Boyada Dolgu Minerali Seçimi
Mineral dolgular, DIN 55943’e göre, pratik olarak uygulandığı ortamda çözünmeyen ve hacmi artırmak, bazı teknik özellikler elde etmek veya artırmak ve/veya optik özellikleri değiştirmek için kullanılan toz halindeki maddeler olarak tanımlanmaktadır. Dolgu
maddeleri esasen doğal minerallerdir. Mineral dolgular boya sisteminde kullanılan katı partiküllerdir. İki amaçla kullanılır:
1. Özelliklerini artırmak,
2. Maliyetleri düşürmek.
Dolgular boyanın temel özelliklerinde önemli role sahiptir. Etkileri, üretim, depolama ve uygulama aşamalarında önemlidir. Dolgunun etkilediği özellikler şunlardır:
1. pH,
2. Çökelme hızı,
3. Stabilite,
4. Ekipman aşınması,
5. Viskozite.
1. pH
Bilindiği gibi pH bir çözeltinin asitliğini ya da alkalinitesini (bazikliğini) derecelendirmeye yarayan ölçü birimidir. Su bazlı boyaların pH’sı, örneğin kolloidal stabilite açısından önemlidir.
pH değerini bilmek özellikle formülasyondaki davranışını tahmin etmede boya üreticileri için oldukça önemlidir. Bazı dolgu maddeleri pH’ı güçlü bir şekilde etkileyebilirken, diğerleri pH üzerinde sadece küçük bir etkiye sahiptir. Yüzey bileşimi ve dolgu minerallerinin kimyasal stabilitesi, partiküllerin pH üzerindeki etkisini belirler.
2. Çökelme Hızı
Boyada çökelme hızı esasen şunlarla ilgilidir:
1. Viskozite,
2. Yoğunluk,
3. Katı partiküllerin tane boyutu.
Yüksek yoğunluklu büyük parçacıklar, düşük yoğunluklu küçük parçacıklardan daha hızlı batar. Dolgu maddelerinin birincil partiküllerinin tane boyutu göz önüne alındığında, çoğunlukla d50 olarak adlandırılan birincil partiküllerin medyan (ortanca) partikül
çapı verilir. Parçacık boyutu mikrometre (μm) veya nanometre (nm) olarak verilebilir.
3. Depolamada Stabilite
Sıvı sistemlerde katı parçacıkların farklı kararlılık türleri önemlidir:
1. Çökeltme/çökelme,
2. Çözünme,
3. Kimyasal stabilite,
4. Flokülasyon – Bu olumsuz süreç üretim, depolama, uygulama ve film oluşumu sırasında gerçekleşebilir.
Flokülasyon, katı partiküllerin yüzeyine dispersan adı verilen özel katkı maddelerinin adsorbe edilmesiyle partiküller arasında itici kuvvetler düzenlenerek önlenebilir.
Dağıtıcı kimyasalın dolgu parçacıklarının yüzeyine adsorbe olup olmayacağı, dağıtıcı moleküllerin:
1. Kimyasal bileşimi ve morfolojisi ve
2. Katı parçacıkların yüzey bileşimi tarafından belirlenir.
Çoğu dolgu maddesi hidrofiliktir (susever), bu da parçacıkların yüzeyinde polar grupların bulunduğunu gösterir. Nispeten hidrofobik (su sevmez) bir yüzeye sahip bir dolgu maddesi olan talk, bir istisnadır. Hidrofilik partiküller kolayca stabilize edilir, çünkü dağıtıcı moleküller hidrofilik partiküllerin yüzeyinde bulunan polar gruplar üzerinde kuvvetli bir şekilde
adsorbe edilebilir (yüzeye tutunabilir).
Dolgunun çözünmesi, olası kimyasal reaksiyonlar kadar depolama sırasında meydana gelir ve dolgunun kimyasal bileşimine bağlıdır. Sıvı ortama karşı kimyasal dirence sahip dolgu maddelerinin seçilmesi önemlidir.
Bazı dolgu maddeleri inert değildir, bu da katı parçacıkların örneğin belirli kimyasallar, çözücüler, asit, alkali veya ultraviyole ışıma tarafından saldırıya maruz kalabileceği anlamına gelir. Örneğin, kalsiyum karbonat (CaCO3), asidik bir ortamda oldukça yavaş çözünen bir dolgu maddesidir. Bunun anlamı şudur: Düşük pH’lı su bazlı sistemlerde kalsiyum karbonat
kullanırken veya sistem asidik bir tabana uygulanacaksa dikkatli olunması gerekir.
4. Ekipman Aşınması
Hem üretim sırasında hem de boya uygulaması sırasında ekipman zarar görebilir. Sertliği yüksek ve keskin kenarları (şekli) olan dolgu maddeleri, aşınma nedeniyle ekipmana zarar verebilir. Bir dolgu maddesinin sertliği, katıya mekanik olarak zarar vermenin ne kadar kolay veya ne kadar zor olduğunun bir göstergesidir.
Pigmentler ve dolgu maddeleri için, sertliği ölçmede Mohs sertlik skalası kullanılır.
Elmas olan en sert mineralin Mohs sertliği 10 iken, yumuşak bir dolgu maddesi olan talkın Mohs sertliği 1’dir. Kuvars gibi sert dolgu maddeleri, özellikle parçacıkların keskin kenarları olduğunda üretim ekipmanlarında aşınmaya neden olabilmektedir.
5. Viskozite
Viskozite, sıvıların akmaya karşı yani akışkanlığa karşı gösterdiği dirençtir. Akıcılık ise sıvıların akmaya karşı direnç göstermemesine denir. Sıvı sistemlerin viskozitesi, aşağıdakilere bağlı olarak dolgu maddelerinden etkilenir:
1. Parçacık boyutu,
2. Parçacık şekli ve
3. Dolgu parçacıklarının yüzey bileşimi.
Düzensiz şekilli parçacıklar bir sistemin viskozitesini yükseltecektir. Yüksek miktarda reçine malzemesini emen küçük veya gözenekli parçacıklar, yüksek viskoziteye neden olur.
Sonuç
Dolgu minerallerinin özellikleri (pH, çökelme hızı, stabilite, viskozite vb.) boya uygulamalarını olumlu ya da olumsuz etkilemekte bu yüzden doğru mineral seçimi önem kazanmaktadır.
Kaynaklar
Jochum Beetsma, https://coatings.specialchem.com/selection-guide/fillers-selection-for-paints-coatings (28.09.2022)
Ö.Y.Toraman, Boyada Kullanılan Mineral Dolgu Maddeleri, BoyaTürk, Haziran/Temmuz 2016, s.2-4.
Ö.Y.Toraman, Boya ve Plastikte Kullanılan Mineral Dolgu Maddeler, BoyaTürk, Nisan/Mayıs 2014, s.34-36.
Prof. Dr. Öner Yusuf Toraman
Maden Mühendisliği Bölümü
Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi
