet olarak: Pigmentin ıslanması, pigmentin bağlayıcı ile temasa geldiği andan itibaren
başlar ama, gerçek ıslanma, parçacıkları öğütme-parçalama işlemi esnasında vukubulur.
Uygun bir mekanik enerjinin verilmediği bir dispersiyon sırasında ıslanma ne kadar
iyi olursa olsun, parçacıkları bölme imkanı olamaz. Ancak öğütme sırasında parçalar
deforme edilir, solvent ya da ilave
edilen yüzey aktif maddeler, açılan yarıklara nüfuz ederek adeta levye gibi aglomeratların
bölünmesine yardım eder.
Yüzey aktif maddeler gerek akışkanlığa etki ederek, gerek iyi bir ıslanmayı sağlayarak
ve gerekse stabilliği arttırarak, sistemin disperze edilmesine etkin parametrelerin en
önemlilerinden birini oluşturur.
7.3. Dispersiyonun Viskozitesi
Aglomeratların parçalanmasma (öğütülmesine) gelince, burada kısaca reoloji üzerinde durmak
gerekiyor. Reoloji, sıvıların tüm akışkan hallerini inceler.
Sistemin viskozitesi dispersiyona etki eden en önemli faktörlerden biri olup, bu işi yapan
kimsenin, tatbik edeceği kuvvete karşılık, alttan hangi akışkanlık özelliği ile ona cevap
vereceğini, önceden tayin etmesi gerekir.
Bir an için biri hareketli, diğeri sabit iki yüzey düşünelim . Her ikisi arasında bir sıvı bulunsun.
Elbette yüzeyler, bu sıvı ile ıslatılmış olacaklardır (Şekil 7). Üstteki A yüzeyine, F (N=
kgm/s2) kuvvetini tatbik
ederek V (m/s) süratiyle hareket ettirelim. Aradaki sıvı da, A
yüzeyinin hareketinden etkilenecek ve h mesafesi boyunca A dan B ‘ye doğru gittikçe azalan
bir süratle F yönünde kendi tabakaları üzerinde hareketedecek, kısaca akacaktır. (şekil 4)
A’ya yapışık olan tabaka maksimum süratle hareket ederken, B’ye yapışık olan ise
pratikman h i ç h a r e k e t etmeyecek, böylece A ile B arasında bir eğim meydana gelmiş
olacaktır. Bu şekilde A’ya tatbik edilen F kuvvetinin sisteme etkisi ile sıvının F yönünde
itilip, tabakalarının birbirinden ayrıldığı varsayılır. Daha doğrusu sıvı tabaka tabaka F
tarafından kesilmeye uğrar. İşta F / A ifadesini bulan bu etki; itme gerilimi veya kesme
kuvveti (shear stres)olarak adlandırılır. Diğer taraftan V/h ise kesme eğilimi (shear
stres) veya kesme sürati olarak tanımlanır. Yüksek bir kesme kuvveti (F/A), yüksek
bir kesme süratinin (V/h) ortaya çıkaracak, bunun sonucu daha hızlı bir akış
sağlanacaktır.
Bir sıvının dinamik viskozitesi; kesme kuvveti ile kesme eğiminin bir fonksiyonu olup,
rotasyon viskozimetreleri yardımıyla tayin edilir .
F(kuvvet)
N
Τ= ------------[Pa] = --------= kesme kuvveti
Alan (A)
m2
Sürat (V)
D = ----------- = kesme sürati
Mesafe (h)
kesme kuvveti
[ s -1 ]
(kesme sürati)
T
N.s
η=-------------------- = --------= --------= viskozite( Pa.S)
Kesme eğimi
D
m2
1977 sonuna dek fiziksel ölçüm sisteminde dinamik viskozite birimi olarak "Poise"
kullanılıyordu.
dyn * s
1g
1 Poise = --------- = ----------cm2
s* cm
SI birimine göre; (SI = Systeme International d' Unites)
1 Pas
= 1 Ns / m2 = 1 kg / ms
1 N (Newton) = 1 kg m / s2 ; 1 Pa (Pascal) = 1 N / m2 = 1 kg / ms2
Dispersiyonda dinamik viskozite göz önüne alınır, zira dispersiyon belli bir akışkanlık
içinde ve rotasyon altında cereyan eder. Dolayısıyla burada sıvıların hareket halindeki
viskoziteleri söz konusu olmalıdır.
DIN veya FORD kaplarıyla ölçülen viskozite ise, durgun haldeki sıvının, oda sıcaklığındaki
akış hızını esas alır. FORD kabından, durgun hali muhafaza ederek devam eden akışın son
bulduğu zaman, saniye ile belirtilir. FORD ve DIN kapları nispeten düşük viskoziteli
sıvıların, kabın alt tarafındaki nozelden akış hızını ölçmek için kullanılır.
Sıvıların akışkanlık halleri çok önemlidir, zira gerek boyayı imal ederken, gerekse imal
edilmiş boyayı kaplanacak satha tatbik ederken, karşımıza hep o boya sisteminin akışkanlık
karakteri çıkar.
Artan devir, dolayısıyla artan çevresel hız ve bunun sonucu artan kesme kuvveti ile
viskozitede önce belli bir çıkış, sonra düşüş gözlenirse, bu sıvı yapısal viskoziteye (Struktur
Viskositaet) sahiptir ve bu karakter birçok pigmentlendirilmiş boyada rastlanan ve istenen bir
özelliktir. Bunu artan kesme kuvvetiyle,
polimer çözeltisi içinde akmayı önleyici
değişken etkenlerin (Wechselwirkung) azalması veya durgun
halde
keçeleşmiş,
saçaklanmış makromoleküllerin , hareket halindeyken hizaya gelmeleri şeklinde açıklamak
mümkündür. Ayrıca pigment ve dolgular da akış esnasında düzene girer ve iç sürtünmeyi
düşürürler.
Dilatant karakterli sıvı, artan devir dolayısıyla artan kesme eğilimine karşı artan direnç, daha
doğrusu artan viskozite ile cevap verir. Dilatant özellik akış esnasında artan sürtünme
kuvvetleri olarak açıklanabilir, ki bu da hareket halindeki makromoleküllerin aralarındaki
çekme kuvvetlerinin yükselmesiyle ortaya çıkar. Oysa Newton ideal sıvılarında herhangi bir
değişim söz konusu değildir. Çok az sıvı (su, mineral
yağları
ve
çözücüler)
Newton
sıvı akışkanlığı gösterir. Buna karşılık plastik ve psöydo-plastik akışkanlık karakterini
gösteren sıvılarda tam tersi olup, bunlar artan devir veya çevresel hız, dolayısıyla artan
kesme eğimine, düşen bir viskozite ile cevap verir. Tiksotropi dediğimiz bu özellik, durgun
haldeyken yüksek viskozite, hareketli haldeyken düşük viskozite olarak kendini gösterir. Bazı
pigment ve metal oksitleri, hidratları bentonit, hareketsiz durumdayken büyük miktarda
sıvıyı bağlayarak petek benzeri bir yapı oluştururlar ve bu yapıyı moleküller arası çekme
kuvvetleri bir arada tutar. Bu sıvıların viskoziteleri ani olarak artar ve jelleri meydana getirir.
Ancak çalkalama, sallama, veya döndürme ile bu sıvı harekete geçirilirse, moleküller
arası çekme kuvveti petek yapıyı daha fazla tutmaya yetmez ve viskozite süratle düşer, jel yapı
sıvılaşır. Sıvı tekrar durgun hale geçirilirse, kısa bir süre sonra jel yeniden oluşur. Burada
"Gel - Sol - Gel" söz konusudur. Ayrıca tiksotropi artan sıcaklıkla da azalır ve kaybolur. Bir su
bazlı plastik duvar boyası karıştırılmak istenirse, kutu içinde durgun vaziyette hayli kıvamlı
iken, kısa bir karıştırma sonunda hemen incelir. İşte bu da bizim istediğimiz özelliktir. Bu
boya fırça ile sürülürken, ince viskoziteyle, fırçanın hareketlerine uyum gösterecek,
fırça uzaklaştığı zaman, başka bir deyimle durgun hale geçince, kalınlaşarak akma
yapmayacaktır. Demekki tiksotropide bir reversibllik (geriye dönüşlülük) söz konusudur. Şekil
5.1 diagramda görüyoruz. Ama şekil 5.2 diagramda bir farklılık var. Durgun halden
hareketli hale geçerken bu sıvı da aynen tiksotropik bir akışkan gibi davranıyor, ama
tekrar durgun hale geçirilince viskozite artışı olmuyor, son noktada kalıyor, geriye dönüş
olmuyor.
Şekil 5.1
Şekil 5.2
5.1’deki eğri bir plastik boyanın akışkanlıkeğrisini verirken, 5.2’deki bir yoğurdun akışkanlık
eğrisini göstermektedir. Gerçekten de yoğurdu ilk karıştırırken belli bir karanlık gösterir ama
karıştıktan sonra incelir ve öylece kalır.
İşte tüm bu akışkanlık karakterlerini dispersiyon makinelerini kullanırken, dispers reçetesini
oluştururken tek tek göz önüne almak gerekir.
7.4.Pigment Dispersiyonu
İyi bir boya imalatı, uygun bir hammadde seçimi, iyi ibr ezme (dispersiyon) ve iyi bir
formülasyonu gerektirir. Bu üç parametrenin optimumu oluşturduğu zaman, iyi bir pigment
dispersiyonundan söz edebiliriz.
İyi bir dispersiyon, uygun makine ve ona uygun reçete ile yapılır.
Bu aparatlar;
¾ Mikserler (karıştırıcılar)
¾ Yüksek devirli karıştırıcılar (disolverler)
¾ Boncuk değirmenleri (peri mil)
Ayrıca eskiden çok kullanılan, günümüzde de kısmen kullanılan
¾ Üçlü silindirler
¾ Bilyalı değirmenler
7.4.1. Karıştırıcılar (mikserler)
Karıştırıcılar çeşitli ebatlardaki karıştırma kazanlarında ( 1lt-10000 lt ve üzeri)
Sıvı ve katı komponentlerin homojen bir şekilde karışmasını sağlayan cihazlardır. Çevresel
hızları 8-12 m/sn olup, işlevleri sadece homojen bir karışımı yerine getirmektir, ama
yaptıkları iş dispersiyon değildir, zira buna ne çevresel hızları, nede formilasyonları
uygundur. Onlardan istenen de yalnız karıştırma yapmalarıdır.
Kazana önce sıvı komponentler konulur ve buna karıştırma altında toz komponentler
(pigment-+ dolgu) porsiyonlar halinde ilave edilir. Ortalama 10-15 dakika karıştırılarak
homojen bir dağılım elde edilir. Toz komponentlerin ilavesi esnasında , torbayı birden
karıştırma kazanına boşaltma gibi işlemler l-kesinlikle kaçınılmalıdır. Böyle bir durumda çok
sert pigment topakları teşekkül edebilir ki, bunların ezilmeleri çok güçtür.
7.4.2. Disolverler
Disolverler yüksek devirli ön dispers edicilerdir, öğütücü küreleri yoktur. Çevresel hız20-25
m/sn ve dispersiyon süresi 20 m/sn lik hıza ulaştıktan itibaren 15 dakikadır. Viskozite alanı
10.000 mPas ve üzeridir. Disolverler kademesiz devir ayarlı olduklarından, düşük devirlerde
karıştırıcı ,yüksek devirlerde de (20-25 m/sn’lik çevresel hızlarda) disperzer olarak kullanılır.
Disolver şu birimlerden oluşur;
1. ana tahrik motorunu içeren, yüksekliği ayarlanabilir köprü,
2. köprünün bir ucu silindirik ana gövdeye monte edilmiş olup, köprü bu gövde üzerinde
hidrolik olarak yukarı ve aşağıya hareket eder,
3. köprünün diğer ucunda mil ve milin ucunda disolver organı.Ana motodan mile tahrik
,variatör kayışıyla geçer ve buradaki kayış/ kasnak düzeneği ile, kademesiz devir ayar
yapılır.
Disolverler zemin üzerinde kullanılabilir veya bir üst kata monta edilip, tavana asılı dört
tanka kadar servis verebilir.
Laboratuar çapında 1-2 kW motordan başlayıp, işletme çapında 150-180 kW motora kadar
çeşitli güçte olanları vardı. İlşletme çapında olan disolverin motor gücü disolver organına
bağlı olarak 40 kW dan aşağı olmamalıdır.
Disolver ile yapılacak bir dispersiyonda 3 parametre söz konusudur.
1. Didisolver organı ile kazan arasındaki geometri
2. 20-25 m/san’lik çevresel hız ve 20m/san ‘ye ulaştıktan itibaren 15 dakikalık bir
dispersiyon süresi
3. ideal bir laminer akımı temin edecek dispers formülasyonu
7.4.2.1.Disolver dipers formülasyonu
Disolver dispers formüasyonu, öğütücü küreler olmadığı için, mutlaka laminer akım
göstermelidir, kesinlikle turbulenz akım olmamalıdır. Laminer akımda katmanlar biribir
üzerinden kayarak geçer ve içerdikleri pigment partikülleri birbirine sürterek kendi
kendilerini ezer. Laminer akım için ,sistemin akışkanlığı dilatant karakter göstermektedir.
Turulans akımda katmanların birbiri üzerinden kaymaları söz konusu değildir ve turbulans
akım boncuk değirmeninde istenen akışkanlık karakteridir.
Eğer sistemde 10.000mPas ve üzeri yakalanamıyorsa, o sistemde ezilme olmaz. Disolverde
ezilme ,vurma şeklinde düşünülemez, tam aksine sürtme olarak düşünülmelidir. Boncuk
değirmeninde, vurma, disolverde sürtme söz konusudur.
Disolverde çalışırken uygulanan dispers formülasyonu ile laminer akımın oluşup oluşmadığı
kontrol edilmelidir.
Çevresel hız ve ezilecek boyanın kap içindeki sirkülasyonu sonucu, iyi bir dispers
formülasyonunda dispersiyon kazanına üstten bakılınca, sıvının yukarıdan aşağı doğru
daralan bir koni oluşturduğu görülür ki, buna "trombe" (girdap) adı verilir. Trombe laminer
akımda ortaya çıkarken, turbulenz akımda tabiatıyla trombe söz konusu değildir. Disolver
dispers formülasyonu ile çalışılırken, koni mutlaka oluşmalı ve koninin ucunda da disolver
organı görünmelidir.
