Ahşap Malzeme Yüzey İşlem Maddeleri: Selülozik Vernikler
1. Genel Bilgiler
Doğal kaynaklar, ilk çağlardan itibaren insanoğlunun faydalandığı malzemelerin başında gelmektedir. İlkel yıllık bitkilerden yüksek organizasyonlu ağaçlara kadar fotosentez yapma kabiliyetindeki bitkilerin temel hücre çeper maddesi olan selüloz, aynı zamanda yeryüzünde en fazla bulunan doğal polimerdir [1].
Selülozun bu kadar yaygın bulunması, araştırmacıların ilgisini çekmiş ve teknolojik gelişmelere bağlı olarak birçok alanda faydalanılmaya çalışılmıştır. Selülozdan, yapısını
değiştirmeden (kağıt, mobilya, kompozit) faydalanıldığı gibi günümüzde ileri mühendislik tasarımı ürünler (nano selüloz, yapay organ, selüloz türevleri) üretilebilir duruma gelinmiştir [2-3].
Selülozun bu kadar geniş ve yaygın kullanım alanı bulması, onun doğal ve ucuz hammadde olmasının yanı sıra kendini yenileyebilme özelliğindeki biyokütleden sağlanması verilebilir. Her bir biyokütle aynı kimyasal yapıda selüloza sahip olmakla birlikte fiziksel olarak farklı özellikte selüloz hammaddesinin üretilmesine imkan sağlamaktadır [1].
Selülozun esterleşme ürünlerinden birisi olan nitroselüloz, ahşap ve diğer malzemelerin yüzey işlemlerinde kullanılan önemli bileşiklerden birisidir. Selülozun esterleşme derecesine bağlı olarak elde edilen ürünün özellikleri de değişiklik göstermektedir [1,4].
2. Ağaç Malzeme Üst Yüzey İşlemlerinde Kullanılan Vernikler
Ahşap ve diğer malzemenin estetik görünümünün doğala en yakın olması, ucuz ve kolay koruma sağlaması için kullanılan en etkili yöntemlerinden birisi üst yüzey işlem uygulamalarıdır. Bu amaç için şeffaf yüzey işlemleri yani vernik ve cilalardan faydalanılmaktadır.
Vernikler ise, uygulandıkları yüzeylerde sertleştikten sonra şeffaf/saydam bir katman oluşturan ve en az iki eleman içeren (çözücü ve katı madde) eriyikler olarak tanımlanmaktadır [5,6]. Bu nedenle, vernik uygulaması, malzeme yüzeylerinde şeffaf
bir koruyucu katman oluşturmak şeklinde özetlenebilir.
Ahşap malzeme yüzey işlemlerinde kullanılan boya ve vernikler, en genel olarak aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir [5-7].
• Kuruma ve sertleşme tiplerine göre (fiziksel, kimyasal veya her iki yöntemle),
• Sürüldüğü yüzeylerdeki etkilerine göre (parlak, mat, geçirgen),
• Kullanıldığı yere göre (mobilya, dekorasyon, otomotiv),
• Elde edildiği hammaddenin özelliğine göre (alkid, üretan, selülozik)
• Uygulama sırasına göre (astar,dolgu, ilk-sonkat).
Günümüzde en fazla kullanılan vernik türü, kolay uygulama özelliklerinden dolayı (fiziksel ve kimyasal kuruma) iki elemanlı solvent bazlı olanlardır (yağ esaslı vernikler) [5]. Fakat bu tip verniklerin kullanımı, içerdikleri zehirli kimyasal bileşiklerden (VOCs) dolayı, her geçen gün fazlasıyla sorgulanmaya başlanmıştır.
Bir çözüm önerisi olarak son yıllarda vernik formülasyonlarında kullanılan solvent ve reçinenin değiştirilmesiyle alternatif bazı vernikler geliştirilmeye çalışılmıştır. Su bazlı vernik sistemleri bu çalışmaların sonucunda günümüzde gittikçe artan oranda kullanılan ürünlerdir [5-8].
Çizelge 1’de, ahşap yüzey işlemlerinde kullanılan bazı vernik türleri karşılaştırmalı olarak gösterilmiştir.
Çizelge 2’de ise farklı amaçlar için üretilen selülozik vernik tipleri ve uygulama alanları gösterilmiştir.
