Boya Formülasyonlarında İdeal Dolgu Özellikleri
1. Dolgu Maddesi Nedir?
DIN 55943, EN 971-1 ve ISO 3262 Bölüm 1’e göre, dolgu maddesi, uygulama ortamında pratik olarak çözünmeyen partiküllerden oluşan ve hacmi artırmak veya teknik özellikleri iyileştirmek ve/veya optik özellikleri etkilemek için kullanılan bir maddedir.
2. Boyada Dolgu Maddesi Niçin Kullanılır?
Dolgu maddeleri boya formülasyonlarında şu amaçlar için kullanılır:
• Maliyetleri düşürmek,
• Ana pigmentleri genişletmek (doldurucu ve genişletici olarak),
• Toz boyanın pek çok fonksiyonel özelliklerini geliştirmek veya değiştirmek.
Çoğu dolgu maddesi inorganiktir ve genellikle tamamen oksitlenmiş haldedir. Isıya dayanıklı, ultraviyole (UV) bozulmasına ve kimyasal etkilere karşı dirençlidirler ve bağlayıcı sistemle etkileşime girmezler.
3. Dolgu Mineralleri
3.1. Kalsiyum Karbonat
Kalsiyum karbonat, düşük maliyeti, TiO2 genişletme için yüksek parlaklığı, yüksek saflığı, düşük aşındırıcılığı ve hava koşullarına karşı direnci nedeniyle boyalarda en yaygın kullanılan beyaz dolgu maddesidir. PCC ve ultra ince ıslak zemin kaliteleri, reoloji ve stabiliteye katkıda bulunur ve iyi örtücülük ve parlaklık koruması sağlar.
3.2. Barit
Boyalar ve astarlar, dolgu sınıfı barit (baryum sülfat) için en büyük kullanımı temsil eder. Yüksek parlaklıkta mikronize barit, müşterilerin kalite ile özdeşleştirdiği ağırlığı sağlamak ve yüksek yüklemeler için düşük bağlayıcı talebi nedeniyle genişletici olarak kullanılır.
3.3. Kaolin
KiliKaplamalarda kaolinin başlıca kullanımı TiO2 genişleticidir. Kısmen kalsine edilmiş kaliteler genellikle en iyi uzama, dayanıklılık ve örtücülük sağlar. Su ile yıkanmış ve delamine (tabakalara ayrılmış) killer, su bazlı kaplamalarda parlaklık, film bütünlüğü, dayanıklılık, ovma direnci, kaplama gücü, süspansiyon kabiliyeti, akış ve yayılmayı
kontrol etmek için kullanılır.
3.4. Talk
Talkın boyada başlıca kullanımı parlaklık kontrolü içindir. Ayrıca TiO2 genişlemesine, süspansiyon stabilitesine, düzleşmeye, kimyasal dirence, film bütünlüğüne ve hava koşullarına dayanıklılığa da katkıda bulunur.
3.5. Volastonit
Volastonit, kaplamalarda genişletici pigment olarak parlamaya ve erken paslanmaya karşı direnç sağlamak için kullanılır. İğnemsi yapısı, film dayanıklılığı ve üstün ovma direnci sağlar. İnce öğütülmüş ve mikronize kaliteler, epoksi toz boyalarda pürüzsüz akış, su direnci, geliştirilmiş ıslak yapışma ve iyi parlaklık sağlar.
3.6. Diyatomit
Diyatomit, düzleştirme ve geliştirilmiş katlar arası yapışma sağlamak için boya filmini pürüzlendirmek için kullanılır. Aynı zamanda film tokluğunu ve dayanıklılığını artırır ve daha az kabarma ve soyulma için buhar geçirgenliğini kontrol etmeye yardımcı olur.
3.7. Titanyum Dioksit
Titanyum dioksit (TiO2), boya endüstrisinde kullanılan en önemli beyaz pigmenttir. Yaygın bir şekilde kullanılır, çünkü görünür ışığı etkin bir şekilde dağıtır, böylece boya formülasyonuna dahil edildiğinde beyazlık, parlaklık ve opaklık verir. Titanyum dioksit, anataz ve rutil olmak üzere iki kristal yapıda ticari olarak mevcuttur. Rutil TiO2 pigmentleri, anataz pigmentlerine göre ışığı daha etkili dağıtmaları, daha kararlı olmaları ve daha dayanıklı olmaları nedeniyle tercih edilmektedir. Titanyum dioksit pigmentleri, içinde dağıldıkları boya formülasyonlarında çözünmezler; buna göre performans özellikleri, örneğin kimyasal, fotokimyasal ve fiziksel özellikler, prensip olarak pigmentin tane boyutu ve yüzeyinin kimyasal bileşimi tarafından belirlenir.
3.8. Grafit
Doğal grafit, pul yapısı ve iyi örtücülük oranı nedeniyle çelik yapı bakım kaplamalarında kullanılabilir. İyi iletkenliği ve siyah rengi, elektronik ve bilgisayar elektrik koruyucu kaplamalarında kullanıma uygun olmasını sağlar. Bu kaplama %75’e kadar grafit içerebilir. Diğer bir kullanım alanı ise antistatik zemin kaplamalarıdır. Isıya dayanıklı kaplamalarda, astarlarda, sızdırmazlık kaplamalarında ve suya dayanıklı kaplamalarda kullanılabilir. İyi ışık direncinden dolayı otomotiv boyalarında efekt (görsel etki) pigmenti olarak kullanılabilir.
4. İdeal Dolgu Özellikleri
İdeal dolgunun özellikleri şunlardır:
• İnert (etkisiz);
* Bağlayıcı sistemle etkileşime girmeme,
* Hafiflik ve solmazlık,
* Solventlere, asitlere, alkalilere ve kimyasallara karşı dayanıklı,
* Isıya dayanıklı,
* Suda çözünmez.
• Bileşim, tane boyutu ve düşük özgül ağırlık gibi sabit özellikler,
• Zehirsiz ve tehlikesiz,
• Aşındırıcı olmayan,
• Düşük maliyetli.
Boyanın pürüzsüzlüğünü, dokusunu ve parlaklığını etkileyen diğer önemli dolgu özellikleri ise şunlardır:
• Tane şekli,
• Yağ emme oranı,
• Özgül ağırlık.
Tane şekli, boyanın parlaklığını, pürüzsüzlüğünü, dokusunu ve geçirgenliğini etkiler. Yağ emme, boyanın akışı ve pürüzsüzlüğü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Özgül ağırlık ise boyanın kapsamını ve uygulama maliyetini etkiler.
[caption id="attachment_138829" align="aligncenter" width="743"]
Tablo 1. Boyada yaygın olarak kullanılan metalik olmayan dolgu maddelerinin yağ emme oranları[/caption]
Öte yandan, bir mineralin tane boyutu, ölçüldüğü yönteme bağlı olarak çeşitli şekillerde ifade edilebilir. Tane boyutunu ölçmek için kullanılan yaygın yöntemler şunlardır:
• Hegman inceliği,
• Eleme,
• Sedimantasyon ve
• Lazer saçınımı yöntemleri.
[caption id="attachment_138830" align="aligncenter" width="769"]
Tablo 2. Dolgu maddesinin tane boyutu ölçüm yöntemleri[/caption]
[caption id="attachment_138831" align="aligncenter" width="754"]
Tablo 3. Bazı dolgu maddelerinin boyaya sağladığı özellikler[/caption]
5. Sonuç
Boya formülasyonlarında gerek fonksiyonel olarak sağladığı hacim doldurma ve genişletme gerekse maliyet azaltma gibi etkileri dolayısıyla çok sayıda doğal mineral kullanılmaktadır. Bu minerallerin yapışma, bariyer özellikleri, örtücülük, parlaklık, kimyasal etkilere ve korozyona dayanım gibi boyaya sağladığı katkılar önemli olmaktadır. Yine bu minerallerin tane şekli, tane boyutu, tane boyut dağılımı, yoğunluğu ve yağ absorblama kapasitesi
uygulamada dikkate alınması gereken dolgu özellikleri olarak karşımıza çıkmaktadır.
Kaynaklar
1.DIN 55943, Colouring Materials-Terms and Definitions, 19 p., 2001.
2.Douglas S. Richart, Using functional fillers in coating-powder formulation, Powder Coating, February 1998.
3.EN 971-1, Paint and Varnishes-Terms and Definitions for Coating Materials- Part 1: General Terms, 33 p., 1996.
4.ISO 3362-1, Extenders-Specifications and Methods of Test-Part 1: Introduction and General Test Methods, 6 p., 2020.
5.RT Vanderbilt Company, Inc., An Introduction to Mineral Fillers for Paints & Coatings.
6.VINCENTZ, Detlef Gysau, Filler for Paints, 3rd Revised Edition European Coating Library.
7.https://www.tipure.cn/-/media/files/tipure/legacy/titanium-dioxide-for-coatings.pdf?rev=70975dd1245f4082841a13ef41058282 (18.10.2021)
8.https://www.european-coatings.com › Buecher (21.02.2022) https://coatings.specialchem.com/selection-guide/fillers-selection-for-paints-coatings (21.02.2022)
9.https://www.alpapowder.com (21.02.2022)
Prof. Dr. Öner Yusuf Toraman
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
Maden Mühendisliği Bölümü
