Organik Yüzey Kaplamalarda Silikonlar

Organik Yüzey Kaplamalarda Silikonlar


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

Son yıllarda boya sanayindeki gelişmelerden en önemlilerinden biri de Silikon Bazlı Teknolojilerde (SBT) olmuştur. Özellikle yüzeye yapışma, ıslatma ve köpük kontrolu gibi geleneksel boya sorunlarını çözmeyle ilgili önemli gelişmeler yaşanmıştır. Aşağıda bazı tipleri belirtilen geniş boya kesimlerinin kullanımı için birçok ürün geliştirilmiştir. Bu boya grupları şöyle sıralanabilir:


Astar                                     boyalar

Isı dayanımlı boyalar          Endüstriyel bakım boyaları Hijyenik boyalar

Deniz boyaları                     Biyosidal boyalar

Antifouling boyalar             Aşınma dayanımlı boyalar

Oto vernikleri                      İnşaat boyaları


Formülasyonlarda gerek temel bileşen ve gerekse katkı maddesi olarak kullanılırlar. Bu ürünler yüksek performans uygulamalarında performansı arttırıcı özellikler vermektedir.

SBT’ler geleneksel organik boyalarda bulunmayan özellik ve performansları geliştirirler. Boya üreticileri SBT’yi ürünlerini daha iyileştirmek ve pazardaki özel gereksinimlere cevap verecek etkinlikler vermek amacıyla kullanmaktadırlar. Bu gereksinimler aşağıdaki gibi sıralanabilir:

• Düşük VOC’lu formüller,

• Dış dayanımı daha iyileştirmek,

• Su, yağ ve lekelere daha iyi dayanım,

• Üstün efekt özelliği,

• Isı dayanımını artırmak. SBT’ler ayrıca zehirsizdirler ve oldukça düşük kullanım oranlarında kullanımları olasıdır. Sonuç olarak birçok silikon malzeme organik monomer ve polimerlerle kolayca kombine edilerek organik ve organik olmayan malzemelerin etkinliklerinin birleşimiyle üreticilere özellikli gelişim sağlarlar.

Boya Uygulamalarındaki SBT Ürünlerin Kimyası


SBT’lerin boya sanayindeki önemini tam anlamak için üreticilerin hammadde seçme olanaklarını ve seçtikleri uygulamalarda sağlayacağı özellikleri bilmeleri gerekmektedir. Geniş seçenekli silikon bazlı kimyasalları boya uygulamalarında yıllardır kullanılmaktadır ve şimdi araştırma ve geliştirmelerin köşe taşlarını oluşturmaktadır.


Silanlar

Silanlar Şekil: 1’de görüldüğü gibi bir silikon atomu içeren monomerik bileşiklerdir. Çoğunlukla öteki boya bileşenleriyle karıştırılan silanlar, boyalarda adezyon, tutunma özelliği, dolgu uyumluluğu (pigmentler dahil) ve hacim özelliklerini geliştirirler. Oto astar uygulamalarında olduğu gibi silanlar, kontrollü hidrofobik özellik, UV ve ısısal stabilite, kimyasal dayanım ve korozyon koruma özelliği verirler.

Silanların reaktif ve reaktif olmayan, organik ve organik olmayan gibi geniş alana yayılmış alt bileşenleri bulunur.



Bunlar:

1. İnorganik Reaktif Gruplar: Bunlar klorin, alkoksi, hidroksi ve ötekilerdir. Bu gruplar iyi reaksiyona girerek cam, metal ve mineral gibi inorganik yüzeylerle iyi adezyon sağlarlar.

2. Organik Reaktif Gruplar: Bunlar epoksi, metakrilat, amino, vinil, sulfido ve ötekilerdir. Bu gruplar sisteme iyi karışabilirlik ve organik rezinlerle reaktivite kazandırırlar. Dolayısıyla, inorganik yüzeyle organik kaplama arasında bağlayıcı ajan gibi etki gösterirler.

3. Reaktif Olmayan Gruplar: Bunlar alkil, fenil ve trifloropropil gibi gruplardır. Bunlar nem dayanımı, organik uyumluluk ve kimyasal dayanım kazandırırlar.

Ayrıca alkil silanların doğasında olan dış dayanım ve nem dayanım özellikleri bunları su itici formülasyonlarda kullanımı için uygun yapmaktadır. Bu su itici özellik çoğunlukla ahşap ve özellikle beton, kumtaşı, granit, kireçtaşı, mermer, briket, fayans, ahşap, alçı ve perlit malzemeli sıvalı yüzeylerde bu ürünün kullanımını gerektirmektedir.