2.1. Selüloz Esaslı Vernikler ve Genel Özellikleri
Selülozik vernikler, genel olarak nitroselüloz olarak bilinmektedir ve 1920’li yıllardan beri kullanılmaktadır. Genel olarak nitroselüloz, selülozun sülfirik ve nitrik asit ortamında esterleşme reaksiyonlarıyla üretilir. Bu reaksiyon şeklinde, selülozun yapısındaki serbest hidroksil grupları (-OH) nitro grupları ile (–NO3) reaksiyona girerek, sulu reçineli çözeltide selüloz nitrat esteri oluşur [1,4].
Bu reçine hızlı kuruma özelliğine sahip bazı solventler ile muamele edilerek nitroselüloz yani selülozik vernik elde edilir. Şekil 1’de selülozun nitroselüloza olan esterleşme reaksiyonu
gösterilmektedir [1]. Şekil 1’de görüldüğü gibi, selülozun yapısındaki her bir anhidroglikoz birimi, nitro grubu ile esterleşme reaksiyonu oluşturabilen üç OH grubu taşır.
Bu -OH gruplarının nitro grubu ile reaksiyon verme derecesine bağlı olarak nitroselüloz; mononitroselüloz, dinitroselüloz ve trinitroselüloz olarak isimlendirilebilir [1,4]. Bu dönüşümde (esterleşme), selülozun yapısında diğer hücre çeper kimyasalların bulunması (lignin, hemiselüloz, mineraller), elde edilen verniğin kalitesinde düşürücü etki yapmaktadır.
Nitroselüloz verniği, ilk başlarda ahşap yüzey işlemlerinde, hızlı kuruyan bir alternatif olarak pazarlanmış, sprey boya olarak da pigmentlerle formüle edilmiştir. Günümüzde ise, fiyatının uygun olması, hızlı kuruması ve çeşitli ahşap malzemelerin doğal dokusu ve renklendirmesine uyum sağlaması nedeniyle hala ahşap yüzey vernik ve boya maddesi
olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır [3,14].
Nitroselüloz, renksiz, şeffaf, esnek bir film bırakan ve organik çözücülerde kolayca çözünen özellikte olmakla birlikte zayıf bir yapıya ve esnekliğe sahiptir. Bu özelliklerini geliştirmek
için reçine ve plastikleştiriciler adı verilen kimyasallar eklenerek istenilen düzeyde elastikiyet ve renk stabilitesi sağlanabilir.
Ayrıca, suya, kimyasallara karşı dayanımı sağlanabilir ve kolay kuruyan farklı türlerde nitroselüloz üretilebilmektedir [6-10]. Fakat, genel olarak nitroselüloz esaslı vernik ne kadar elastik, renksiz ve dayanıklı ise, maliyeti de o kadar fazla olmaktadır [3,14].
Nitroselülozun özellikleri genellikle hangi reçinelerin veya plastikleştiricilerin eklendiğinden çok kuruma şekliyle tanımlanır. Tam sertleşme ise solvent, vernik inceltici buharlaştığında
gerçekleşir. Çözücü hızla buharlaştığı için kuruma hızla gerçekleşir. Fakat, kürlenmiş yüzeyde çapraz bağlanmanın olmaması nedeniyle nitroselüloz vernikleri ısıya, solventlere ve kimyasal hasara karşı çok dirençli değildir [14].
Nitroselüloz verniklerin hazırlanmasında kullanılan inceltici veya solventlerin buharlaşma hızları farklı olabildiğinden seçilen/hazırlanan formülasyona bağlı olarak verniğin sertleşme süresi kontrol edilebilir. Bu nedenle nitroselüloz verniğin sertleşmesi/kürlenmesinin kontrolü, diğer vernik ve boya sistemlerine göre daha kolaydır. Nitroselülozik verniklerin genel avantajları aşağıdaki şekilde özetlenebilir [6-10, 14];
• Sprey şeklinde kolaylıkla uygulanabilir,
• Çabuk kuruyabilir,
• Çoklu kat uygulamasına uygundur, • Farklı inceltici/çözücü karışımları ile kullanılabilir,
• Çok yüksek film şeffaflığına sahiptir,
• Birçok renkli pigmentle formüle edilebilir ve boya olarak kullanılabilir,
• Maliyeti diğer vernik türlerine göre rekabet edebilir seviyededir.