Disolverde olması gereken hareketleri ve trombeyi Şekil 6.1 de görüyoruz.
Kazana üstten bakışta, dispers malzemesinin 20-25 m/s lik bir çevresel hızdaki toplam
hareketleri, Şekil 6.2 de görülmektedir. Meydana gelen laminer akım bir yukarıdan aşağıya,
bir de aşağıdan yukarıya dalga dalga yayılan bir koniyi oluşturur.
Disolverde dispersiyona başlarken önce bağlayıcı çözeltisi, sonra sürekli karıştırma altında
solvent, aditifler, bunlardan sonra toz halindeki pigment ve dolgular birdenbire değil,
porsiyonlar halinde ilave edilir.
Daha önce de belirttiğimiz gibi, dispersiyon esnasında kazan içinde laminer akım teşkili ile
katmanların birbirine sürtünmesinin sonucu, ısınma ortaya çıkacak ve bu ısı viskozitenin
düşmesine neden olacaktır.
Tabiatıyla toz komponentlerin ilavesinden sonra, hemen 20-25 m/s ilk çevresel hıza ulaşılamıyacak
,ama 3-5 dakika içınde sıcaklığın artması, viskozitenin düşmesi, buna bağlı olarak ana tahrik
motorunun çektiği akımın (amperin) düşmesiyle yavaş yavaş devir sayısı, dolayısıyla
çevresel hız artırılır ve 20 m/s’ye ulaşıldığı andan itibaren 15 dakika sayılır. 15 dakikanın
sonunda dispersiyona son verilir.
Ortalama olarak sıcaklık 50-60 °C, ancak bazı durumlarda 70˚C ,hatta 80 °C a çıkabilir.
Bundan dolayı dispers edilecek boyanın karakteri önceden iyi bilinmelidir.
Disolverde laminer akım, geometri ve 20-25 m/s lik çevresel hız (15 dakika süreli) çok
önemli parametrelerdir ve mutlaka uyulması gerekir.Birinin farklı olması tüm
dispersiyonu bozar. Disolverin mekanik parametrelerinin yanında, tüm bu şartlara uygun boyu
dispers formülasyonu (mill-base) ile, optimum dispersiyon gerçekleştirilir.
Laminer akımı yakalayacak formülasyonda ağırlıkça pigment yüzdesi, anorganik
pigmentlerde bağlayıcıya bağlı olarak, 50- 80 % arasında,organik pigmentlerde bağlayıcıya
bağlı olarak 15- 30 % arasında değişir.
Disolverin diskontinü bir dispersiyon aparatı olması ve kolay disperze edilebilen pigmentler
dışında ezilmeyi son dispersiyon kademesine kadar götürememesi, bu aparat için bir
dezavantajdır. Bundan ötürü bir ön disperze edici olarak dikkate alınması gerekir
Ancak bunun yanı sıra dispersiyon süresinin çok kısa olması (15 dakika), seri halde çalışma
imkanını vermesi, öğütücü kürelere ihtiyaç göstermemesi, temizlenmesinin az bir zaman
alması, bunlara ek olarak alçak devirden yüksek devre, dolayısıyla düşük çevresel hızdan,
yüksek çevresel hıza kadar istenen hızda çalışma olanağını vermesi v.s. gibi birçok yararlı yönleri
vardır. Ezilecek boyanın 15 dakika dissolverde bir ön dispersiyondan sonra, kum
değirmeninde son öğütmeye geçilince, ikinci aparatın kapasitesi ortalama 50 % oranında
artmaktadır (Disolver + Boncuk Değirmeni kombinasyonu). Ancak su bazlı ve pigment olarak
yalnız titandioksit içeren inşaat boyalarında, disolver tek başına kullanılabilir.
7.4.2.2. Çift milli disolverler:
Disolverler genelde tek mil ve bunun üzerinde tek disolver organı içerir.
Resim 17). Bunun yanında çift milli disolverler de yaklaşık otuz yıldan bu yana boya
imalatında kullanılmaktadır.Çift milli disolverlerin üç disolver organı bulunur.(Şekil 7).
Bu miller birbirlerine ters yönde döner ve her iki milin üzerindeki organların meydana
getirdiği akımın birleştiği noktada çevresel hız 30 m/san’nin üzerine çıkar
Resim 8
Tabiatıyla bu ortaya çıkan sürat 25 m/san den daha iyi dispersiyon yapmayacaktır ama,
disolver organlarının kesişme noktasında ortaya çıkan diferenz hız, tüm kazanın içinde dispers
edilecek boyanın, çok daha iyi bir sirkülasyonunu sağlayacak, çok daha az ölü noktanın
oluşmasına neden olacak ve dolayısıyla dispersiyonun kalitesini yükseltecektir.
Pratikde çift milli disolverlerin tek milli disolverlere oranla, 5-10% daha etkin dispersiyon
aparatı oldukları tespit edilmiştir.
7.4.2.3. Kapalı sistemde çalışan disolverler
Diğer
taraftan
günümüzde
tamamen
kapalı
sistemde
çalışan disolverler, gittikçe
daha fazla kullanım alanı bulmaktadır.
Tüm disolver birimleri kapalı bir kazana monte edilmiş olup, kazanla birlikte komple bir
ünite oluşturur. Kazan üstü bombede 3 tahrik motoru vardır ve bunlar (Resim 9.1).
1) karıştırma mili (sağ)
2) dissolver
mili (sol)
3) sıyırıcı
mili
ni çevirir. Katı komponentlerin dolumu esnasında karıştırıcı mili çalışır, daha sonra
dissolver mili devreye girip dispersiyon tamamlanır.
Bunlarda karıştırıcı ve disolver milleri ayrı ayrı tahrik aldıklarından, disolver mili için
kademesiz devir ayarlı bir sisteme ihtiyaç yoktur. Ancak disolver tahrik motoru çift
devirlidir.
Disperze edilecek boyanın (veya sıvının) çok viskoz olması halinde, üçüncü tahrikle
çeperdeki ölü noktalarda oluşan birikintiler, sıyırıcı ile alınarak dispersiyona iştirak ettirilir.
Resim 9.2 de aynı sistemin tek tahrikli olanı görülmektedir, işlevi bir önceki ile aynı olup,
tüm dispersiyon, tek mil ve üzerindeki organla yerine getirilir.
Bu disperze ediciler 2.000 lt-14.000 it hacıma kadar kazan büyüklüğüne sahip olup, aynı
ünitede hem boya imalatı, hem de sıva imalatı mümkündür.
7.4.3. Boncuk değirmenleri (Perl Mili)
Üçlü silindir, özellikle küreli değirmenlerden 1950 li yıllarda kum değirmenlerine geçiş
olmuş ve kum değirmeni B. Amerika da 1952 de patentlenmiştir. Bu patent, öğütücü küre
olarak kumu (Ottavva Sand) öngördüğü için, bu öğütücüler, " Sand Mili " olarak literatüre
geçmiştir. 1957 de Du Pont Firması kum değirmenini (sand mili), boya imalatında
kullanılabilir noktaya getirdi. Daha sonraları öğütücü küre olarak cam veya çelik boncuk
kullanılarak boncuk değirmenleri (Perl Mili) kullanıma girmiştir. Kısaca kum değirmeni veya
boncuk değirmeni prensipde aynı olup, öğütücü küreleri farklıdır.
Şekil 9 da görüldüğü gibi, boncuk değirmenleri kontinü bir şekilde çalışır ve
1) şanzımanla donatılmış pompa
2) üzerinde aşağıdan yukarıya doğru sıralanmış öğütücü dilimlerini (disklerini) içeren
karıştırıcı mil
3) bu milin içinde bulunduğu soğutma ceketli ezme kazanı (ezme haznesi)
4) ana tahrik ünitesi (elektrik motoru veya hidrolik tahrik)
olmak üzere dört ana parçadan oluşur.
Boncuk değirmenlerinin çalışmasını ve aglomeratların parçalanmalarını inceleyelim,
7.4.3.1. Boncuk değirmeninin çalışma prensibi
Ezilecek boya komponentleri, daha önce bir kazanda karışmış ve disolverde ön
dispersiyona uğramış olarak, besleme pompası aracılığıyla boncuk değirmeni ezme
haznesine alttan verilir. Pompayı kendisine bağlı şanzımanla kademesiz ayar imkanı vardır.
Kontinü çalışan boncuk değirmeninde pompa ayarı çok önemlidir. Zira pompa ayarı malın
kazan içinde kalış süresini, dolayısıyla ezilme süresini etkiler. Hızlı geçiş kısa ezilme
süresini, ağır geçiş, uzun ezilme süresini meydana getirir. Bu itibarla istenen inceliğe
ulaştıktan sonra, kazan çıkışından kronometre ile örneğin dakikada kaç litre, dolayısıyla
saatte kaç litre mal geçtiği belirlenip, artık pompa ayarına dokunulmaz ve geçişin hep
aynı debide olup olmadığı belli aralıklarla kontrol edilir. Herhangi bir nedenle debi
değişirse, yeniden yukarıda anlatıldığı şekilde debi tespiti yapılır ve bir daha
değiştirmeksizin imalata devam edilir. İmalat muhakkak sabit debide sürdürülmelidir.
Debi ayarı yapılırken değirmenden geçen boya ayrı bir kazana alınır. Keza debi ayarını
yaptıktan sonra da, öğütme haznesi iç hacmi kadar, örneğin hazne 100 lt ise, değirmenden
ilk geçen 100 lt boya, yukarıdaki ayrı kazana alınır. Ancak bundan sonra değirmen çıkışı,
(ezilen boya) mamul mal kazanma verilir. Öncekiler yeniden değirmen girişine verilerek
bir daha disperze edilir.
şekil 10
Milin tahrikiyle üzerindeki dilimler, 8-12 m/san’ lik bir çevresel hızla dönmeğe başlar.
Ezilecek boyayla, öğütme kürelerini bir karışım olarak kabul edersek, bu karışım öğütme
dilimlen kenarlarından haznenin iç yüzeyine doğru süratle itilir. Bu sürat dilim kenarlarında
maksimum, hazne iç yüzeyinde minimumdur. Bunun sonucu, uyguladığımız mekanik
enerjinin büyüklüğüne ve disklerin toplam yüzeyine bağlı olarak kesme kuvveti, aynı şekilde
kanatların haznenin iç yüzüne olan uzaklıklarıyla orantılı olarak kesme eğimi ortaya çıkar.
Ayrıca her iki disk arasında bir ezilme kamarası oluşur ve burada turbulenz akım söz
konusudur. Aglomeratlar iki faktöre (kesme kuvveti ve kesme eğimi) bağlı olarak
kazandıkları süratle karşılarına gelen bir kütle ile çarpışmaları sonucu parçalanır. Bu
karşılarına gelen kütle öğütücü boncuklardır. Öğütücü boncuk kum olduğu gibi, çeşitli
büyüklükteki ve çeşitli kimyasal bileşimdeki küreler de olabilir. Ancak aglomeratların
kendisi de bir öğütücü kütle gibi birbirleriyle çarpışarak ezmeye yardım eder. İşte bu anda
ezilen boyanın, başka bir deyimle dispersiyon maddesinin göstereceği akışkanlık özelliği
önemli bir rol oynamağa başlar.
Çarpışmanın sıklığı ve şiddeti oranında iyi bir ezilme yapılmış olur. Bu da uygulanan
mekanik enerjinin yüksekliği ve aparatın geometrik büyüklüklerinin ortaya çıkardığı
kesme kuvveti ve kesme eğimi ile sistemin göstereceği akışkanlık özelliğine, sıkı sıkıya
bağlıdır.
Boncuk değirmenlerinde aşağıda görülen çeşitli öğütücü küreler kullanılır. Boncuk
değirmenleri, imalatçısına ve yapacağı işe bağımlı olarak, farklı geometri ve dilim kesitleri
gösterir. Şekil 10’da farklı dilimleri görüyoruz.
Öğütücü küreler
Tane iriliği
yoğunluğu
Ottowa kumu
0,8 mm
2,62
Cam boncuk
1,6-2,8 mm
2,62
Zirkon boncuk
1,6-2,2 mm
3,76
Çelik boncuk
2,0-2,5 mm
7,8
Şekil 11
7.4.3.2. Konvensiyonel boncuk değirmenleri
Konvensiyonel boncuk değirmenleri atmosfere karşı açık konumda olup, dikey kazanlıdır ve
kazanın üst tarafına çepeçevre oturmuş bir elek kovasını içerir. Ezilecek boya aşağıdan girip,
ezilmesini ve dolayısıyla dispersiyonunu tamamlamış olarak kazanı üst taraftan terkederken,
tabiatıyla öğütücü küreler içerde kalmalıdır. Bir başka deyimle, boyanın kazanı terk ettiği
bölgede boyayla öğütücü küreler arasında bir ayrılma (seperasyon) sağlanmalıdır ki, bu
işlemi elek kovası yerine getirir. Elekten geçen boya dışarı alınır, küreler kazan içinde kalır.
Şekil 12, boyanın kazan çıkışında öğütücü kürelerden ayrılmasında farklı çözümleri
gösteriyor .
6.4.3.3. Kapalı boncuk değirmenleri
Zaman içinde, özellikle mekanik salmastralı sistemlerin gelişmesiyle boncuk değirmenleri de
büyük bir gelişme göstermişlerdir. Elek kovası kalkmış, yerine içinde mekanik salmastra
içeren bir kafa monte edilmiş ve mekanik salmastra sayesinde kazan gövdesiyle kafa
tarafındaki tahrik kısmı mükemmel bir şekilde contalanmıştır.
Şekil 12
Bunun sonucu kapalı sistem boncuk değirmenleri imal edilmiştir. Bugün dikey kazanlı, yatay
kazanlı, daire kesitli, kare kesitli olmak üzere birçok boncuk değirmeni kullanılmaktadır.
Bunların tümü atmosfere karşı kapalı olup, dispersiyonun bittiği uç noktada öğütücü
küre / boya ayrılması bir tür kapalı elek sistemiyle yapılır. Bu kapalı tip boncuk
değirmenlerinin konvensiyonel tip (atmosfere açık) boncuk değirmenlerine karşı
birçok üstün tarafları vardır.
