Boyada Pigment Yükleme Oranları

Boyada Pigment Yükleme Oranları

Mehmet Namık Kayaalp / Kimya Mühendisi / Chemical Engineer - Ecelak Boya Kimya Ltd. Şti.

Pigment Hacim Konsantrasyonu (PVC)

Pigment hacim konsantrasyonu değişik biçimlerde açıklanabilir. Pigment hacim konsantrasyonu boyadaki polimere verilen, belirli bir pigment miktarının belirlenmesinde gerekli olan bir birimdir. Koruyucu bir boya oluşturmak için, pigmentin polimer tarafından yeterli düzeyde "ıslatılmış” olması gerekmektedir. Pigment parçacıkları arasındaki boşlukları tümüyle dolduracak yeterli miktarda bir polimer olmalıdır. Pigment Hacim Konsantrasyonu (PVC), kuru boya filminin toplam katı miktarındaki pigmentin fraksiyonel hacmidir.

 

PVC, kuru boya filmindeki pigmentin toplam hacim (bağlayıcı + pigment) miktarına olan oranıdır. Parlaklık, geçirgenlik, renk tonu ve örtme gücü gibi boya özelliklerinin çoğu PVC ile doğrudan bir ilişkide bulunmaktadır. Dikkate alınması gereken bir başka nokta ise, PVC de olabilecek küçük bir değişikliğin boyanın öteki özelliklerini büyük ölçüde değiştirecek olmasıdır. PVC formasyondaki pigment ve bağlayıcının toplam hacminin toplam pigment hacmine bölünmesi ile hesaplanır. Genellikle yüzde olarak ifade edilir. Boya formülasyonunun birçok katkı maddesi katı madde olabilir, ancak bunlar yeni oluşan boya filminin hacminin küçük bir kısmını temsil ettiğinden çoğu zaman, bu hesaplamada göz ardı edilebilir. PVC aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır. Ayrıca; PVC hesaplamaları "yağ emme değerleri” kullanılarak yapılır:

 

Pigmentler değişik yoğunluklarda olduklarından ve tüm binderlerden daha yoğun olduklarından dolayı boya formülasyonuna daha geniş bir açıdan bakıldığında kendi hacim ilişkileri yönünden düşünmek çok daha kolaydır. Bununla birlikte boya hazırlamak zamanı geldiğinde formülasyon, en azından tüm katı girdiler için, ağırlık cinsinden yazılır. Bir boya formülasyonunda PVC arttıkça, pigment parçacıklarını bağlamak için daha az binder bulunur.

 

Kavramsal olarak, pigment parçacıklarının yüzeyini kaplamak için yeterli binder olması ve yüksek kaliteli bir boya filmi elde etmek için pigment parçacıkları arasındaki boşlukların doldurulması gerektiği düşünülmesi mümkündür. Eğer PVC değeri, bu boşlukları doldurmak için yeterli binder olmadığı noktasına kadar arttırılırsa, solventin buharlaşmasıyla hava ile dolacaktır. Dolayısıyla, boya filmi içinde boşluklar olacaktır.

 

Kritik Pigment Hacim Konsantrasyonu (CPVC)

CPVC, pigment parçacıkları arasındaki boşlukları tümüyle doldurmak için yeterli bağlayıcı bulunan filmdeki pigmentin hacim yüzdesidir. Pigment parçacıklarını bağlamak için gerektiği kadar yeterli binderin olduğu PVC, kritik pigment hacim konsantrasyonu (CPVC) olarak adlandırılır. CPVC binderin bağlama etkinliğine ve pigmentasyondaki "bağlayıcı ihtiyacı”na bağlıdır. Eski dönemlerin bir boya bağlayıcısı olarak keten yağı, genellikle standart bağlayıcı olarak alınır ve bağlama etkinliği 1.0 olarak kabul edilir.

 

PVC, boyanın çoğu özelliklerini etkiler ve bu özelliklerin çoğu CPVC’de beklenmedik biçimde değişir. Filmin gözenekli olması CPVC’sini hızla arttırdığı için hava boşluklarından oluşan ışık saçılmasını artırır, aynı zamanda dolgu ve örtücü pigmentler kırılma indekslerinin binderden çok daha düşük olması hızlı bir şekilde artar. Bu durum, örtücülük elde etmek için ucuz bir yoldur, ancak diğer performans özelliklerinde bir maliyet artışına yol açar.


 

Boya filminin sağlamlığı genellikle fırçalama direnci ölçülür. Standart bir fırça ve aşındırıcı temizleyici süspansiyonu olan mekanik bir aygıt ile belirlenen kalınlıkta bir boya filminin ovalama direnci için kullanılabilir. Ovalama döngü sayısı (ağırlıklı bir fırçanın ileri ve geri hareketleri) değişik son noktalarda (baştan başa kesilmesi ya da filmin %50’sinin çıkması) ardından kaydedilir. Ovalama direnci genellikle, kararlı tutulur ya da PVC artarken hafifçe azalır, fakat CPVC aşıldığında hızla düşer. Bütün boyaların parlaklığı PVC arttıkça azalır. Bu eğilim, kritik bir noktaya kadar devam eder. CPVC üzerinde, boya formülasyonda kullanılan pigmentasyon özelliklerine bağlı olarak, parlaklık sabit kalır ya da hafifçe artabilir. Boya dayanımı (emaye holdout) üzerine uygulanan (genellikle solvent bazlı alkid) emaye bir boyadaki düzgün bir parlaklık yeteneğidir. Eğer astar CPVC’si yüksek ise, filmin gözenekliği, bir kısım enamel boya binderinin astar içine yayılmasına neden olacağından sonkat enamel boyanın PVC’sindeki artış parlaklığını azaltacaktır. Astarın PVC’si kritik değerin üzerinde ise emaye sonkatın parlaklığı beklenmedik biçimde düşecektir. Kauçuk ya da plastiklerde olduğu gibi, pigmentler binderli boya filmlerini sertleştirmek için dolgu maddesi olarak hareket eder. PVC değeri kritik noktaya doğru arttıkça filmin çekme dayanımı da artar. Daha sonra dolgu parçacıkları artık tümüyle filmin içine bağlanırken çekme dayanımı hızla azalır. PVC / CPVC oranı, özellikle CPVC üst değeri çoğunlukla, film kalitesinin bir ölçüsü olarak kullanılır. CPVC’nin alt değerdeki oranın etkisi çok azdır. Pigmentler; istenilen rengi ve parlaklığı vermesi, örtme yeteneğini sağlaması ve koruma için kullanılır. Bu pigmentler renk, sertlik, yağ emme, yoğunluk, pH, kırılma endeksi, örtme yeteneği ve kapatıcılık gibi özelliklerine göre seçilirler. Pigmentler; inorganik, organik, metalik ve sedefli olmak üzere dört ana kategoride bulunurlar. Aynı zamanda pigmentlerin farklı renklerde etkin olan içerdikleri metallere göre çeşitli olabilirler. Titanyum dioksit olarak adlandırılan pigment, en bilinen beyaz opak pigmenttir. Aynı zamanda TiO2 dünya çapında en yaygın olarak kullanılan pigmenttir. Titandioksit, elmastan sonra en yüksek kırılma indeksi olan bir pigmenttir ve uygun partikül boyutunda üretildiğinde, yüksek bir örtücülük sağlar. Kayıt için, magnezyum oksit, MgO, TiO2’den daha beyaz olmasına karşın yüksek bir kırılma indisinde değildir. Bu demektir ki TiO2 ile aynı örtücülükte olması için daha fazla MgO gerekli olacaktır.

 

Boya Tipi ve Bağlayıcı

Boya sisteminde bağlayıcı, pigmentin ve içinde çözülmüş olduğu solventin tipinin belirlenmesi açısından önemli bir rol oynar. En çok tercih edilen solvent, bazı tonerler hariç birçok polimer ile uyumlu bir çözücü olan sudur. White spirit, dekoratif parlak sonkat boyalarda yaygın olarakkullanılan, uzun yağlı alkid için yaygın olarak kullanılan bir solventtir. Pigmentlerin büyük bir bölümü solventlerde çözünmez ya da white spiritte hiç çözünmez. Bu durum ender olarak da olsa pigment seçimini daraltır. Endüstriyel sonkat boyaların büyük çoğunluğu solvent bazlıdır. Bir örnek vermek gerekirse; ksilen, keton ve esterler gibi solventler çok güçlü solventlerdir ve solventlere karşı dayanımı zayıf ya da orta düzeyde dayanımı olan pigmentleri çözebilirler.


 

Kaynakça / References:

1. Paint Formulation, J.Boxall, G.Godwin Ltd.-London 1980.

2. Organic Coating Technology-II, H.F.Payne, J.Wiley and Sons Inc.-Newyork 1960.

3. Finished Paint Products, 1974 Selection and Industrial Training Administration Ltd.-London.

4. Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry Vol.A-20 VCH Publishers, Inc.-1992.

5. PCI, 2008.

6. Special Chem Bulletin, 2008.




KaydetKaydet