1. Boya Nedir?
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.
Boyadan beklenen nitelikler;
Koruyucu olmalıdır
Dekoratif olmalıdır
Kullanıcı sağlığını olumsuz yönde etkileyici olmamalıdır
Zararlı gazlar çıkartmaması, pul pul
dökülmemesi, tozmaması,
küf ve mantar oluşmasına izin vermemesi,
kirletici maddelerin etkisi veya
temizleyici maddelerle çözülmemesi gerekmektedir.
2. Boyanın Bileşimi
Temel olarak boya formülasyonları 4 temel bileşenden oluşur.
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
3.
4. Bağlayıcılar
Film yapıcılar (bağlayıcılar) boyanın ana maddelerinden olup, pigment ve dolgu
maddelerini de bağlayarak; boya tabakasını oluşturan maddeleri ve bu şekilde boyanın
karakterini ve niteliğini belirler.
Boyaların hemen hemen tüm karakteristikleri, örneğin kuruma şekli ve süresi, diğer
katmanlarla uyuşup uyuşamayacağı, dayanımı, uygulama biçimi, parlaklığı
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 orijinli maddeler ve bitümlü maddeler olarak gruplayabiliriz.
6. Poliester Reçineler
Dioller ile dikarboksilik asitleri polikondenzasyon reaksiyonu sonucunda elde
edilirler.İki çeşit poliester reçine vardır.Doymuş ve doymamış poliester
reçineleridir.
Doymuş poliester reçineleri otomotivlerde, beyaz eşya sektöründe ve bobin
boyalarında kullanılır.
Doymamış poliester reçineleri ise dolgun ve parlak yüzeyler oluşturmak için
ahşap vernik ve boyalarında kullanılır.
7. Alkid reçineler
Alkid, yağ asitleri ve diğer bileşenlerin oluşturduğu bir çeşit polyesterdir. Polyol ve
dikarboksilik asitlerin reaksiyonundan elde edilen alkid, çeşitli yağ asitleriyle
modifiye edilmektedir. İçerdiği yağ asitleri alkide karakteristik özellikler ve
esneklik katmaktadır.
8. İsmini alkol ve organik asitten alan alkidler temel olarak üç
gruba ayrılır: Kısa yağlı
Orta yağlı
Uzun yağlı
Kısa yağlı alkidler düşük miktarda kuruyan yağ içerirler. Katı madde (reçine)
olarak %40'ın altında yağ içeren alkid reçinelerdir.
Orta yağlı alkidler, kısa yağlı alkidlere göre daha fazla kuruyan yağ içerirler ve
daha hızlı kuruma özelliğine sahiptirler. Parlak son kat uygulamarında tercih
edilen boyalarda kullanılır. Parlaklığını çok uzun süre korur, mekanik dayanımı
ve sararmama özelliklerine sahiptir.
Uzun yağlı alkidler reçine içeriğinde yüksek miktarda yağ bulundurur. Bu
sebepten dolayı diğer alkidlere göre daha hızlı kuruma özelliğine sahiptirler.
Stiren modifiye alkidler, stiren monomer ile modifiye edilmiş orta yağlı
alkidlerdir. Daha çok hammerton boyalar ve son kat uygulamalarında kullanılır.
Mükemmel dış ortam direnci ve sararmama özelliği vardır. Parlaklığını çok uzun
süre korur.
Üretan modifiye alkidler daha çok zor koşullarda bulunacak ürünlerin
uygulamasında kullanılır. Mükemmel deniz suyu direnci ve sararmama özelliği
vardır. Parlaklığını çok uzun süre korur.
Alkid reçineler
9. Nitroselüloz Reçineler
Selülozun belli şartlardan geçirildikten sonra nitrat asidiyle esterleşmesi sonucunda
ele geçer.Nitroselüloz reçineler, çok çabuk kurur ve bu özelliklerinden dolayı bugün
modern ve hızlı baskı tekniğiyle basılan ambalaj malzemesi mürekkeplerinin en
önemli bağlayıcılarındandır.
Nitroselüloz reçineler üre, poliaminoamid, alkid reçineler ile birlikte kullanılabilir.