Bunlardan bazıları;
1) Atmosfere kapalı olduklarından, imalatın kesilmesi, ertesi güne bırakılması halinde,
herhangi bir çözücü uçması ve boyanın kuruması söz konusu olmayıp, akşam durdurulan
makine, ertesi gün sabah butona basarak çalıştırılır (kazan içinde çökme olmaması
kaydıyla).
2) Kapalı
bir
sistem
olduğundan
çok
daha
çalışabilir. Dolayısıyla kapalı sistem boncuk
yüksek
bir
viskozite
alanında
değirmenleri, konsantrasyon üçgeninde
Daniel akışkanlık eğrisine yakın bölgedeki viskozite alanına belli bir mesafeye kadar
yaklaşır. Bu değirmenlerde dişli pompa ile besleme yapılır ve dişli pompanın basabildiği
viskozite yüksekliğine
formülasyonunda
çıkılabilir. Tabii
operatöre
çok
bu
önemli
imkan
özellikle
imkanlar
optimum
dispers
sağlar(yüksek pigment
konsantrasyonunda çalışma gibi).
3) Çıkış vanasının belli bir düzeyde kapalı konuma getirilmesiyle kazan içinde 3 bara kadar
çıkabilen bir basınç yaratılarak daha yüksek performansda ezme sağlanabilir.
4) Dispersiyon
esnasında
atmosferle temasa gelince etkilenebilecek boyalar kapalı
tiplerde, atmosfer teması olmaksızın dispers edilebilir.
5) Boya ve öğütücü küre ayrılması kazan içinde kapalı ortamda olduğundan, boyanın
kazan üzerinden taşması sorunu yoktur.
7.4.3.4. Yatay - dikey kazanlı boncuk değirmenleri
Kısaca yatay ve dikey kazanlı değirmenlere de değinelim. Bazı kapalı boncuk değirmeni
imalatçıları öğütme kazanını yatay konumda, bazıları dikey konumda imal etmektedir. Yatay
ve dikey konumda olmasının dispersiyon efektine çok etkili olduğunu biz saptamadık.
Şekil 13
Kapalı Tip Dikey ve Yatay Değirmenlerin Temel Yapıları .
Olsa olsa dikey konumda olanların belli bir avantajı olabilir. Zira disperze edilecek boya
pompayla aşağıdan verilip, yukarıya doğru çıkarken, haliyle öğütücü küreler kendi
ağırlıklarıyla aşağıya doğru basacak ve böylece ilave karşı bir basınç oluşacaktır ve bunun
sonucu dispersiyon kalitesine pozitif bir katkı gelmelidir.
Şekil 13 de her iki sistemi şematik olarak görüyoruz.
7.4.3.5. Farklı kazan kesitlerinin dispersiyona etkisi
Boncuk değirmenlerinin öğütme kazanlarının kesitleri de dispersiyona etki eden bir başka
parametredir. Yapılan bir araştırmada aşağıda gösterilen kesitler incelendi. Bu araştırmada
renk kuvveti baz alınmış ve tabiatıyla aynı şartlarda yapılan dispersiyonda, en yüksek renk
kuvvetini gösteren sisteme, en iyi puan verilmiştir. Buna göre en kötü sonuç daire kesitte
alınırken, en iyi netice kare kesitte alınmıştır. Daire kesitte milin kazan içindeki dönüşü
esnasında öğütücü küreler ve boya, kazanın çeperini yalayarak geçerlerken, kare kesitte 1
dönüşte yatay düzlemde her bir köşeye gelişte çarpma (kompresyon), geri dönme
(dekompresyon) meydana geliyor ve bir dönüş tamamlandığı vakit, bunlar toplam dört defa
ortaya çıkmış oluyor.
Resim 2 Daire Kesitli
Boncuk Değirmeni
Resim 3 Kare Kesitli Çift Kamaralı
Boncuk Değirmeni
Bunun sonucu aynı şartlarda yapılan dispersiyonda, kare kesitin, konvensiyonel daire
kesite oranla 2-4 kat daha fazla verimli olduğu bildirilmektedir.
Resim 2’de konvensiyonel daire kesitli, Resim 3’de ise kare kesitli çift kamaralı boncuk
değirmeni görülüyor. Öğütücü küre olarak;
68,5 % ZrO2
31,5 % SiO2
içeren zirkon boncuklar daha fazla tavsiye edilmektedir (Resim 4). Bunların fiziksel
özellikleri aşağıda verilmiştir.
Yoğunluğu
: 3,76 g/cm3
Dolum ağırlığı
: 2,36 lt/kg
Sertlik
: 7 mohs
Renk
: beyaz
Resim 4
Çift kamaralı boncuk değirmenlerinde tavsiye edilen zirkon boncukları;
1. kamara için 0 1.6 - 2,5 mm
2. kamara için 0 1,0 - 1,6 mm
Zirkon boncukların çalışma ömürleri cam boncuklara oranla 3 defa daha uzundur.
Gerek konvensiyonel, gerekse kapalı tip boncuk değirmenlerinde de disolverde olduğu
gibi ilerleyen dispersiyon süresiyle ısı açığa çıkacaktır. Tüm kazanlar çift cidarlı olup,
dışta soğutma ceketi vardır ve su ile soğutulur.
Soğutma suyu hattının montaj şekli çok önemlidir. Giriş suyu genelde pompayla beslenen
5-6 bardaki sirkülasyon suyu olmaktadır. Bu basınçtaki su soğutma ceketine verilirse, şişme
veya çatlamalar olabilir. Bunu önlemek için giriş flanşı her zaman çıkış flanşının yarısı kadar
olmalıdır. Örneğin 1 inch boru (veya flanşla) ile giriş yapılıyorsa, çıkış minimum 2 inch
olmalıdır.
7.4.4. Küreli değirmen
Küreli değirmenler ve üçlü silindirler, disolver ve boncuk değirmenlerinin gelişmeleriyle, eski
önemlerini kaybetmişlerdir.Bugün küreli değirmen kullanan boya fabrikası hemen hemen
kalmamıştır.
Üçlü silindirler az da olsa kullanılmakta olup, en çok matbaa mürekkebi imalatında
görülmektedir. Üçlü silindirlerin en büyük avantajı çabuk temizlenebilir olmalarıdır.
Küreli Değirmenler, diskontinü öğütücülerdir. Boyada kullanılan tipleri, iç yüzeyi tercihen
porselen kaplı ve içinde seramik öğütme küreleri bulunan yatay konumda silindirik bir
kazan görünümündedir. Ezilecek boya karışımı küreli değirmene konur ve kazanın
dönmesiyle, seramik küreler bir dönüm esnasında kazan çeperinde eriştikleri en üst noktadan
hem kendi ağırlıkları, hem de ulaştıkları çevresel hızla aşağıya düşer. Bu düşüş esnasında
hem birbirlerine hem çepere çarparken, boya karışımı içindeki pigment partiküllerine de
çarparak onları ezer. Tabiatıyla burada küreli değirmen kazanının dönme hızı, küreleri belirli bir
yüksekliğe çıkarıp, oradan hızla düşmelerine ve kütleye bir hareket verecek kadar olmalıdır. Burada
kritik devir sayısı veya kritik hız (Vn) karşımıza çıkar. Bu hız aşılırsa, küreler çıktıkları yükseklikten
aşağıya düşmek yerine, kazanın iç çeperine oturarak beraber dönmeye başlar .
Resim 5
Küreli değirmen
Öğütme gücü: kürelerin aktif öğütme bacımlarının, dolayısıyla yarıçap büyüklüklerinin bir
fonksiyonu olmaktadır. Kürelerin çaplarının küçük olması (artan aktif öğütme hacmi) oranında
öğütücünün gücü artar. Ancak öğütme gücünü arttırmak amacıyla kürelerin çaplarını küçültmek
belli bir sınırda son bulur. Küçülen küreler bir yandan aktif öğütme hacmini arttırırken, diğer
yandan da üçüncü derece kuvvetinde ağırlıklarından kaybederler. Ağırlık kaybı vurma
gücünün düşmesine sebep olduğu gibi, öğütülen maddenin artan viskozitesiyle, öğütmek yerine
onun içinde yüzmeleri tehlikesini ortaya çıkarır. O halde kürelerin büyüklüğü seçiminde
öğütülecek maddenin viskozitesini göz önüne alarak, mümkün derecede küçük çaplı, buna
karşılık yoğunluğu büyük olan küre seçimine gidilmelidir.
Burada başka bir noktayı da gözden kaçırmamak gerekir. Yoğunluğu yüksek olan çelik küreler
dispersiyon şiddetini artırırken, diğer yandan metal aşınması dolayısıyla açık tondaki pigment
dispersiyonlarında renk tonu koyulaşmasına sebep olur.
7.4.4.1. Öğütme Kazanının Doldurulması
Değirmen içindeki disperze edilecek madde ile öğütücü kürelerin hacmi da belli bir sınırın üstüne
çıkmamalı, öğütücü küre + öğütülecek boya hacminin toplamı, değirmenin iç hacminin yarısını
geçmemelidir. Belli bir hacmi dolduran küreler arasında ara boşlukları bulunur. Kürelerin
birbirlerine en yakın olarak bulundukları andaki ara boşluğuna Vk ve öğütülecek madde hacmine
de Vp dersek, ideal hal Vp=Vk olmalıdır. Ama hiçbir zaman Vp, Vk’dan büyük olmamalıdır. Vp’nin
düşmesine karşılık, dispersiyon sürati ters orantılı olarak artar. Vp’nin Vk’dan büyük olması
halinde ise, dispersiyon sürati ters orantılı olarak ikinci derece kuvvetinde azalır. Bu anda bir
temas noktasına bir zaman birimi içinde rastlayan elementer parçacıkların sayısı düşer.
Belirli bir hacmi dolduran küre şeklindeki parçaların
aralarında hapsolan boşluk (ara
boşluğu), kürelerin toplam hacminin 40% ı kadardır. Örneğin Vp=Vk halini, hacmi 1 m3 olan
küreli değirmene uygulayalım. Kürelerin gerçek hacmi (ara boşlukları gözönüne almaksızın)
300 lt, oysa toplam hacimleri (ara boşlukları ile birlikte) 500 lt ve doldurulacak öğütülecek
maddenin hacmi ise, 200 lt 'dir (Vp=Vk=200 lt).
Görüldüğü gibi öğütücü madde ile öğütülecek maddenin toplam hacmi değirmen hacminin
yarısını kaplıyor, diğer yarısı serbest hacım olarak kalıyor .
Carr, 65 %’lik bir doldurumu teklif etmektedir.
7.4.4.2. Ezilen boyanın viskozitesi
Dispersiyon esnasında düşen viskozite ile, çarpışmalar ve kesme eğimi artar, buna karşılık,
kesme kuvveti düşer. Artan viskozite ile de tam aksi söz konusudur. Kısaca düşük viskozitede
kesme kuvveti aglomeratları bölecek büyüklükte olamıyor, yüksek viskozitede ise kesme
kuvvetinin artmasına karşılık, kesme eğimi düştüğünden, çarpışma sayısı düşüyor, sonuç
dispersiyon sürati yine düşük oluyor.
Bu düşünce şekli yalnız küreli değirmen için değil, az veya çok diğer disperze ediciler için
de (kendi viskozite alanlarında kalmak şartıyla) geçerlidir.Küreli değirmenlerde viskozite 50200 DIN 4 saniye aralığında olmalıdır.
7.4.4.3. Dispersiyon süresi
Dispersiyonun gelişimi dispersiyon süresi ile elele gider. Hangi sürenin seçileceği sorusu
tamamen eldeki sisteme bağlı bir şeydir. Örneğin ftalosiyanin mavisinin bir alkid reçinesi ile
dispersiyonu yaklaşık olarak 70 saat sürmesine karşılık, titan beyazının aynı bağlayıcı
çözeltisindeki dispersiyonu için 24 saat yeterli olabilir. Ancak bu zamanı genelleştirmek
gerekirse, 24 saatin altına düşmemelidir. Resim 24 de aynı boya sisteminin, üstte red devil
çalkalayıcı test cihazı ile 6-360 dakika, altta laboratuar bilyalı değirmeni ile 2-120 saatlik
farklı dispersiyon süreleri sonunda, mikroskopla çekilmiş fotoğraflar görülmektedir. Burada her
iki aparattaki pigment ezilmesi adım adım takip edilebilir.
Resim 6
7.4.5. Üçlü silindirler
Üçlü Silindirlerde ezme Şekil 14’de görüldüğü gibi öğütülecek boyanın valsler arasından
geçerken ezilmesiyle meydana gelir. (Şekil 14)
Tane iriliğinin 10 mikron ve onun altına inmesi istendiğine göre, vals aralıklarının da tüm
eksen boyunca 10 mikronun altında tutulması gerekir. Bu da üçlü silindirlerin ne derece
hassas cihazlar olmaları gerektiğini ortaya çıkarıyor.(Resim 7)
1. silindir besleme, 2.'si merkez, 3.'sü ise toplama silindiridir. Besleme silindiri, disperz
edilecek boyayı merkez silindire taşır. Burada besleme silindiriyle merkez silindir arasında
ortaya çıkan çok yüksek bir kesme kuvveti ile boyanın ezilmesi söz konusudur. Aynı
düşünce tarzı toplama silindiri için de geçerlidir.
Her ne kadar üçlü silindirler bugün boya sanayiinde çok az kullanım alanı buluyorlarsa da,
yüksek viskoziteli malzemelerin, örneğin macunların dispersiyonunda ve ezilmesinde üçlü
silindirler bugün hala vazgeçilmez dispersiyon makineleridir. Kapalı tip boncuk değirmenleri
besleme pompasının basabileceği en yüksek viskozitede boya karışımını basabilir ama,
macunlar için üçlü silindir gerekir. Üçlü silindirin viskozite alanı konsantrasyon üçgeninde
Daniel akışkanlık eğrisinin hemen sol tarafındadır ve bu çalışma aralığı üçlü silindirlerde bir
pompanın basamadığı yüksek viskozitedeki bir boya veya macun karışımının ezilmesine
olanak sağlar.