Nitroselüloz vernik ile ilgili temel sorunlardan birisi ise verniğin formülasyonunda kullanılan solvent ve incelticilerin niteliğidir. Kullanılan solventler toksik emisyona sebep olmasından
dolayı (VOC) insan ve çevre sağlığı içinde olumsuz durum yaratır, ayrıca kolay yanma/parlama özelliğine sahiptir. Nitroselüloz verniğin bazı önemli dezavantajları ise [6-10, 14];
• Uygulamalarda bazı zehirli, yanıcı, havayı kirleten solventlerin kullanılması gerekir,
• Sınırlı ısı, kimyasal, su, asit ve alkali direncine sahiptir,
• Sınırlı çizilme direncine sahiptir,
• Düşük katı içeriği nedeniyle zayıf film yapısına sahiptir,
• Uygulanan sıvı verniğin sadece %10-20’si katı bir film olarak yüzeyde kalır.
3. Sonuç ve Öneriler
Nitroselüloz verniği, birçok kullanım alanı olan ve ahşap malzeme yüzeylerine yaygın olarak kullanılan bir vernik türüdür. Bu verniğin en önemli özelliği olarak çok hızlı kurması verilebilir.
Fakat son yıllarda çevre ile uyumlu, toksik madde salınımı en aza indirilmiş vernik türleri üzerine çalışmalar artarak devam etmektedir. Nitroselülozik verniklerin de, farklı özellikte formüle edilmesine olanak sağlayan solvent sistemlerinin geliştirilmesi ve formülasyonlarının düzenlenerek atmosfere karışan zehirli kimyasal salınımın azaltılması sonucunda, bu vernik türüne olan ilginin gelecekte de artması beklenebilir.
Referanslar
1. Fengel, D. &Wegener, G. (1984).Wood, Chemistry, Ultrastructure, Reactions, Walter de Gruyter Public. Berlin, Germany.
2. Bowyer J.L, Shmulsky, R &Haygreen J.G. (2003).Forest Product sand Wood Science-An Introduction. Fourthedition, Iowa State University, Ames, IA, 553p.
3. Williams, R. S. (1999).Finishing of wood. Woodhandbook: wood as an engineering material. Madison, WI: USDA FPL; GTR-113: Pp.15.1-15.37.
4. Sjostrom, E. (1993). Wood chemistry: fundamental sand applications. Gulf Professional publishing.
5. ŞAHİN H. T., Yılmaz S., Özçelik G., Erbil İ. (2019). Ahşap Malzeme Yüzey İşlem Maddeleri: Su Bazlı Vernikler. Turkcoat, Ekim-Kasım 2019, 2-7.
6. Kurtoğlu, A. (2000). Ağaç Malzeme Yüzey İşlemleri, I. Cilt, Genel Bilgiler, İÜ Orman Fakültesi Yayınları, Yayın no: 463, İstanbul.
7. Sönmez, A.& Budakçı M. (2004). Ağaç işlerinde Üst Yüzey İşlemleri II. Koruyucu Katman ve Vernik Sistemleri, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Yayını, Ankara.
8. Ulay, G. & Budakçı, M. (2015). Ahşap Yüzeylerde Kullanılan Su Bazlı Vernikler İle Türkiye’de Yapılan Çalışmalar, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 470-480.
9. Aykaç, S. & Sofuoğlu, S. D. (2020). Selülozik, sentetik, poliüretan ve su bazlı vernik uygulanmış bambu malzemesinde yüzey pürüzlülüğü parametrelerinin
karşılaştırılması üzerine bir çalışma. Mobilya ve Ahşap Malzeme Araştırmaları Dergisi, 3(2), 84-92.
10. Kaygin, B. &Akgun, E. (2008).Comparison of conventional varnishes with nanolacke UV varnish with respect to hardness and adhesion durability. International Journal of Molecular Sciences, 9(4), 476-485.
11. URL 1. http://dekra-mobilya.blogspot.com/2008/01/st-yzey-ilemleri.html (Erişim tarihi: 26.01.2022).
12. URL 2.https://teknikrehber.com/, (Erişim tarihi: 26.01.2022)
13. Kubler, H. (1980).Wood as Buildingand Hobby Material, John Wiley&SonsInc, NY, 270p.
14. Flexner, B. (2021). Understanding wood finishing: How to select and apply the right finish. Fox Chapel Publishing.
Prof. Dr. H. Turgut Şahin - Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Merve Cambazoğlu - Araştırma Görevlisi
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Uğur Özkan - Araştırma Görevlisi
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