Kullanıldığı yerler
Matbaa Mürekkepleri
Metal Boyaları
Mobilya Boyaları
Deri Boyaları
Efekt Boyalar
Kağıt Boyaları
10. Fenolik Reçineler
En eski sentetik reçinelerdir ve fenol formaldehit reçineler olarakta
adlandırılır.Reçine sentezi 2 kademede gerçekleşir.
a) fenol ve aldehit arasındaki primer reaksiyon( aldehitleri katılması ve fenol
alkollerin oluşması)
b) reaksiyon ürünlerinin polikondenzasyonu.
Fenollerin formaldehitle reaksiyona sokulmalarıyla, reaksiyon şartlarına göre çok
farklı ürünler ortaya çıkar.
pH Formaldehit
miktarı
Oluşan ürün
< 7 Düşük (0.5-0.9 mol) Termoplastik
novolak
< 7 Büyük (1 mol ve üzeri) Kuvvetli ağ yapısı
resit
> 7 Düşük (1.1-1.5 mol) Seyrek zincirli ağ yapısı
resol
> 7 Büyük (1.5-2.5 mol) Sık zincirli ağ yapısı
resol
11. Amino Reçineleri
Ürenin, formaldehitle polikondenzasyonu ile üretilir.Bu reaksiyon bazı faktörlere
bağlı olarak ilerler.
Üre-formaldehit oranı
Çözeltinin pH’sı
Çözeltinin konsantrasyonu
Reaksiyon sıcaklığı
Katalizörlerin cinsine ve konsantrasyonuna bağlıdır.
12. Üretan Reçineler
Üretan reçineleri diizosiyanatlar ile aminler, alkoller, su, üre, karboksilik asitler
ve karboksilik asit amidleri ile verdikleri tepkimeler sonucunda oluşur.
Oto tamir ve otomotiv sektöründe iki bileşenli sistemler olarak kullanılırlar.Uçak
boyalarında polyester poliol/üretan sistemleri , astar ve son kat olarak
kullanılır.Ahşap boyalarında , mobilya ve yer kaplamalarında alkid modifiye
üretan reçineler kullanılır.
Bu reçinelerin gelişmiş yapışma,film sertliği ve kuruma hızı gösterirler.Oluşan
filmler sert, fakat esnek ve iyi kimyasal dirence, su ve tuz direncine sahiptir.
Aromatik izosiyanat içeren üretan reçinelerinde sararma sorunu ortaya çıkar.
13. Epoksi Reçineler
Polimer zincirinin uçlarında halkalı eter gruplarını içeren reçinelerdir.Epoksi
reçineleri, farklı çapraz bağlayıcılarla birlikte kullanılarak oda sıcaklığında
sertleşen iki bileşenli kaplamalarda, oda sıcaklığında nemle sertleşen iki bileşenli
kaplamalarda kullanılırlar.
Yüzeye iyi yapışma, yüksek korozyon direnci ve yüksek kimyasal ve de mekanik
direnç gerektiren her türlü macun, astar ve son kat boyalarda
kullanılır.Genellikle otomotiv ve sanayi boyalarında kullanılır.
UV ışınlarına dayanıklı olmamaları zayıf yönleridir.Bu nedenle, Bis A epoksi
reçineleri dış ortam etkisiyle tebeşirlenmeye neden olurlar.Genellikle ev içi
ortamlarda kullanılan ,buna karşın kimyasal dayanım ve pas direnci gerektiren
beyaz eşya boyalarında kullanılır.
14. Vinil Reçineler
Vinil monomerlerinin polimerleşmesiyle elde edilirler.
Polivinil asetatın sulu emülsiyonları inşaat boyalarında kullanılır.Polivinil klorür
kopolimerlerinin plastisolleri bobin boyalarında kullanılır.
Akrilik Reçineler
Fonksiyonel grup içeren (amid,epoksi vb.) ve içermeyen akrilik ve metakrilik asit
esterlerinin sahip olduğu etilen çift bağı üzerinden serbest radikaller yardımıyla
katılma yoluyla polimerleşmeleri sonucunda oluşur.
15. Pigmentler
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.
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.
Boyanın %30 kadarını oluşturan pigmentleri, anorganik ve organik olarak ikiye
ayırabiliriz.
16. Anorganik Pigmentler Organik Pigmentler
Beyaz pigment titandioksit Beyaz yoktur
Siyah pigment magnetit yapıdaki demiroksit Siyah ( iskarası ) yani karbon siyahı
Mavi-lacivert pigment sodyum, alüminyum silikat Mavi, fitalosiyanin, antrakinon, fanal mavileri en
meşhurlarıdır
Sarı pigment demiroksit hidroksit bünyesinde pas
rengi sarıyı, kurşunsülfat
kromat limon sarısından turuncuya doğru, bazik
kurşunoksid kurşun kromat turuncu
renkteki pigmentleri sağlar.
Sarı pigmentlerin başlıcalarına gelince
a) Aril – amid
b) Benzidin
c) Naftol
d) Filavantiron
e) Antrakinon
f) Antrapirimidin sarıları
Kırmızı pigment demiroksid, oranja bakan kırmızı
olarak kurşun kromati kurşun hidroksit
Yeşil pigment olarak açıktan koyuya doğru mavi
oranı artan kromsarısı prusya
mavisi karışımları yanında kromoksid ve
kromhidroksid gösterilebilir
17. Solventler
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.
18. Dolgular
Dolgular ,içinde bulunduğu ortamda çözünmeyen taneciklerden oluşan, temel
kullnılma nedeni boya maliyetini düşürmek olan, bununla birlikte boyanınj bazı
teknik özelliklerinin de iyileşmesine yol açabilen katı malzemelerdir.1 ila 100
mikrometre arasında değişen ortalama tanecik boyutlarında olurlar.
Dolgu olarak kullanılacak girdilerin bazı özellikleri şunlardır:
Renk, kırm indisi, tane iriliği, yoğunluk, yüzey alanı veya yağ absorpsiyonu,
disperse edilebilirlik, diğer boya girdileriyle ve boyanın sonradan maruz kalacağı
kimyasallarla tepkime yatkınlığı ve sertliktir.
Barit (Doğal baryum sülfat)
Blanc Fixe (Sentetik baryum sülfat)
Doğal ve sentetik kalsit
Tebeşir tozu
Dolamit
Talk
Kaolin
Mika
Silika dolgular
19. Katkı Maddeleri
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.
Islatıcılar ve Dispersiyon katkıları
Yüzey katkıları
Reoloji düzenleyiciler
Köpük gidericiler, Köpük kesiciler
Biyositler
Katalizörler ve inhibitörler
UV stabilizörler
Matlaştırıcı katkılar
20. Boyanın Hazırlaması
Şimdi baştaki soruyu tekrar soruyoruz. Boya nedir?
Boya, esas itibarıyla bağlayıcı + solvent + pigment den oluşan bir dispersiyon
sistemidir.
Ana komponentler bağlayıcı - pigment - solvent olmakla beraber, diğer yardımcı
bileşenlerle birlikte boya oluşturulmuş olur.
1. Uçucu olmayan kısım
Reçine
Pigmentler
Dolgular
2. Uçucu olan kısım
Solvent
Su
Katkılar + + Dolgular
21. Boyanın Hazırlaması
Boyanın istenilen niteliğe uygun ve istenilen renkte üretimi için daha önceden
hazırlanmış, belirlenmiş girdilerin ve miktarlarının yazılı olduğu boya formülasyon
reçeteleri vardır.
Boyanın oluştuğu kimyasalların her birinin boyaya sağladığı bir özellik vardır. Ancak
bu katkının sağlanabilmesi için uygun ortam ve uygun oranda homojen karışımına
dikkat edilmelidir.