7.5. Dispers Formülasyonu ( mill - base ), Konsantrasyon Üçgeni
Girişte boyanın bir üçlü olduğunu ve bunların konsantrasyon üçgeninde buluştuğunu
görmüştük.
Şekil 15’de orta yağlı alkid reçinesi içeren bir oto tamir boyasının optimum dispers
formülasyonunu inceliyoruz .
Bu konsantrasyon üçgeninin BS kenarında S den B ye doğru bağlayıcı konsantrasyonu
artıp, B de 100 % olur.BS Kenarında pigment konsantrasyonu daima sıfırdır.
BP kenarında B den P ye doğru pigment konsantrasyonu artıp, P de 100 % olur.
BP kenarında, solvent konsantrasyonu daima sıfırdır.
PS kenarında P'den S 'ye doğru solvent konsantrasyonu artıp, S de 100 % olur.
PS kenarında bağlayıcı konsantrasyonu daima sıfırdır.
Kısaca her iki noktayı birleştiren kenar yalnız o iki maddeyi içerip, üçüncüyü içermez.
Üçgen alanı içinde her nokta, her üç komponenti birden içerip, üçünün toplamı daima
100’dür. PS kenarına paralel her doğru aynı konsantrasyonda bağlayıcı içerir, BS kenarına
paralel her doğru aynı konsantrasyonda pigment içerir. BP kenarına paralel her doğru aynı
konsantrasyonda solvent içerir.
Şekil 15
Diğer taraftan BS kenarında 50 ile P yi birleştiren doğru üzerindeki her nokta 50 % 'lik
bağlayıcı çözeltisini, P ile örneğin 30 u birleştiren doğru üzerindeki her nokta, 30 % 'luk
bağlayıcı çözeltisini içerir. Bu diğer konsantrasyonlar için de geçerlidir.
Bu konsantrasyon üçgeninde hem her makine ve cihaz için belli viskoziteyi içerecek
alan buluruz, hem de yeni reçetelerimizin formülasyonunu geliştiririz.
Konsantrasyon üçgeninde PS kenarının hemen üzerinde görülen eğri, Daniel akışkanlık
eğrisidir. Bunu biraz sonra detaylı olarak inceleyeceğiz.
7.5.1. Optimum dispers formülasyonu - PVK / KPVK
Varsayalım ki, bizim son formülasyonumuz 29 olsun (Şekil 15).
29 un bileşimi;
1000 kg için
1667 kg için
Pigment
15 %
150 kg
250 kg
Bağlayıcı
35 %
350 kg
583 kg
Solvent
50 %
500 kg
834 kg
Yine varsayalım ki biz boncuk değirmeni için dispers formülasyonu geliştirmek istiyoruz ve
optimum dispers formülasyonu olarak 27 yi tespit ettik ve ona göre boncuk değirmenini
kullanıyoruz. 27 'nin bileşimi;
1000 kg için
Pigment
25 %
250 kg
Bağlayıcı
30 %
300 kg
Solvent
45 %
450 kg
Eğer elimizdeki boncuk değirmeni, bu pigmenti içeren boya dispersiyonunu (27 yi)
1000 kg/saat kapasiteyle eziyorsa; saatte 250 kg pigmenti disperze ediyor demektir. Nihai
reçete 15% pigment içeriyor, başka bir deyimle 250 kg/saatlik pigment ezme kapasitesiyle biz
27’ye göre 1000 kg boya imal ederken, 29’a göre 1667 kg son reçeteye denk gelecek pigmentçe
daha konsantre bir boyayı imal etmiş oluyoruz. Pigment dispersiyonu tamamlandıktan sonra,
27’ye göre eksik kalan 283 kg reçine çözeltisi ve 384 kg solvent ilave edilerek 29’a orjinal
noktaya getirilir ve bu sayede, 1000 kg/saatlik bir kapasite ile 1687 kg boya (29.nokta) imal
ederek, azımsanamıyacak bir randıman artışı, ama aynı zamanda mükemmel bir dispersiyon
kalitesi sağlanır.
Burada 27’inci nokta 29’un optimum dispers formülasyonudur.
Optimum dispersiyon
reçetesi
bize birim zamanda en yüksek , konsantrasyonda
pigment + dolguyu disperze etme (ezme) imkanını sağlayarak, birim zamanda en
yüksek boya imalatını ve maksimin parlaklık, maksimum renk kuvvetini (colour
strength)
verir. Zaten maksimum
pigment
konsantrasyonu
öğütücü
kürelerin
birbirleriyle de çarpışmalarına neden olup, dolayısıyla boncuklardan ayrı, ek bir çarpma
efekti getirerek ezmeyi çok daha iyi boyutlara taşır. Ancak yeniden aynı noktaya geliyor
ve kullandığımız disperze edici makinenin ve bizim boya sisteminin karakterine uygun
akışkanlık ve dolayısıyla viskozite aralığını seçmemiz gerekir diyor ve bunun altını bir
daha çiziyoruz.
Optimum dispers formülasyonunun belirlenmesi
Şekil 24 de Daniel eğrisine göre her disperze edicinin alanını belirliyoruz. Buna biraz
sonra etraflı olarak değineceğiz.
Yine varsayalım ki orijinal reçetemiz 29 nolu noktada olsun. Ama biz disolver +
boncuk değirmeniyle mümkün derecede yüksek konsantrasyonda pigment ezmek ve
ona göre reçetemizi ayarlamak istiyoruz. Böylece 1’den 41’e kadar, sistemli bir
araştırma yapar ve bunların içinde optimum neticeyi verecek formülasyonu yakalarız.
Tabiatıyla burada 1-41 arası denemeyi tek tek yapmaya gerek yoktur. Ancak disolver
için ayrı, boncuk değirmeni için de ayrı optimum dispers formülasyonu tespit etmeliyiz.
Dikkat
edersek
BP
kenarına
paralel
doğrularda
P
noktasına,keza
Daniel alışkanlık eğrisine ne kadar yaklaşırsak, o kadar çok pigmenti disperze eder ve
birim zamanda o kadar fazla boya imal eder, başka bir deyimle elimizdeki makineyi en
randımanlı şekilde kullanmış oluruz.
Ancak burada kuru boya filmindeki Pigment Volum Konsantrasyonu kısaca PVK yi
inceleyelim.
PVK % = (VP+ VD)*100 / (VP + VD + VB)
VP = Toplam kuru filmdeki pigmentin hacimsel payı
VD = Toplam kuru filmdeki dolgunun hacimsel payı
VB = Toplam kuru filmdeki bağlayıcının hacimsel payı
Pigment ve dolgu hacminin boya filmindeki miktarının, bir başka
deyimle PVK nın artması, boya tabakasının;
¾ nem geçirgenliği(D) ,
¾ korozyona dayanıklılık( C),
¾ kabarcıklanma (B),
¾ parlaklık(A),
gibi karakteristik özelliklerini değiştirir.
Eğer bunları Şekil 16’da grafik halinde incelersek şu sonuçları çıkarıyoruz.
Şekil 16
Film karakterine PVK’nın etkisi (Asbeck)
Artan PVK ile bu tüm özellikler değişiyor ama eğrilerin hepsi noktada keskin kıvrım
yapıyor. Bu noktaya Kritik Pigment Konsantrasyonu KPVK adını veriyoruz. KPVK’ya
ulaşıldığı vakit boya filminin özellikleri bozuluyor, koruma vasfı geriliyor ve kayboluyor,
porozite süratle artıyor.
Kritik Pigment Volum Konsantrasyonunu kesinlikle aşmamak gerekir. Aşıldığı an
pigmenti sarmaya yetecek bağlayıcı olmayacak, dolayısıyla tüm sistemin stabilitesi
bozulacaktır. Bir başka deyimle biz formülasyonlarımızda PVK ve özellikle KPVK ile
sınırlıyız.
Grafiği incelemeğe devam edelim.
Artan PVK ile daha doğrusu KPVK ya yaklaştıkça;
¾ parlaklık düşüyor,
¾ kabarcıklanma azalıyor,
¾ paslanma eğilimi artıyor,
¾ nem geçirgenliği artıyor.
KPVK ile öyle bir noktaya erişiliyor ki, kuru filmde pigment tanecikleri birbirine iyice
yaklaşmış ve aralarındaki boşluklar katı haldeki bağlayıcı ile doldurulmuş konumdadır. Daha
da artan PVK ile filmin yapısı bozulur ve kabarcıklanma kabiliyeti süratle yükselir.
Bir pigmentin verilen bir bağlayıcı içindeki konsantrasyonunu sürekli olarak artırıp,
ölçülen geçirgenlik değerleriyle elde edilen eğri ve maksimum geçirgenlik noktasıyla
KPVK tespiti yapılır. Asbeck ve Van Loo KPVK’ya hangi faktörlerin tesir edebileceğini
araştırdılar. Bir pigmentin farklı bağlayıcılarla farklı KPVK değerleri verdiğini gördüler. Örneğin
anatas-titandioksit ham keten yağıyla 26%’yi verirken, keten yağı - stand oil de 38%’i verdi.
Bunların karışımında ise bulunan KPVK, ikisinin teorik olarak hesaplanan ortalamasına
uymuyordu .
Boya filminin fiziki yapısı, başka bir deyimle pigment+dolgu hacmiyle bağlayıcı hacmi
arasındaki münasebetin çok önemli oluşu, konuyla ilgili birçok araştırma yapılmasına neden
olmuştur. Zira bu münasebet, doğrudan doğruya boya filminin koruma performansına yön
vermektedir. Tabiatıyla boya filminin kalitesini yalnız PVK etkilememekte, bunun yanında;
a) hacimsel yerleşim, bir başka deyimle pigment yerleşimi ve sıklığı,
b) pigment/bağlayıcı yüzey aktivitesi, ıslatma davranışı da önemli faktörlerdir.
En sıkışık pigment yerleşimi yüzde miktarını, şu formülle ifade ediyoruz;
V = 100 – KPVK
Bağlayıcı yüzde miktarı da şu formülle ifade edilebilir;
Vbm= 100 - PVK
Boya filmi karakteri, PVK/KPVK ya bağlı olmaktadır.
PVK/KPVK = Q dersek, Q değeri bize bazı boya film karakterleri için belli değerler verir.
Herbir boya türü için önemli karakter ve karakterler tespit edilir. Örneğin emaye boyaları için
bunlar parlaklık ve sertlikken, astarlar için yapışma ve iyi kat kabulü (üst kat sürülebilirliği)
gibi vasıflardır. Bu karakterlere bağımlı olarak Q değerleri tayin edilir.
Sonuç olarak, tespit edilmiş şu Q değerlerini ifade edebiliriz .
Hacımsal %
Astarlar
için
85-95
Ara katlar
Son katlar
70-85
"
25-65
Optimum dispers formülasyonunu tespit ederken, konsantrasyon üçgeninden (Şekil 24)
bizim çalışma alanımıza rastlayan kesitini alıp, büyültürsek Şekil 26 yi elde ediyoruz ve bu
bize şu avantajları sağlıyor.
Tespit ettiğimiz noktaları daha geniş bir alanda işaretleyebiliyor ve onların üzerine
yaptığımız laboratuar test sonuçlarını işleyebiliyoruz. Örneğin viskozite, parlaklık, renk
kuvveti ve diğer. Bu sayede test sonuçlarının tam yerine işlenmiş oldukları, çok değerli
grafiksel tablolar elde ediyoruz ve hangi yöne gidersek, test parametrelerinin lehinde ve
aleyhinde ne şekilde değiştiğini hemen görebiliyoruz . Dispersiyon sonunda ulaşılan ince tane
dağılımı, yüksek parlaklık ve yüksek renk şiddeti, iyi bir dispersiyonun yapıldığını gösterir.
Örneğin Şekil 26 da daha önce belirttiğimiz noktalan ve bunların herbır üzerine kendi renk
şiddetini işlenmiş olarak görüyoruz.
1. Burada
ayrıca,
bağlayıcı çözeltisinin
konsantrasyon doğrularını
görüyoruz.
aşağıdan
yukarıya
5% ‘lik aralıklarla artan
Her doğru üzerindeki tüm noktalar, aynı
konsantrasyondaki bağlayıcı çözeltisini gösterir.
2. Ayrıca şu sonucu kolaylıkla çıkarıyoruz. Yüksek renk şiddetini yakalamak için;
¾ düşük konsantrasyondaki bağlayıcı çözeltisi yerine 40%’lık
çözelti ile optimuma
ulaşılmakta, dolayısıyla optimum dispers formülasyonunda 40%’lık bağlayıcı çözeltisi
ile çalışılmalıdır.
¾ 40%’lık bağlayıcı çözeltisi doğrusunda, artan pigment konsantrasyonu ile daha yüksek
renk kuvvetine ulaşılabiliyor (27. nokta). Daha yüksek konsantrasyonda dispersiyon
şartlan bozuluyor ve sonuçlar kötüleşiyor. Bunun gibi diğer test sonuçları da bu
tabloya taşınarak, sistematik bir şekilde dispersiyon kademeleri ve optimum reçete
araştırması yapılır.
Şekil 17
7.5.2. Yağ sayısı (oil absorption) ve tayini
Bir pigmentin yağ sayısı tayini, prensip olarak birbirlerinden pek farklı olmayan birkaç
metodla yapılır.
1) Rub-Out
2) Gardner Coleman
3) Azam
4) Hoffman
Bunlardan Gardner Coleman metodu üzerinde durmak istiyoruz. 250 ml’lik bir behere 5 g
pigment tartılır, 0.1 ml’ye kadar hassas bir bürete konan keten yağı damlalar halinde
behere ilave edilir. Her damladan sonra bir cam bagetle (çapı 4-5 mm) devamlı karıştırılır.
Pigment topaklar teşkil etmeğe, bir zaman sonra da bu topaklar birleşmeğe ve belli bir
miktar bağlayıcı çözeltisi ilavesinden sonra da bu kütle beherin çeperine macun gibi
yapışmağa başlar. Bu noktada büretten sarfiyat okunur. Bu sayı keten yağının yoğunluğu
ile çarpılır. Örneğin 5 g pigment için 4 g’lık bir yağ sarfiyatı olmuşsa, o pigmentin yağ
sayısı 80’dir denir. Bir başka ifadeyle; bulunan yağ sayısı, 100 g pigmenti çepeçevre
sarmak için gereken bağlayıcı miktarını verir .
