Plastik Malzemeler ve Boyama Teknolojileri

02.11.2018

Son yıllarda plastik malzemeler otomotiv/ulaştırmadan elektroniğe, mobilyadan inşaat sektörüne, oyuncaktan ambalaj sektörüne kadar birçok alanda aşağıdaki nedenlerle konvansiyonel malzemelere karşı tercih edilmektedir: • Hafif, • Korozyon, nem ve birçok iç-dış fiziksel ve kimyasal etkilere karşı dayanıklı, • Ekonomik, • Kompleks geometrilerde tasarımı /üretimi kolay, • Üretim süresi kısa, • Birçoğu geri kazanılabilir, • Boyanabilir/renklendirilebilir/estetik.

Başlıca Plastik Malzeme Tipleri

Plastikler kimyasal özelliklerine göre başlıca üç kategoride incelenebilir: 1. Termoplastikler 2. Termosetler 3. Karışım ve Alaşımlar

1. Termoplastikler:

Isı ile eriyen, geri dönüşebilen plastik malzemeler olup, başlıcaları; LDPE alçak yoğunluklu polietilen ve PP polypropilen homopolimerdir. PS : Polistiren. PVC : Polivinil klorür. PMMA : Polimetilmetaakrilat. ABS : Akrilonitril butadien stiren terpolimer. CAB : Selüloz asetobutirat. TPO : Termoplastik olefin elastomer Naylon6/6. PPS : Polifenilensulfit. SAN : Stiren akrilonitril. PA : Poliamid(naylon). PC : Polikarbonat. PPO : Polifenilenoksit. PET/PBT : Polietilen terftalat/Polibutilen terftalat. PAR : Poliarilat. PTFE : Politetrafloroetilen.

2. Termosetler:

Polimerizasyon sonrası geri dönüşemeyen, kimyasal reaksiyon sonucu oluşmaları nedeni ile fiziksel ve kimyasal dirençleri daha yüksek plastik malzemelerdir. Polyester, epoksi, fenolik gibi alt gruplara ayrılırlar.

3. Karışım ve Alaşımlar:

Plastik endüstrisinde değişik polimerlerin termal, mekanik ve kimyasal özelliklerine göre değişen oranlarda karışımı veya alaşımlarının kullanımı yaygındır. Başlıcaları; PPO/PS: Yüksek ısı direnci, sertlik, düşük nem absorpsiyonu ve düşük maliyet. Naylon/ABS: Isı ve kimyasal direnç, düşük ısıda yüksek darbe direnci, düşük maliyet. Naylon/PE: Yüksek ısı ve kimyasal direnci, aşınma direnci. PET/PBT: Yüksek ısı direnci, düşük maliyet, yüksek parlaklık.

Plastik Malzeme Seçimi

Spesifik bir amaç için uygun plastik malzeme seçimi aşağıdaki kriterlere göre yapılır: • Kimyasal direnç, • Darbe direnci, • Proses edilebilirlik/proses şartları, • Malzeme ve parça maliyeti, • Geri dönüşebilirlik, • UV direnci, • Nem ve su direnci, • Isı direnci, • Boyanabilirlik. Plastik malzemeler genellikle UV ışınlarına karşı, özellikle 290-350 nanometre dalga uzunluklarına karşı hassastırlar ve fotodegrasyona uğrarlar. Bu makalenin konusu plastik malzemelerin uygun yüzey hazırlama teknikleri ile proses edilerek ve akabinde uygun boya sistemleri ile boyanarak zayıf özelliklerinin geliştirilmesinin sağlanmasıdır.

Plastik Yüzeylerin Boyanması

Plastik malzemeler, endüstride genellikle bir boyama prosesi sonrasında kullanıma sunulurlar.

Boyama İhtiyacının Nedenleri

• Kalıp hatalarının kapatılması, • UV dayanımının artırılması, • Çizilme, fiziksel/kimyasal direnç özelliklerinin artırılması, • Dekoratif özellikler kazandırılması, • Yüzey görünümü özelliklerinin homojen hale getirilmesi.