Özellikle boya, üretim sırasında viskozitesinin ve yoğunluğunun istenilen aralıklarda
olması için testlerden geçirilir. Boya üretim aşamaları aşağıdaki gibidir:
İlk karıştırma
Makine geçiş (MG)
Renk (alt ilave)
İlk karıştırma aşamasında reçine, pigment varsa dolgu malzemesi belli oranlarda
karıştırılıp, buradan homojen bir solüsyon eldilir. Ayrıca katkı maddelerinin
reçine içine karışabilmesi sağlanır. İlk amaç, pigmentleri reçineye yedirmektir. İlk
aşamada 20-50 μ tane büyüklüğünü 5-10 μ’luk bir büyüklüğe taşımak gerekir.
Bunun için karışım makine geçişten 3–4 pas geçer.
22. Boya Hazırlama Basamakları
İlk karıştırma:
Pigmentin yeterli bağlayıcı ile karıştırılarak dispersiyon için uygun viskoziteye
getirilmesidir (pasta).
Dispersiyon:
Pastanın Mill’den geçirilerek pigment partiküllerinin hedeflenen tane iriliğine
düşürülmesidir.
Alt ilave:
Dispersiyonu tamamlanan pastanın varsa alt ilavelerinin verilerek formülün
tamamlanmasıdır.
Renk yapma:
Renk komponentlerini kullanarak istenen renge ulaşılmasıdır.
Kalite kontrol:
Fiziksel özelliklerin ve performans gereksinimlerinin belirlenmesi için testlerin
yapılmasıdır.
23. Pigment Dispersiyonu
Pigment partiküllerinin bağlayıcı içerisinde homojen olarak dağılmasıdır.
Pigment partiküllerinin bağlayıcılar tarafından ıslanması pigment dispersiyonunda
büyük önem taşır.
Pigmentlerin bağlayıcı tarafından ıslanması hem pigment partikül yüzeyinin
yapısına hem de ıslatıcı sıvının yapısına bağlıdır.
Islatıcı özelliği düşük olan bağlayıcıların kullanıldığı durumlarda pigment
partiküllerinin bağlayıcı tarafından ıslatılması, organik sıvılarla (katkı malzemesi,
ıslatıcı) sağlanır.
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: İnce tane iriliğinden, kaba tane iriliğine kadar olan farklı
tanecikleri içerir.
24. Pigment dispersiyonu, birbirini izleyen
üç ayrı aşamada incelenebilir:
Pigment parçacıklarını sarmış olan
hava tabakasıyla bağlayıcının yer
değiştirmesi ve taneciklerin ıslanması
Aglomeratların, agregat ve primer
parçacıklara kadar parçalanması ve
bunların bağlayıcı ile sarılması
Dispersiyonun stabilizasyonu
Pigment Dispersiyonu
Dispermat cihazı
25. Boya Filmi Oluşturma Mekanizmaları
Çözgen buharlaşmasıyla film oluşturan kaplamalar
Bağlayıcı olarak selüloz nitrat, klorlu kauçuk, termoplastik akrilik ve vinil
reçineleri kullanılır.
Hava oksijeniyle sertleşen kaplamalar
Bağlayıcı olarak alkid reçineler kullanılmaktadır.
Fırında kuruyarak sertleşen kaplamalar
Genellikle bağlayıcı olarak kullanılan reaktif polimerler iki grupta incelenir.Bunlar
asıl bağlayıcılar ve çapraz bağlayıcılardır.Asıl bağlayıcılar reaktif grup olarak
hidroksil –OH grubu içerirler.Bunlar kurumayan yağlı alkid, doymuş poliester,
akrilik reçineler dir.Çapraz bağlayıcı olarak metilol ve metiloleter gruplarını içeren
formaldehit reçineleridir.Bloklanmış izosiyanat prepolimerleri ve bloklanmış
poliamid reçineleride kullanılmaktadır.
26. Boya Filmi Oluşturma Mekanizmaları
İki veya daha çok bileşenli kaplamalar
Genellikle poliüretan boyalarda ve epoksi poliamid boyaların kurutulmasında
kullanılır.
UV ışınları ile sertleşen kaplamalar
Yapı içerisinde oligomerler, reaktif seyrelticiler ve fotobaşlatıcılar bulunur.
Nemle sertleşen kaplamalar
Bu sistemde poliüretan kaplamalar, epoksi kaplamalar ve silan fonksiyonlu
akrilik kaplamalar oluşturulmaktadır.