Organik pigmentlerin yağ sayısı daha büyüktür. Zira, onların tane iriliği çok küçük,
dolayısıyla spesifik yüzeyleri daha büyüktür. Anorganik pigmentlerde aksi olup, tane iriliği
büyük, spesifik yüzeyleri küçük ve dolayısıyla yağ sayıları da çok daha azdır.
Diğer taraftan organik pigmentlerin tane iriliğinin daha düşük olmasına rağmen, beklenenin
aksine, disperz edilmeleri (ezilmeleri) anorganik pigmentlerden çok daha zordur.
Sonuç olarak şunu söyleyebiliriz:
Bir pigmentin tane iriliği ne kadar düşükse, spesifik yüzeyi o kadar büyüktür ve dolayısıyla
yağ sayısı ve keza bağlayıcı gereksinimi de o oranda yüksektir.
Organik pigmentlerde düşük tane iriliği ve yüksek bağlayıcı gereksinimleri nedeniyle, dispers
formülasyonlarında çok yüksek konsantrasyonlara çıkılamaz. Buna karşılık anorganik
pigmentlerde açıklanan nedenlere dispers formülasyonunda yüksek konsantrasyonlara
çıkılabilir.
Yağ sayısı tayini gerçekte asit sayısı 3-4 olan ham keten yağı ile yapılır. Ancak biz bugüne
değin keten yağı, ya da eldeki 50-60 %’lık alkid reçinesi çözeltisi ile yaptığımız yağ sayısı
tayinlerinde pratik olarak hiçbir fark bulamadık.
Guggenheim Faktörü
Disolver ve silindirler için optimum dispers formülasyonunda Guggenheim Faktöründen
yararlanılır.
GF = 0,9* (KM/145) + (P/40)
KM = bağlayıcı çözeltisinin katı madde miktarı
P = aynı çözeltinin Pascal cinsinden viskozitesi
Guggenheim'a göre GF x yağ sayısı, disolver için optimum dispers formülasyonudur. Bize
göre bu formülasyon, silindirler için geçerli olup, disolverlerde özellikle organik pigmentler
için geçerli değildir. Disolver için biraz daha düşük viskozite alanı seçilmelidir. Örneğin
Guggenheim' a göre bir organik pigment için bulunan 30 % pigment konsantrasyonunu içeren
optimum dispers formülasyonu, pratikte 5-10 % daha az pigment içermek zorundadır.
Tüm bu görüşlerimizi Tablo 19 da topluyoruz.
Tablo 19 bize disolver ve boncuk değirmenlerinde optimum disperz formülasyonun
geliştirilmesinde yardımcı olacak organik ve anorganik pigment konsantrasyon aralığını
vermektedir.
Tablo 19
Disolver
Boncuk Değirmeni
ANORGANİK PİGMENT
50-80%
20-50 %
ORGANİK PİGMENT
15-35 %
8-30 %
Örneğin disolverde çalışırken pigmentlerde 60%, organik pigmentlerde 20% pigment
konsantrasyonu ile başlanıp, pigmentçe çok zengin ya da fakir bir alanda mı bulunulduğu
görülür. Buna göre hangi yöne yürümek gerekiyorsa, pigment konsantrasyonunu 3-5 %
artırmak veya eksiltmek suretiyle optimum dispers formülasyonu tespit edilir.
Aynı şey tabiatıyla boncuk değirmenleri için de geçerlidir. Burada organik pigmentlerde
13-15 %, anorganik pigmentlerde 35 % ile başlanır.
Elbette bu çalışmalar önce bir laboratuvar cihazında yapılır, sonra işletmeye taşınırsa daha
iyi olur. Ancak deneyimli bir göz özellikle disolverde işletme çapında da deneyebilir.
Boncuk değirmenlerinde kontinü tip laboratuvar cihazlarını(1-2 litrelik) öneririz.
6.5.3. Bir pigmentin Daniel Akış Eğrisi ve tayini
Yağ sayısı tayinine bağlayıcı çözeltisi ile başlanır ve yağ sayısı tayininden sonra
bağlayıcı çözeltisi ilavesine devam edilirse, öyle bir noktaya gelinir ki, baget yukarı
kaldırıldığında bu defa baget ucunda damlalar teşekkül etmeğe ve damlamağa başlar. Her
iki damla arasındaki süre tesbit edilir. Diyelim ki bu süre iki saniye olsun. Başlangıçta bu
sürenin tesbiti keyfi olarak yapılır. İki saniye yerine üç veya dört saniye de olabilir. Ama bir
defa tesbit edilince denemenin sonuna kadar sabit tutulur.
Şekil 18
Yağ sayısı tayini ile bulunan bağlayıcı gereksinimi, akışkanlık tayinine yetmeyip, Daniel
akışkanlık eğrisi için daha fazla bağlayıcı gerekir ve işlem şu şekilde yapılır .
5 g pigment tartılır. Bu defa önce 1 g çözücü ilave edilerek karıştırılır ve büretten bağlayıcı
çözeltisi ilave edilerek önceki gibi işleme devam edilir, ta ki baget ucunda damlama süresi iki
saniye olsun. Sarfiyat tesbit edilir. Aynı şekilde 2 g, 3 g, ve 4 g çözücüyü 5'er g pigmentle
karıştırıp bağlayıcı çözeltisi sarfiyatları tespit edilir ve böylece toplam beş akma noktası
elde edilir. Bu noktaların yüzde konsantrasyonları hesaplanır (bağlayıcı çözeltisindeki katı
bağlayıcı konsantrasyonunun söz konusu olduğu unutulmamalıdır) ve konsantrasyon üçgenine
bu noktalar taşınır. Bu beş noktanın meydana getirdiği eğri o pigmentin o bağlayıcı çözeltisi
ile olan akışkanlık eğrisi olup (c), bu eğrinin dışında sistem akıcı değildir. A alanı küreli
değirmen, boncuk değirmeni atritor, red devil için, K alanı silindir ve disolver için, L alanı
ise yoğurucu (Kneter) için uygun alanlardır, Şekil 18.
Daniel akışkanlık eğrisinin konsantrasyon üçgenine taşınmasıyla, dispersiyon makinelerinin
herbiri için çok değerli olacak viskozite çalışma alanları belirlenir.
Pigment dispersiyonu ile ilgili şimdiye kadar yaptığımız tüm incelemeleri, şematik bir
hale dönüştürerek boya imalatını şu şekilde özetleyebiliriz.
Tanka üç ayrı hattan pigment + dolgu, bağlayıcı + solvent karıştırma altında şu sırayla
ilave edilir.
Tabıatıyla bunların miktarı, disolver optimum dispers formülasyonuna uygun olmalıdır.
1. Bağlayıcı çözeltisi
Solvent ve aditifler
Bunu takiben pigment ve dolgu (toz halinde) gelir, karıştırılır, ön dispersiyon yapılır.
2. Disolverde dispersşyon tamamlandıktan sonra aynı tankta , eğer hacim yeterli değilse
bir başka büyük mikser tankına alınarak , boncuk değirmeni optimum dispers
formülasyonuna uygun gelecek şekilde karıştırma altında bağlayıcı çözeltisi ve
solvent ilave edilir.
3. boncuk değirmeninden ezilmiş olarak çıkan dispersiyon (ezme işlemi ) yapılır.
4. Boncuk değirmeninden ezilmiş olarak çıkan dispersiyon, diğer tanka gelir. Burada
nihai ürüne (reçeteye) uyacak miktarda bağlayıcı çözeltisi, karıştırma altında, ayrıca
solvent ve gerekiyorsa renk tonu pastaları ilave edilir.
5. Laboratuar testleri yapılır.
6. Doluma geçilir.
Görüldüğü gibi disolver genel olarak sopn dispersiyon cihazı olmayıp , yalnız bir ön
dispersiyon makinesidir. Bazı özel hallerde ( örneğin plastik boya) imalatında son disperze
cihazı olarak kullanılır.
Disolverde ön dispersiyona uğratılmış disperze edilecek boya, muhakkak boncuk
değirmeninden geçirilmelidir.
8. DÜNYA VE TÜRKİYE’DE BOYA SANAYİ
8.1. DÜNYADA BOYA ARZ TALEP DENGESİ VE BEKLENTİLERİ:
Dünyada boya sanayinin son yılardaki gelişimine bakıldığında, şu hususlar gözlenmektedir:
8.1.1. Üretim:
22 milyon ton dolaylarındaki dünya boya üretiminde Batı Avrupa ülkelerinin payı %25
dolaylarındadır; Japonya / Asya - Pasifik ülkeleri grubunun payı da %25 dolaylarındadır.
Kuzey Amerika ülkeleri ve Doğu Avrupa ülkelerinin paylan da birbirine yakın olup % 20
dolaylarındadır. Diğer ülkeler grubu ise % 10'luk bir üretim payına sahip bulunmaktadırlar.
Avrupa ve Amerika kökenli üretici firmaların Asya ülkelerindeki ortak yatırımları, Asya Pasifik
ülkelerinin üretimdeki paylarının yüksek olmasında etken olmaktadır.
8.1.2. Tüketim:
İnşaat boyaları tüketimi toplam boya tüketiminin % 55'ini oluşturmakta, sanayi boyalarının
toplam tüketimdeki payı % 25 dolayında bulunmaktadır. Otomotiv sanayinin boya
tüketimi %5 dolaylarında olup bunun %4'ü tamir, %l'i yeni otolarda gerçekleşmektedir.Batı
Avrupa ülkelerinin sanayi boya talebinin dağılımının ise şöyle olduğu gözlenmektedir:
Normal kati maddeli boyalar
% 45
Su bazlı boyalar
% 25
Reaktif Sistem boyalar
% 15
Yüksek kati maddeli ve toz boyalar % 10
Radrasyon kürlemesi boyalar
%1
8.1.3. 2005'li yıllarda beklenen gelişmeler:
Gelecek 10 yılda, Batı Avrupa ülkelerinde sanayi boyaları pazarında:
- Su bazlı boyaların payının % 15'lerden % 25 dolaylarına,
- Radrasyon kürlemesi boyaların % 2'den % 3 dolaylarına,
- Toz
boya
payının
%
7'den
%
10
dolaylarının
yükseleceği
tahmin
edilmektedir.
8.2.TÜRKİYE'DE BOYA SANAYİİNİN EKONOMİK ANALİZİ
8.2.1. 1970'li yılların sonunda Türk Boya Sanayiine genel bakış:
1978 yılında, Türkiye'de boya sanayiinde kurulu kapasite ve kurum boya türlerine göre
dağılımı aşağıdaki Tablo l 'de özetlenmiştir.
Tablo 1: Türkiye Toplam Boya Kapasitesi ve Türlere Göre Dağılımı (1978)
Boya Türü
Sanayi Boyaları
Teorik Kapasite (ton)
Kap. Dağılımı (%)
24.000 ..........................
100
•
Sentetik boya....................................
17
•
Sellülozik boya.................................
27
•
Fırın boya ........................................
56
İnşaat Boyaları
161.000........................
100
•
Plastik boya ......................................
7
•
Yağlı boya........................................
0,5
•
Akrilik boya .....................................
1
•
Sentetik boya....................................
28.5
Tesislerin yıllık çalışma sürelerinin 220-240 gün/yıl olduğu sanayi boyalarında %96 , inşaat
boyalarında %88 verimle çalışıldığı (pratik verimle ) gözlenmiştir.
Ayrıca , piyasadaki büyük tesislerin ,Ar-Ge bölümlerinin eksikliklerini ve darboğazlarını
dikkate alarak, gerek yeni teknoloji gerek modern makine farkı için ileriye dönük çalışmalar
içinde oldukları da bir gözlemdir.
Gene 1978 yılında durumda yansıtan Tablo 2’de Üretim- Satış rakamları yer almaktadır.
Tablo 2: Boya üretim ve satışları(1978)
Boya Türü
Sanayi Boyaları
İnşaat Boyaları
Toplam
Üretim
8720
33600
42320
İç Satış
8545
34670
43215
İhracat
113
113
Ambalaj malzemelerinin yüksek maliyeti ve ithal hammaddeler üzerindeki % 100'lere yaklaşan
gümrük vergileri, ihracat olanaklarını kısıtlayan etkenler olarak görülmektedir. Ayrıca, 1978
yılında, kapasite kullanım oranlarının, sanayi boyalarında % 40, inşaat boyalarında % 25
dolaylarında olduğu, bu oranların bir önceki yıla göre önemli ölçüde düşük olduğu
gözlenmektedir.
Üretim teknolojisi genellikle bir karıştırma işlemi olup çeşitli fiziksel operasyonlarından
oluşmaktadır. Ancak ar - ge bölümleri olan modern işletmelerin ürün kaliteleri daha iyi ve
belli standartta olmaktadır. Basit teknoloji düşük maliyet nedeniyle piyasaya çok sayıda
firmanın girmesi sonucu kurulu kapasite artmış ve sektördeki genel kapasite kullanım oranı
% 35’ler dolayında oluşmuştur.
Nihayet, 1978 Türkiye'sinin önemli sorunu enerji yetersizliği, kısıtlamaları tüm sanayi gibi,
boya sektörünü de olumsuz etkilemiştir. Sonuç olarak, 1978'lerde, Türkiye'nin ihracat
açısından potansiyeli yüksek tekstil sektörünün ana girdisi olan tekstil boyar maddelerinin
çok az bir kısmının ülkede üretilebildiği, bunun da kalite yönünden yetersiz kaldığı
görülmektedir. Organik pigmentlerde de olduğu gibi, dispers ve reaktif tekstil boyar
hammaddeleri için de yabancı firmalar know - how vermekten kaçınmaktadırlar.
8.2.2. 1990'lı yıllarda gelişmeler
Genel Değerlendirme
1994 sonu itibariyle Türkiye'de toplam boya kapasitesinin 465.000 ton/yıla ulaştığı, iç
tüketim / kurulu kapasite oranının % 50 dolaylarında bulunduğu gözlenmektedir. Tablo 3
son yıllardaki gelişmeleri özetlemektedir.
Tablo 3: Türkiye'de Boya Sanayi Kurulan Kapasite / Üretim Gelişmesi (000 ton)
Boya türleri
Kurulu kapasite
Üretim
KKO
1991
1994
1991
1994
1991
1994
132
150
55
15
41
38
Selülozik boya
25
25
13
94
52
60
Emülsiyon boya
155
196
87
33
63
48
Vernikler
48
48
20
33
40
68
Sentetik
ve
yağlı
boya
Tiner
40
46
20
33
50
72
Toplam
400
465
195
232
49
50
ithalat / ihracat gelişmesi ile ilgili veriler Tablo 4'de gösterilmiştir.
Tablo 4: Türkiye Boya Sanayisi - ithalat / ihracat gelişimi (ton)
Boya Türleri
1991
1994
1991
1994
Sentetik ve Yağlı boya 1.331
3.710
414
2.392
Selülozik boya
13
124
569
853
Emülsiyon boya
26
122
14
276
Vernikler
1.626
2.626
678
1.663
Tiner
131
136
100
2
TOPLAM
3.127
6.718
1.775
5.186
Ülkelerde üretilmeyen boya türleri ithal edilmektedir; 1994 yılı toplam boya ithalatının
yaklaşık %40'ını ithal edilen vernikler oluşturmaktadır; ithalat büyük oranda A.T.
ülkelerinden yapılmaktadır. Boya ithalatı genellikle Türkiye'de yerli ortağı bulunan yabancı
firmalar tarafından yapılmakta ve kurulu pazarlama kanallarıyla tüketiciye ulaştırılmaktadır.
İhracat, iç pazardaki durgunluğun iticiliğiyle artmıştır: 1994'te iç tüketimdeki % 15 oranındaki
düşüşe karşılık ihracatta % 40'lık bir artış gerçekleşmiştir. İhracattaki bu sıçrama içinde sentetik
ve yağlı boyaların payı, %50'lik payla çok belirgindir. Doğu Avrupa ülkeleri, Türk
Cumhuriyetleri ve Rusya ihracatın yöneldiği ülkelerdir.
Tablo 5'te yurt içi boya tüketimi verileri gösterilmiştir, görüldüğü gibi sentetik ve yağlı
boyalar grubu ile emülsiyon boyalarda durağanlık gözlenmektedir, ancak 1994 yılı
tüketimi, bir önceki yıla göre % 15 dolayından bir genel düşüş sergilemiştir.
Tablo 5:yurtiçi boya tüketimi(000 ton)
Boya Türleri
1991
1994
Sentetik ve yağlı boya 54,0
58,3
Sellüzik boya
10,0
14,3
Emülsiyon boya
95,0
93,9
Vernikler
19,0
33,9
Tiner
18,0
31,0
Toplam
196,0
231,4
|
Kullanıcı sektörlere göre boya tüketimi tablo 6’da gösterilmiştir.
Tablo 6: sektörlere göre boya tüketimi:
Kullanıcı sektör Boya Türü
1991
1994
inşaat Sektörü
151.3
161.2
51,3
62,3
cephe 50,0
47,0
Sentetik Boya
Dış
Emülsiyon boya
45,0
özel amaçlı boya 5,0
46,9
5,0
Otomotiv sanayi
24.0
17.5
Metal Sanayi
8.0
10.0
Mobilya sanayi
15.0
28.0
Diğer Sektörler
11.2
14.7
TOPLAM
209,5
231,4
Görüldüğü gibi, inşaat sektörü tüketimdeki ağırlığını sürdürmektedir; mobilya sanayii
tüketimi artarken otomotiv sanayii tüketiminde gerileme izlenmektedir
Fiyatlar konusuna gelince, boya sanayiinde kullanılan hammaddelerin büyük çoğunluğu ithal
edildiği için, fiyatlarda belirleyici etken, söz konusu ithal maddelerin dünya fiyattan ve döviz
kurlarıdır. 1994 yılı, ekonominin büyük darboğazlara girdiği bir yıl olmuş ve fiyatlar inşaat
boyalan grubunda ortalama % 140, sanayi boyalan grubunda % 160 oranında artış
göstermiştir. Son yıllarda dünyada kimyasal hammadde fiyatları arz-talep dengesizliği
nedeniyle artış göstermiş, bu durum, ithalat aracılığıyla, ülke içi piyasalarına da yansımıştır.
8.2.3. Boya Sanayiinde Beklentiler:
1995 yılı ile ilgili tahminler Tablo 7'de gösterilmiştir
Tablo 7: 1995 yılı boya sanayii arz - talep durumu tahmini (000 ton)
Kapasite artış beklenilmezken, üretimin 1993 yılına ancak yaklaşabileceği, ithalatın 1994
düzeyinde kalacağı, ihracatın 1994'e göre % 10 dolaylarında artacağı, yurtiçi tüketimin ise 1993
yılı düzeyine yaklaşabileceği tahmin edilmektedir. Kapasite kullanım oranlarında ise iyimser bir
yükseliş beklentisi vardır ve boya sanayii genel k.k.o oranının % 57 dolaylarına ulaşacağı tahmin
edilmektedir.
Boya Türleri
Üretim
İthalat
İhracat
İç tüketim K.K.O
66,0
3,7
2,5
67,0
44
yağlı boya
Sellülozik boya 25,0
17,0
0,1
1,0
16,0
68
Emülsiyon boya 196,0
105,0
0,1
0,4
104,0
54
Vernikler
48,3
37,0
2,6
1,7
38,0
77
Tiner
Toplam
46,0
465,8
35,0
260,0
0,1
6,6
5,6
34,0
259,0
76
57
Sentetik
Kapasite
ve 150,5
1994 yılında verilen yatının teşvikli iki projenin 1996 yılında devreye girmeleriyle inşaat
boyalarında 600 ton/yıl, sellülozik boyalarda 320 ton/yıl kapasite artışı beklenmektedir. Üretim
artışının % 10, ihracatta artışın % 7 dolayında olacağı, ithalatta artışın ise, bazı özel tip
boyalar nedeniyle, % 5 dolayında gerçekleşeceği, tüketim artışının % 10 düzeyinde
olabileceği öngörülmektedir. Bu durumda 19% yılı beklentileri Tablo 8'deki gibi
şekillenmektedir.
Tablo 8. 1996 yılı Boya Sanayii Arz - Talep tahmini (ton)
Kapasite......................466.720
Üretim ....................... 286.000
K.K.O(%) ................. 61
ithalat..........................6.930
ihracat.........................5.990
İç tüketim ...................286.940
Toplam Talep .............292.930
Boya yatırımlarının yararlanacağı teşvik tedbirleri hayli çekici olmaya devam etmektedir: %
70 yatırım indirimi, % 100 gümrük maliyeti; Teşvik primi % KDV + 10 puan, vergi, resim,
harç istisnası, gibi.
1995 yılında verilen yatırım teşvikleri ileriki yıllarda devreye girdiklerinde 1977 ve
ötesi dönek kapasiteleri artacaktır. Fiyatlar konusunda gelişmeler ise, geçmiş dönemlerde
olduğu gibi, gene ithal hammaddelerin dünya fiyatları ve döviz kurları paralelinde olacaktır.
8.2.4. Gümrük Birliğinin boya sanayiine etkileri:
Kişi başına boya tüketimine bakıldığında, ülkemizdeki 3,5 kg / yıllık tüketim düzeyinin
hayli düşük olduğu görülmektedir. Gelişmiş Avrupa ülkelerinde 14-20 kg / yıl arasında
değişen kişi başına boya tüketimi Yunanistan'da 8 kg / yıl düzeyindedir. Gelişmiş
ülkeler, boya tüketim açısından doymuş pazarlardır. Küçülen bir pazarda güçlü rekabet
koşullan altında faaliyet gösteren yatırımcı firmalar yeni pazarları aramaktadırlar Türkiye,
sağlıksız da olsa, yüksek kentleşme oranıyla ve düşük tüketim düzeyiyle Batı boya
sanayinin dikkatini çekmektedir. Gümrük Birliğine girilmesiyle bu firmaların ülkemizde
pazar arayışına girmeleri beklenmektedir.
Bir önceki ithalat rejimine kıyasla yeni koruma oranlan daha da düşüktür; gerek
"AT - EFTA ülkeleri" gerekse "Diğer ülkeler" grubu için koruma oranları yüksek
değildir. Hatta, tiner gibi bazı maddelerin AT - EFTA ülkelerinden yapılan ithalatında hiç
koruma yoktur.
Yapılan ithalatın yaklaşık % 25'inin AT ülkelerinden olduğu dikkate alındığın da,
ithalatta korumanın ötesinde fiyat avantajının daha önemli etken olduğu anlaşılmaktadır.
Boya, nakliye giderlerinin yüksek olduğu bir üründür: yabancı üretici firmaların hammadde
maliyeti açısından avantajları olmasına karşılık, nakliye ve işçilik giderleri nedeniyle Türk
pazarına ithalat yoluyla girmeleri, kendileri açısından rantabl olmayacaktır. Bu durumda
Türkiye'de dolum tesisleri kurmaları, baz boya ithal ederek ülkede ambalajlamaları
düşünülebilir. Ayrıca, boyada "marka bağımlılığı"nı dikkate alarak, yabancı firmalar etkin
bir dağıtın ağı kurarak bu bağımlılığı yaratma çabasına girebileceklerdir. Nihayet, yabancı
firmaların, ülke içinde satış teşkilatı güçlü yerli firmalarla ortaklık girişiminde bulunmaları
beklenebilir. Bunun dışında, kullanılan hammaddenin büyük kısmının ithal olması, gümrük
birliğine girilmesi halinde girdi maliyetlerinde bir avantaj doğabileceği şekilde
yorumlanmaktadır. Dünyada hammadde üreticisi ve boya üreticisi firmalar farklı olduğundan
Türk boya üreticilerinin Avrupalılarla aynı koşullarda boya hammaddesi sağlamaları
mümkün olabilecektir; bu da yerli boya sanayini, olası bir ithal rekabeti karşısında,
destekleyici etki yapabilecektir.
Gümrük Birliğine katılma sonrası, Türk boya sanayii çevresel etkileri özenle gözetmek,
Avrupa ile uyumlu düzenlemeleri yapmak yanında kalacaktır. Bazı ürünler için know how alınması veya ortaklık girişimleri konusunda Gümrük Birliği sonrası olumlu beklentiler
vardır; bu beklentiyi doğrulayan gelişmeler de gözlenmektedir: polyester konusunda
DSM firmasının, Camtel - Paşabahçe ile yaptığı ortaklık gibi.
8.3. SONUÇ
Türk boya sanayii, onbeş yıllık bir dönem içinde incelendiğinde, önemli aşamalar
kaydetmiş bir sektör olarak dikkat çekmektedir. 1970'li yılların sonunda enerji, döviz
darboğazlarıyla boğuşan, kurulu kapasitenin 1/3'ünü kullanabilen, ihracat yönü durağan boya
sektörü, 1995'lerde artık çok farklı bir konumda bulunmaktadır. Enerji, döviz darboğazları
sorunları aşılmış, kurulu kapasite artarken kapasite kullanım oranlan % 60'lara yaklaşmış,
modern teknoloji devamlı izlenmiş ve uygulamaya konulmuş, ihracat önemli gelişmeler
sergilemiştir.
2000'li yıllara doğru Türk boya sanayinin gelişmesi, Gümrük Birliği'nin gerçekleşmesi
sonucu oluşacak yeni ekonomik ortamla paralellik gösterecektir, ithal hammaddeye
bağımlılık, modem teknolojiyi izleme, uluslararası standartlara uyum, çevresel etkileri
gözetme, iç ve dış piyasalarda rekabet, know - how alma, yabancı şirketlerle ortaklıklar ve
bunlara benzer konuların, sektörün gündeminde sürekli kalacağı anlaşılmaktadır.
9. BOYA TEKNOLOJİSİNDE YENİ GELİŞMELER
Boya kullanıcısının bilinçlenmesi ve uluslararası ticaretin yaygınlaşması ile boya
teknolojisinde bir değişim başlamıştır. Çevresel sorunların artması sonucu problem yaratan
kaynakların üzerine gidilmektedir. Büyük miktarda solvent içeren, dolayısı ile bunların
buharlaşması ile hava kirliliğine yol açan ozon oluşturan boyalardan dolayı endüstri özellikle Batı
Avrupa ve Kuzey Amerika'da ağır saldırılara uğramıştır. Solventlerden ayrıca ağır metalleri içeren
inorganik pigmentlerin de kullanımı boya endüstrisinin üzerindeki baskıyı arttırmıştır. Batı
Avrupa ve Kuzey Amerika ülkelerinde solvent ve inorganik pigmentlerin kullanımı
kısıtlanmaya ve su esaslı bir teknoloji ile organik pigmentlerin kullanılmasına başlanmıştır.
Teknolojik zorluklar geçiş hızını yavaşlatsa da bu proses sürecektir. Gümrük birliğine giriş ile
ülkemiz halkının da batıdaki gelişmelerin etkisinde kalacağı ve bu yöne yöneleceği ve gümrük
birliği anlaşmalarının yaratacağı zorlamalar ile bizimde bu teknolojiyi kullanmaya başlamamız
gerekeceği açıktır.
Otomotiv sanayimizin gelişmesi, yeni üreticilerin devreye girişi, gümrük birliği ile yeni renklerde
yeni modellerin kullanılmaya başlayacağı görülmektedir. Bu ve yine boya kullanımda talep edilen
renk sayısının artması ile mevcut boya teknolojimizde değişiklikler olması gerekecektir.
Boya teknolojisi önemli bir değişim sürecine girmiştir. Klasik solvent bazlı ve inorganik
pigment içerikli yapıdan su bazlı veya yüksek katılı ve organik pigment içeren bir yeni
teknolojiye geçiş söz konusudur. Alışılmış boya teknolojisi çoğunlukla solvent bazlı olup
inşaat boyalarında kısmen su bazlı emülsiyon yapısındadır. Su bazlı emülsiyon boyaları da
dahil oldukça büyük miktarda solvent formülasyonlarda mevcuttur.
Avrupa ve Amerika'da artan çevre duyarlılığı, çevre kirliliği yaratan kaynakların durdurulması
için etkin lobi faaliyetleri yaratmaktadır. Çevre kirletici kaynaklardan biri olarak boya endüstrisi
görülmektedir. Boya endüstrisi solvent buharlaşması ve ağır metallerin katı veya sıvı
atıklarla toprağa karışması sonucu çevre kirletici olarak görülmektedir. Solvent bazlı boyalar
uygulama sonrası içerdikleri solventlerin buharlaşması ile film oluşturmaktadır. Buharlaşan bu
solventler, güneş ışınlan ile nitrojen oksitlerle tepkimeye girerek atmosferin yüzeye yakın
kısımlarında hava kirliliğine yol açan ozon üretmektedir.
Ensütri Batı Avrupa ve Kuzey Amerika'da 1980'lerin başında yüzde 50-70 seviyesinde olan solvent
miktarını çoktan azaltmıştır. Fakat halen atmosfere yayılan uçucu organik bileşenlerin tahminen
% 8'inden sorumludur (Luesby, 1995). Artan çevre duyarlılığı yüzünden boya araştırma
laboratuvarları,
gerek
hammadde
üreticileri,
gerekse
büyük
üreticilerin
teknoloji
laboratuvarlarında solvent kullanımı azaltıcı veya tamamen kaldırıcı çalışmalara yönelmiştir.
Gerek boya endüstrisinin gönüllü çabaları gerekse kanun koruyucuların hazırladığı
yönetmeliklerin bileşiminin sonucu olarak Batı Avrupa ve Kuzey Amerika endüstrisi gelecek
beş ila yedi yılda solvent kullanımını yarılamaya çalışmaktadır.
Boya endüstrisinin üzerinde durduğu ikinci çevre kirletici unsur ağır metal içeren inorganik
pigment ve kurutucu gibi yardımcıların çevresel olarak daha güvenli alternatiflerinin
geliştirilmesidir. Geleneksel inorganik pigmentlerin çoğu, kurşun ve kadmiyum gibi zehirli ağır
metaller içermektedir. Bunlar giderek yasaklanmakta ve imalatçıları kendi kırmızı, portakal,
san ve yeşilleri için ikameler bulmaya zorlamaktadır. Pigment üreticileri son derece
rekabetçi bir sektörde satış için yarıştıklarından araştırma faaliyetleri cirolarının yüzde 7'si gibi
bir seviye çıkmaktadır (Luesby, 1995).
9.1.KISA DÖNEM GELİŞMELER
1950'lere dek boya teknolojisi hemen hemen tamamen solvent bazlı daha doğrusu alkid
reçineli idi, hatta birçok ülke keten yağı bazlı boyalar kullanmaktaydı. Son 20-30 yıl içinde
büyük boya üreticileri ihtiyaçlara daha iyi yanıt vermek ve daha rekabetçi olmak için
araştırma laboratuvarlarını güçlendirmeye başladılar. Çalışmalar daha iyi bağlayıcı sistemleri
geliştirmek, dispersiyonu kolaylaştırmak gibi konulara konsantre olmuştur.
Boya içindeki solvent miktarları üzerinde pek durulmamıştı, bunun bir nedeni de solventlerin iyi
taşıyıcı olmaları ve bağlayıcıların film oluşturmasına katkı da bulunmalarıydı. Yukarıda
bahsettiğimiz çevre duyarlılığının artması sonucu solvent miktarları diğer tanımıyla uçucu
organik bileşen veya VOC miktarı düşük boyaların üretilmesi yönünde çalışmalar başlamış ve
büyük kuruluşların araştırmalarının % 70'i bu konuya yönelmiştir (Wit, 1995).
Bütün çabalara rağmen ilk düşük VOC içeren ürünlerin piyasalarda görülmesi ancak 80'lerin
ortasında mümkün olmuştur. VOC miktarlarına kısıtlama hem Batı Avrupa hem de Kuzey
Amerika'da 1997 ve 1998'de devreye girecektir (Reisch, 1995). Çeşitli inşaat boyalarındaki
mevcut uçucu organik bileşen miktarları ve bunların 5 yıl içinde gelmeleri ümit edilen noktalar
Tablo 1'de verilmektedir. Başta kullanıcıların birçoğu ve buna bağlı olarak üreticiler bu geçişe
henüz hazır ve istekli görünmemektedirler.
Tablo l. Çeşitli boyalarda beklenen emisyon değişiklikleri.
Boya
Mevcut VOC
Beklenen VOC
İç Cephe
[g/l]
30-60
[g/l]
0-5
Dış Cephe
50-150
0-5
Astar ve Son Kat Sistemleri
100-200
0-50
Çelik Malzeme Boyalan
150-350
30-150
Bu geçişi yavaşlaştıran birinci sebep yukarıda da sözünü ettiğimiz su bazlı sistemlerin
konvensiyonel solvent sistemlerin performansına ulaşamamasıdır. ikinci sebep ise profesyonel
boyacıların tutucu olmalarıdır. Su bazlı sistemlerin film özellikleri reolojik ve kuruma
özellikleri alışık oldukları solvent sistemlerden farklıdır. Bu yüzden çevre dostu olan su bazlı
sistemlerin kullanımında isteksizlerdir. Bu durum ingiltere, Fransa, Hollanda, Akdeniz
ülkelerinde geçerlidir ve boyacılar su bazlı ürünlere yeterince güvenmemektedir. Tabii diğer bir
önemli faktör fiyatlardır; su bazlı sistemler solvent bazlı boyalara göre halen % 30 daha
pahalıdır.
Yakın zamana kadar savunma durumuna geçen solvent üreticileri ve solvent bazlı boya üreticileri
su bazlı sistemlerin "Tüm ömür çevrimi analizi" yapıldığı takdirde üstünlüklerinin yok
olacağını ileri sürmektedirler. Bu gruplara göre su bazlı sistemler daha sık tekrar boyama, daha
kalın katlar ve daha çok enerji harcamalarına sebep olmaktadır. Bu yüzden solvent bazlı boyaları
ikame etmeleri çevresel etki ve maliyetler açısından çevreci lobiler tarafından tekrar gözden
geçirilmesi gerekir demektedirler. Üzerinde pek durulmayan bir husus ise su bazlı boyaların su da
çözünme özelliklerinden dolayı atık su kirlenmesine katkıda bulunduğudur.
Bütün bu karşılıklı çatışmalara rağmen su bazlı teknolojinin gelişeceği ve su bazlı boya
kullanımını önümüzdeki on yıl içinde Avrupa'da % 13'lerden % 22'lere çıkacağı, buna karşılık
solvent boya kullanımının % 65'lerden % 53'lere ineceği beklenmektedir. Uçucu organik bileşen
içeriğini azaltmada diğer bir alternatif olan yüksek katili boyaların toplamdaki payının çok az
azalacağı ve % 13'den % 12'ye ineceği öngörülmektedir. Bu beklentinin başlıca nedeni polimer
teknolojisinde bu yönde önemli bir gelişme beklenmemesi olabilir. Diğer yandan bu teknolojide
yaşanan akma, yavaş kuruma ve yaşlanmayla sararma gibi problemlerin yaygınlaşmasını önleyen
sorunlardır.
Su bazlı teknolojinin en önemli avantajlarından biri kısa kuruma süresidir, bu sayede aynı gün
içinde iki kat uygulanabilir. Diğer yandan da filmin açık zamanı kuruma hızı yüzünden kısa
olduğundan iyi bir akış özelliği elde etmek zordur, inşaat boyaları alanında su bazlı boyalar
genelde stiren akrilik dispersiyonları esaslıdır İç cephe uygulamalarında diğer akrilik
kopolimerleri de mevcuttur. Bu boyaların erişebilecekleri en iyi kaliteye ulaştıkları iddia
edilmektedir. Dış cephe boyalarında yüzeyin atmosferik koşullara açık olması sorun
yaratmaktadır Yüzeyde oluşan çatlaklar, değişken sıcaklıklar ve rutubet nedeni ile esnek ve su
buharı geçirgenliği olmayan boyaların ömürlerini kısaltmaktadır. Bu yüzden esnek film oluşturan
boyalar geliştirilmeye çalışılırken su buharı geçirgenliği yüksek, su geçirgenliği düşük silikon
esaslı reçine içeren boyalar önemli potansiyele sahiptir. Bu sistemlerden başka reaktif poliüretan
dispersiyonlar ve nüve-kabuk (core-shell) veya ters nüve-kabuk dispersiyonlar (Govec ve Merten,
1995) diğer aday polimerik sistemlerdir. Ancak bütün gayretlere karşın bu sistemler
konvensiyonel sistemlerin performansını henüz verememektedir.
Solvent emisyonunu azaltma yönündeki çabaların bir kısmı yüksek katılı (% 80-95) veya
solventsiz (% 95-100) sistemler üzerine yoğunlaştırılmıştır. Bu tür sistemler özellikle boyacı
ücretlerinin, çevre korumacılık bilincinin yüksek olduğu ülkelerde araştırılmaktadır. Wit (1995)
birim alan başına solvent emisyonlarını Tablo II'deki gibi vermektedir.
Tablo II.
Yüksek kabil ve su bazlı boyaların emisyonlarının konvensiyonel ürünler ile karşılaştırılması.
Boya sistemi
Alışılmış
Subazlı
m alan başına gram solvent emisyonu
alkid
86.2
g/cm2
dispersiyon
32.5
g/cm2
Yük k k t l lkid
19 7
Solvent emisyonunu azaltmanın bir yolu olarak toz boyalar da görülmektedir, bu boyalar hiç
solvent içermezler. Pigment ve bağlayıcı, toz haline öğütülmüştür ve ısıtılmış metal yüzeylerin
üzerine püskürtülürler. Elektrostatik bir saha, düzgün biçimde yayılmalarını sağlar; ısı
polimerizasyonu hızlandırır ve yüzey üzerinde pigmentli bir film tabakası oluşur. Film
tabakası bazen çıkıntılı bir yüzey bırakır ve yeterince dayanıklı olmama olasılığı
olumsuzluklarıdır. Toz boyaların kullanım miktarının tüm ürün yelpazesi içinde
önümüzdeki on yıl içinde bugün sahip olduğu % 7 seviyesinden % 10'a çıkması öngörülmektedir.
Mevcut olumsuzluklarını minimize ederken diğer yandan yeni kullanım alanları gündemdedir.
Toz boyaların muhtemel yeni kullanıcılarının birsi de otomotiv endüstrisi olarak görülmektedir,
hem büyük otomotiv boya üreticileri hem de otomotiv sanayii bu konuda çeşitli araştırma
projeleri üzerinde çalışmaktadır (Reisch, 1993).
UV küflenen boyalar da VOC yayınımı olmayan sistemlerdir, bu sistemler ultraviyole
ışınlarıyla sertleşerek polimerize olurlar. Bağlayıcı ile reaksiyona girerek polimer zincirlerine
katılan reaktif solventler yüzünden uçucu organik bilecen içermezler. Az enerji kullandıkları ve
ısıya duyarlı ürünlere uygulanabildikleri için fırın kurumalı sistemlerin yerine tercih edilir.
Ancak, bunların kullanımı, genellikle düz yüzeylerle ve pigmentsiz sistemlerle sınırlıdır. Reoloji
özellikleri iyi ayarlanabilir ve küçük taşınabilir UV-lambaları pratikte uygulamaya sokulabilirse
kullanım alanları arttırılabilir. Mevcut uygulama sınırlamaları yüzünden ve bu konuda on yıl içinde
bir çözüm ümit edilmediğinden bu tür sistemlerin 2004'yılına kadar kullanımlarında çok az bir artış
ümit edilmektedir. Abadie ve arkadaşları (1995) mevcut UV kür sistemlerinin Avrupa ve
Amerika Birleşik Devletleri'ndeki kullanımların % 2-4 seviyesinde olduğunu, Brindöpke ve Fink
(1995) ise 1994'de Batı Avrupa'daki tüketimi 44000 ton olarak belirlemişlerdir ve bu sistemlerin 10
yıl içinde ancak % 50 oranında kullanımının artacağı beklenmektedir.
Boya sektörüne yönelik araştırmalardan biri bilgisayar uygulamalarıdır. Bağlayıcı polimerlerin
tasarımından üretimine, yüksek hızlı mikser ve disperserlerin tasarım ve modellemesine, renk
oluşturma ve formülasyon ile boya endüstrisinin her türlü işletme operasyonları için çeşitli bilgisayar
sistemleri ve yazılımları geliştirilmektedir (Reisch, 1993). örneğin IBM San Jose'de bulunan
tesislerinde tamamen bilgisayar destekli sistemleri ile solventsiz sistemlerin, UV kürlenen ve toz,
tasarımınından üretimine kadar servis önermektedir. PPG Pazarlama Servis Direktörü Mike
Sack'ın tanımıyle otomotiv sektörüne hizmet verecek "insan hassasiyetinin çok üstünde
duyarlılığa sahip renk yapma sistemi" olan yazılım geliştirmiştir. Otomotiv sektörü 100 bin
üzerindeki referans renk içermesinden ve alüminyum metal plakalarının flap etkilerinin yarattığı
etkiden dolayı renk yapmanın zor olduğu bir sektördür.
9.2.UZUN DÖNEM GELİŞMELER
Düşük VOC' li sistemlerin geliştirilmesi kısa ve orta dönem araştırma faaliyetlerinin hedefi
olduğuna göre bunların halledilmesi sonrasında neler yapılabileceği bir soru olarak kafalara
takılmaktadır.
Wit (1995) bu sorunun yanıtı olarak iki araştırma alanının boya geliştirme laboratuvarlarının
hedefi olacağını tahmin etmektedir.
Bizce de geçerli olan bu konuların birincisi müşteriye doğrudan satış yapılan noktalarda
istenilen rengi istenilen miktarda sunmaktır. Bunun için önce fabrikalarda uygulamaya girmekte
olan mixing sistemleri ana bayiler takip edecek ve son aşamada bu müşteriye hizmet veren
nalburlarda kullanılmaya başlayacaktır. insanların eğitim seviyeleri arttıkça bu insanların
talepleri de aynı oranda karmaşıklaşmaktadır. dolayısıyla talepler özelleşmektedir. Müşteri
hem iyi kalite isterken hem de kendi hoşuna giden rengi istemeye başlamaktadır.