Plastik Yüzeylerin Boyamaya Hazırlanması

Plastik yüzeylerin boyanmasında en önemli iki parametre: •Malzemeye özel yüzey hazırlama prosesi, •Plastik tipine özel uygun boya seçimidir Plastik yüzeydeki enjeksiyon öncesinde kullanılan yağ, silikon veya waks esaslı kalıp ayırıcıların, elle dokunmalardan kaynaklanan lekelerin, toz ve kirliliklerin, yüzeyde oluşan elektrik yüklerinin, prosesten kaynaklanan mikroskobik çatlakların boya performansı ve görünümü üzerinde çok önemli etkileri vardır. Poliolefinik plastik malzemelerin kalıplanması esnasında malzemenin soğuması sırasında yüzeyinde oluşan kristalimsi, kalınlığı değişken tabakaya “Weak Boundary Layer”(WBL) denir. Bu tabaka boyanın plastik yüzeye yapışmasını zorlaştırır. Boyanın uygulama sırasında yüzeyi ıslatabilmesi ve yüzeye tutunabilmesi için yüzey geriliminin uygulama yapılan yüzeyin yüzey gerilimine benzer veya tercihen daha düşük olması şarttır. Prensip olarak bir sıvının katıyı ıslatabilmesi için yüzey geriliminin katı yüzeyin yüzey geriliminden daha düşük olması gerekir. Plastik Malzemeler

Tablo 1. Yaygın Kullanılan Katı Malzeme Yüzeylerinin Yüzey Gerilim Değerleri

Plastik yüzeylerin boyanabilmesi ve yüzey enerjilerinin artırılması için yapılan ön işlemlere “yüzey hazırlığı” denir. Yüzey hazırlama teknikleri başlıca üç ana grupta toplanabilir:

1.Mekanik Yüzey Hazırlama

•Plazma-Corona Discharge: Hava atmosferinde polimerik yüzeyde aktif atomlar, moleküller, iyonlar, serbest radikaller ve serbest elektronlar oluşturarak yüzeydeki “weak boundary layer” yok edilir ve plastiğin yüzey gerilimi artırılır. •Glow Discharge: Plazma uygulamasının yaklaşık 1 torr’luk vakum ortamında yapılması prosesidir. Bu işlem genellikle argon, azot gibi inert bir gaz ortamında yapılır. •Flamaj: En basit şekli ile metan, propan, bütan gibi gazlar kullanılarak alevle dağlama diyebileceğimiz bu yöntem ile yüzey 1 sn’den daha kısa süreli termal oksidasyona maruz bırakılır.

2. Solventle Temizleme

Özellikle polypropilen ve poliüretan yüzeylerde “weak boundary layer” trikloretilen buharlarına maruz bırakılarak yok edilir ve boyanın yüzeye yapışması sağlanır. Bu yöntem sağlık ve çevre nedenleri ile kullanımı riskli ve sınırlanan bir yöntemdir.

3. Kimyasal Yüzey Hazırlama

Boyanacak yüzey 60-800C/1-2 dk. aşağıdaki çözeltilere maruz bırakılır. •Sulu potasyum permenganat/sülfürik asit çözeltisi, •Sulu kromik asit çözeltisi, •Sulu peroksidisülfat çözeltisi.

4. Yapışma Astarlarının Kullanımı

CPO bazlı astar/primer katları kullanılarak yüzey gerilimi artırılır. Bu yöntem gerekli yüzey temizlik işlemleri ve “weak boundary layer” tabakasının yok edilmesini takiben yapılmalıdır. Katı yüzeylerin direkt yüzey gerilimlerinin ölçülmesi mümkün olmamakla birlikte indirekt olarak katı üzerine damlatılan ve yüzey gerilimi bilinen bir sıvı damlasının yüzey üzerinde oluşturduğu kontakt açısından yararlanarak hesaplanabilir. δL = Sıvının yüzey gerilimi δS = Yüzeyin yüzey gerilimi α = Kontakt açısı Plastik Malzemeler

Kontakt açısı sıfıra yaklaştıkça δL = δS olur ve yüzeyin ıslatılabilirliği artar.

Plastik Yüzeylere Uygun Boya Sistemlerinin Seçimi

Boyanacak plastik yüzeyin tipi ve maruz kalacağı şartlar dikkate alınarak: •1K akrilik, •2K akrilik, •2K polyester, •UV, •Su ve solvent bazlı boya sistemleri kullanılabilir. Plastik Malzemeler