Kaynaşma (koalesans) ile sertleşen kaplamalar
Emülsiyon sistemlerinde uygulanır.Bağlayıcı olarak vinil ve akrilik polimerler
kullanılır.
27.
28. Çevreyle etkileşimleri açısından organik kaplama
türleri
Günümüzde,organik kaplamalar çevre üzerindeki etkileri aöısından 4 farklı sınıfa
ayrılırlar.
Çözgenli (solventli) boyalar:
Boya bileşiminde kullanılan bağlayıcıların akışkanlıklarının ayarlanması için
solventler kullanılır.Çeşitli aromatik ve alifatik hidrokarbonlar,terpenler, alkoller,
esterler, ketonlar, glikol eterler bu amaçla kullanılan solventlerdir.
Çözgen içermeyen sıvı boyalar
UV ile sertleştirilen kaplamalarda kullanılır.
Sulu boyalar
Akışkanlığı ayarlamak için solvent yerine su kullanılan boyalardır.3 gruba
ayrılırlar.Lateks boyalar, suyla inceltilen boyalar ve sulu emülsiyon boyalardır.
Toz boyalar
Hiç solvent içermezler.Boya bağlayıcısı olarak seçilen polimerler,yüksek sıcaklığa
kadar ısıtılıp eritilmek suretiyle akışkanlaştırılarak pigment ve dolguların bu
akışkan ortamda dispersiyonu sağlanır.Daha sonra ince tabakalar halinde
soğutulur.Bu tabalar parçalanıp öğütülerek tozlara dönüştürülür.
29. Ugulama Alanları açısından organik kaplama
türleri
Ahşap Boyaları
Bobin Boyaları
Deniz ve Konteyner Boyaları
Genel Sanayi Boyaları
İnşaat boyaları
Metal Ambalaj Boyaları
Otomotiv Boyaları
Oto Tamir Boyaları
Plastik Boyaları
Uçak Boyaları
30. Hazırlanan Boyanın Karakterizasyonu
Boya testleri; üreticinin her seferinde aynı fiziksel ve kimyasal özelliklere
sahip boyayı üretebilmesi, tüketicinin ise kullanacağı boyanın fiziksel ve
kimyasal özelliklerini bilmesi ve seçmesi amacıyla gereklidir. Test paneli cinsi,
yüzey hazırlama şekli, boya (kat) kalınlıkları, panelin bulunduğu ve testin
yapıldığı ortam koşulları, kuruma şartları en önemli etkenler olarak
sayılabilir ve test sonucunu büyük ölçüde etkiler.
Boya üzerinde yapılan testler üç grupta toplanır:
Yaş boya testleri
Kuru boya filmi üzerinde yapılan testler
Performans testleri (Direnç Özellikleri)
31. Yaş Boya Testleri
Vizkozite testi
Yoğunluk testi
Katı madde tayini testi
Parlama noktası belirlenmesi testi
Pigment / Bağlayıcı Oranı ve belirlenmesi
Yaş boyanın kararlılığı ve hızlandırılmış yaş boya testleri
Ezme inceliği Testi
Ovalama testi
Uyuşurlu testi
32. Kuru Boya Filmi Üzerinde Yapılan Testler
Yapışma testleri
Sertlik testleri
Çizilmeye direnç esasına dayalı sertlik testleri: Kalem sertliği testidir.
Sert bir maddenin batmasına direnç esasına dayalı sertlik testler:
Buchholz sertlik testi, Tukon sertlik testi ve Fischer Mikro-batma testi sayılabilir.
Periyodik deformasyon karşısında yorulma direnci esasına dayalı
sertlik testleri: Sarkaç sertliği testi
Esneklik ve sağlamlık özelliklerinin testleri
Mandrellerle bükme testleri
Derin çekme testi
Darbe testleri
Taş çarpma direnci testi
T-bükme testi
Çizilme ve aşınma direnci testleri
Taber aşınma testi
Parlaklık testi
Kimyasallara direnç testleri
Su ve nem direnci testleri
Hızlandırılmış Korozyon testleri