Piyasada mevcut otomobil model ve markalarının sayısı arttıkça her bir renk için fabrika dolumu
boya temini güçleştiğinden bu kalite öncelikle oto tamir boyalarında uygulama alanı
bulmuştur. Bugün ICI, Akzo gibi büyük firmalar her firmanın renklerini üretmek yerine her
rengin üretilebileceği mixing boyalarını üretmeye başlamış ve belli büyük boya satıcılarına
makineleri yaymaya başlamıştır Ancak burada amaç müşterinin kafasındaki rengi üretmek
değil aracının renginde boya üretmektir, ki bu sayede sadece boya gerektirecek araç kısmı
diğer kısımlardan ayırt edilemeyecek şekilde boyanabilecektir. Bu noktada oto tamir boyalarında
sorunlar çıkmaktadır. Renk uzmanlarınca önerilen renklerin aynen üretilebilmesi ve tekrarlılığı
sağlamak için her şarjdan şarja çok az toleranslı bir şekilde üretim yapılması gerekmektedir. Bu
noktada da boya üreticileri pigment üreticilerini toleranslarını daraltmaları için sıkıştırmaktadır.
Burada bir sıkıntı daha mevcuttur. Otomotiv üreticileri ve boya üreticileri diğer firmalardan
farklı kopyalanamayacak renkler üzerinde çalışmaktadır. Bu çalışmalardan biri değişik aydınlatma
açılarında farklı renkler gösteren boyaların üretilmesi üzerinedir.
Mixing sistemleri şimdiden birçok kuruluşun dikkatini çekmiş ve fabrika mixing sistemleri
kurulmaya başlamıştır. Yapılan yatırım ve stok maliyeti hesaplarına göre en az 500 litreye kadar
üretimlerin fabrikalarda üretilmesi ekonomik görülmektedir, daha ufak siparişler için toptancı ve
perakendeci bayilerin mixing sistemler yoluyla üretim yapması ile ekonomiklik sağlanmaktadır.
Bunun bir sonraki adımı ise ürün makineleri olarak görülmektedir. Burada uygun seçilmiş yarı
mamulleri üretmek hedef olacaktır. Bu sayede büyük tonajlarda yarı mamul üretimi fabrikalarda
yapılacak, müşteriye serbestlik ve fleksibilite sağlayacak ürün veya renk üretimi son satıcıda
yapılabilecektir.
Boya teknolojisi üzerine ikinci uzun vadeli araştırma konusu dayanıklı ürünlerin üretilmesi
olacaktır Bilinçlenen ve sık sık boyacılar ile uğraşmak istemeyen müşteriler şimdiden dayanıklı
ürün talep etmeye ve firmalardan ömür garantisi istemeye başlamıştır.
Alkid boyalar kür olduktan sonra da çapraz bağlanmayı sürdürmektedir Bunun sonucu film
zamanla kırılgan olmaya başlamaktadır Dispersiyon boyalarda suya duyarlı olduklarından çok
uzun ömürlü değillerdir. 2 bileşenli sistemler en dayanıklı ürünlerdir, ancak bu sistemlerde halen
kullanılan izosiyanat sistemleri çevresel açıdan yeterli güvenlikte değildir. Dolayısıyla
izosiyanat sistemlere alternatif olacak çevre problemi yaratmayacak sistemlerin geliştirilmesi
gerekmektedir.
Tabiatın örnek alındığı ve biyomimetik olarak tanımlandığı çalışmalar yine özel bağlayıcıların
geliştirilmesine yönelmiştir. Bu konuda çeşitli kabuklu canlılar incelenmekte ve bunlarda
koruyucu kabukların oluşmalarıyla yüzeye tutunmalarının mekanizmaları araştırılmaktadır.
9.3.SONUÇ
Yakın ve uzun dönem gelişme beklentileri olan boya sektörü bu özelliklerinden dolayı yoğun
araştırmaya dayalı bir endüstri koludur. Üniversitelerin boya teknolojisi üzerine yaptıkları
çalışmalar Amerika Birleşik Devletleri ve bazı Batı Avrupa ülkeleri harici oldukça sınırlıdır.
Ülkemizde bu konuda araştırmalar iki üç büyük boya üreticisi haricinde çok azdır.
Üniversitelerimizdeki bir kaç kimya mühendisliği ve kimya bölümlerinde ve TÜBiTAK'ta
bazıaraştırma faaliyetleri görülmektedir.
Ülkemizde boya tüketimi halen kişi başına Batı Avrupa standartlarının çok altındadır. Ekonomik
refahın artması ile kişi başına boya tüketiminin mevcut rakamları ikiye katlaması beklenebilir.
Gümrük birliğine girişin sektörü nasıl etkileyeceği merak konusudur, ancak ülkemizde bir bakıma
zorunlu olan standartları göz önüne alırsak ve inşaat sektörümüzün farklılıklarını düşünürsek
Avrupalı boya üreticilerinin ülkemize inşaat boyası ihraç edemiyeceklerini söyleyebiliriz. Bu
Avrupa'dan ithal inşaat boyası gelmese de büyük üreticilerin Türkiye'de üretime girmeyecekleri
anlamına gelmemektedir, ancak dağıtım hatlarının olmaması hendikapları olacaktır. Büyük
Avrupa' lı üreticiler ya bilfiil kendileri gelerek ki bu durumda yukarıda söylediğimiz dağıtım ağı
eksikliği problemleri olur, yada büyük yerli üreticiler ile evlilik yaparak Türkiye piyasasına
girebilirler. Her halükarda mevcut boya Ar-Ge' lerinin önemi sürecektir.
Otomotiv boyalarında yerli boya üreticileri daha Gümrük Birliği'ne girmeden sorun yaşamaya
başlamıştır. Otomotiv sektörünün yurtdışı ilişkileri yüzünden uluslararası ortaklığı olmayan
üreticiler şimdiden devre dışıdır. Oto tamir ürünleri arasına mixing sistemler girmeye başlamışsa
da bu alanda da uluslararası ilişkiler önem kazanmaktadır.
Endüstriyel ve mobilya sektörlerinde de Gümrük Birliği yerli üreticileri zor durumda bırakabilir.
Gelişmiş Ar-Ge faaliyetleri olmayan veya uluslararası işbirliği olmayan üreticilerin ayakta
kalmaları zor görülmektedir.
Ülkemizde boya Ar-Ge faaliyetleri bağlayıcılar, dekoratif boyalar ve endüstriyel boyalar ile kısıtlı
görülmektedir. Henüz herhangi bir zorlayıcı etmenler olmadığı için dispersiyon boyaları haricinde
boya sektörümüz solvent bazlıdır. Su bazlı teknoloji ve uçucu organik bileşen miktarı az boya
teknolojileri üzerine araştırmaların henüz yeterli sayıda olmadığı görülmektedir. Çeşitli toz boya
üreticileri mevcut olup bu sektördeki üretimin yıllarda artması beklenmektedir.
10.SONUÇ
Boya sanayinin teknolojisi genelde basit karıştırma işlemlerine dayanmaktadır. Bugün
Türkiye'de mevcut tesislerin büyük çapta olanları gelişmiş teknolojiler kullanmalarına rağmen
küçük tesisler daha basit teknolojilerle çalışmaktadır. Basit teknolojinin kuruluş maliyetinin
düşük olması nedeniyle son yıllarda boya üreticilerinin sayısı hızla artmıştır. Bugün mevcut
kapasite ortalama % 30 oranında kullanılmasına rağmen, piyasanın boya ihtiyacı tamamen
karşılanmaktadır. Bu nedenle boya sektöründe yeni yatırımlara gidilmesine gerek yoktur.
Mevcut kapasite ilerideki talep artışlarını karşılayacak potansiyeldedir.
Boya sanayiinde karşılaşılan sorunlar Türkiye'nin bugünkü genel sorunlarıdır. Boya
üretiminde kullanılan hammaddelerin pek çoğu yurt dışındana temin edilmektedir. Bunlar
çeşit olarak fazla olmakla beraber miktar yönünden yerli üretimle karşılanan hammaddeler
daha çoktur. Boya üreticileri kapasite kullanım oranının düşük olmasına en önemli etken
olarak dış alım zorluklarını ve bilhassa pigment dış alımındaki darboğazı göstermektedirler.
Hammadde fiyatlarındaki ve enerji kaynağı olarak kullanılan petroldeki sürekli fiyat
artışlarında sanayii olumsuz yönde etkilemektedir.
Matbaa mürekkeplerinde de diğer boya türlerinde olduğu gibi, üretim mevcut kapasitenin
ancak % 30 kadarıyla yapılmasına rağmen piyasanın bugünkü ihtiyacını karşılayacak
miktardadır. Bazı özel mürekkep cinsleri üretimleri ekonomik olmadığından yurt dışından
temin edilmektedir. Bu nedenle bugün için matbaa mürekkeplerinde yeni yatırımlara gerek
yoktur. Kurulu kapasiteler ileride doğacak talep artışlarını karşılayacak büyüklüktedir.
Matbaa mürekkepleri üretiminde kullanılan hammaddelerin çoğu dış alımla karşılandığından
bunların temininde de diğer boyalarda bahsedilen güçlükler söz konusudur. Bu güçlükler
giderildiği takdirde boya ve matbaa mürekkeplerinde artması beklenen üretimin iç piyasa
isteminden fazlasını dış satım imkanı doğabilecektir.
Türkiye'de daha önce de belirtildiği gibi, organik pigment üretimi yoktur. Bunun
nedenlerinden biride know-how sahibi firmaların pazarı kaybetme korkusu ile teknoloji
satmaktan kaçınmalarıdır. Teknoloji vermek istemeyen kuruluşlar buna gerekçe olarak
Türkiye'de kurulacak bir organik pigment tesisinin hammaddesini büyük oranda ithal edeceğini
belirtmekte, teknolojinin zorluğundan bahsetmektedirler. Bu firmaların teknoloji transferine
yanaşmamaları halinde Türkiye pazarına henüz tam olarak girmemiş olan Amerikan, Japon ve
Doğu Bloku ülkelerinden teknoloji sağlanabilir.
Ancak teknoloji sağlarsa bile hammadde önemli bir sorundur. Organik pigment üretiminde
kullanılan çok çeşitli organik kimyasal maddelerden sadece ftalik anhidrit, üre, metanol ve asetik
asit Türkiye'de üretilmektedir. Bunlardan ftalik anhidrit ve asetik asit üretimi pigment üretimini
karşılayacak seviye-dedir. Fakat üre ve metanol üretimi Türkiye'nin şimdiki ihtiyacını karşılamaktan uzak olup dış alım yapılmaktadır. Organik pigment üretiminde kullanılan inorganik kimyasal
maddelerin çoğunun Türkiye'de üretimi yapılmaktadır. Yalnızca sodyum pirosülfat ve sodyum nitrit
dış alımla temin edilebilir.
Bu nedenle Türkiye'de organik pigment sanayii kurulmadan önce yıllık ortalama 800 ton civarında
olan pigment tüketimi, Türkiye'de üretilemeyen hammaddeler sorunu, kurulabilecek minimum
ekonomik kapasite, yapılacak sabit yatırım ve kurulacak tesisin saklayacağı ithal ikamesi dikkate
alınarak titiz bir fizibilite çalışması yapılmalıdır.
İnorganik pigmentlerin en önemlisi olan titandioksit üretimi için Sivas dolaylarında bulunduğu
söylenen Titandioksit cevherinin araştırılmasında yarar vardır. Üretimi yapılan diğer inorganik
pigmentlerde de ileri bir teknoloji kullanılmadığından belli bir kalite tutturulamamakta bu nedenle
inorganik pigmentler yerine yurt dışından temin edilen organik pigmentler kullanılmaktadır. Oysa
ülkemizde mevcut geniş barit, çinko, sodyum sülfat rezervleri ileri bir teknoloji ile işlenerek kaliteli
üretim yapıldığı takdirde inorganik pigmentlerin dış satımı bile mümkün olabilecektir.
Türkiye'nin dış satım açısından potansiyeli yüksek olan tekstil sanayiinin ana girdisi olan tekstil
boyar maddelerinin çok az bir kısmı Türkiye'de üretilmektedir. üretilen boyar maddeler kalite
yönünden yetersiz olduğu kadar ihtiyacı karşılayacak miktar düzeyinde de değildir. En önemli
tekstil boyar maddeleri olan dispers, reaktif, bazik ve küp boyalar tamamiyle dış alım yoluyla
sağlanmaktadır. Bugüne kadar çeşitli kuruluşlar bu boyar maddelerin Türkiye'de üretilmesi için
girişimlerde bulunmuşlar ancak organik pigmentlerde olduğu gibi know-how temininde zorluklarla
karşılaşmışlardır.
En önemli boyar maddeler olan dispers ve reaktif boyaların hammaddelerinin neler olduğu hakkında
kesin bir bilgi sağlanamamakla beraber bunların Türkiye' de üretilmediği sanılmaktadır.
Organik pigmentlerde olduğu gibi bu konuda da detaylı bir fizibilite çalışması yapılması
gerekmektedir.
Türkiye'de üretilmekte olan tekstil boyar hammaddelerinin de çoğu dış karşılanmaktadır.
Önemli hammaddelerin miktar yönünden % 75’i yurt içinden temin edilmesine rağmen dış
alımla temin edilenler çeşit olarak daha fazladır ve toplam hammadde giderlerinin % 90’ını
oluşturur. Yerli hammaddelerin miktar yönünden fazla olmasının nedenlerinden biri tuz
kullanımının çok fazla olmasıdır. Tuz kullanımı yerli hammadde kullanım oranını
yükseltmesine rağmen ucuz olduğu için parasal değeri etkilememektedir.
Yurt dışından temin edilen hammaddelerin dış alımında döviz darboğazı nedeniyle aksamalar
olmakta bu da üretimde aksamaların ve sürekli ayarlamaları nedeniyle maliyet artışlarına
neden olmaktadır.
11. Kaynakça

Boya Teknolojisi

Transkript

Benzer belgeler

kongre programı

Marshall Boya ve Vernik A.Ş

Şubat 2004 - Bilim Teknik

Avrupa Boya Pazarının Son Yıllardaki Gelişimi

filli boya expert mantolama

neden türkiye

Yatırımcı Sunumu 2015 1Y