 

 

Polidimetilsiloksan (PDMS)

PDMS, bunun temel olarak hidrofobik özelliğinden dolayı oldukça farklı sanayilerde kullanım alanı bulan silicon bazlı renksiz bir organik polimerdir.(Şekil 2) Boya sanayinde ise PDMS boyaya sürtünme dayanımı ve kayganlık özelliği verdiği kadar, ıslatma, yayılma, köpük kontrolü ve parlaklık özelliği de verir. Renksizdir. Reaktif değildir ve emülsifiye edilebilir. Polimerizasyon derecesine bağlı olarak PDMS uçucu sıvıdan lastikimsi yapıya kadar farklı fiziksel görünümdedir.

 

 

Poliorganosiloksan

Poliorganosiloksan’lar birçok yönden PDMS’lere benzer fonksiyonlar sağlayan organik materyallerle uyumlu ender polimerlerdendir. Kullanıldıkları sistemlerde silikonlarla birlikteki özelliklerini yitirmeden organik uyumluluğu, solvent dayanımını ve hava çıkarma özelliğini geliştirir. (Şekil 3)

Poliorganosiloksan’lar boya ve verniklerde ıslatma, yayılma, parlaklık, köpük kontrolü, kayganlık ve aşınma dayanımı vermek amacıyla kullanılırlar. Bunlar ayrıca iyi üst kat atma özelliğindedirler.

 

 

Silikon Polieterler

Gerek silikon iskeletinin sonuna gerekse iskelet boyunca bağlanmış polieter fonsiyonalitesiyle silikon polieterler, boya ve verniklerde sürtünme dayanımı, ıslatma, yayılma ve köpük kontrolü gibi özellikleri olan silikon bazlı teknolojilerle birlikte kullanılırlar. (Şekil 4). Silikon polieterlerin polar fonksiyonalitesi boya formülasyonlarında iyi bir girdidir.


Silikon Köpük Kesiciler

Düşük düzeyde kullanımdaki etkinlikleriyle boya ve vernik formüllerinde kullanımları için birçok biçimde silikon köpük kesiciler bulunmaktadır. Bunlar sıvı biçimde, pasta biçiminde ve emülsiyon biçiminde olabilirler. Sıvı silikonun organik modifikasyonu, sıvı silikonla öteki girdilerin çapraz bağlanma dereceleri gibi etkenler silikon köpük kesicilerin bu değişik biçimlerini belirler.

 

 

Silikon Rezinler

Silikon rezinler birçok organik rezinlerle reaksiyona soku-larak ya da bunlarla soğuk karışım yapılarak kullanılabi-lirler. Bunun yanında birçok boya formülasyonlarında tek başına ana bağlayıcı olarak kullanılırlar. Temel olarak UV ve ısı dayanımı vermek amacıyla ekzoz boyalarında, ocak-larda ve aydınlatma aparatlarında kullanılır. Silikon rezin-ler yumuşaktan sert ve kırılgana kadar geniş aralıklı es-neklik özelliklerinde üretilebilirler. (Şekil: 5).


Organik rezin uyumluluğu, esneklik ve ısısal denge başta olmak üzere değişik özellikler vermek amacıyla yeni rezin araştırmaları sürmektedir.


Silikon Elastomerler

Silikon elastomerler, su dayanımı, aşınma dayanımı ve mat sonkatlar veren elastomerik uygulamalarda kullanı-lan kauçukumsu malzemelerdir. Piyasada su bazlı ve su bazlı olmayan tipleri bulunmaktadır. Bunun yanında tek-ture özellikler veren sayısız uygulamaları bulunmaktadır.

Silikonatlar

Silikonatlar, Şekil 6’da görüldüğü gibi, düşük VOC değerinde nefes alan özellikte, boyalarda su itici olarak kullanılan su bazlı solüsyonlardır. Bunlar çoğunlukla dış kullanımlı duvar uygulamalarında bolca kullanılırlar. Metil silikonat suda çözünmeyen silikon rezin oluşturacak biçimde karbondioksitle reaksiyona girer. Bu malzemeler ayrıca penetre olabilen düşük VOC değerinde, nefes alabilen ve su itici uygulamalarda kullanılrlar.


Ek olarak silikatlar ve silikonatlar yüzeyleri nem ve sudan korumak için kullanılırlar. Beton yüzeylerde gözenekleri bloke ederek rezin bariyeri oluştururlar. Yüzeydeki gözenekleri kısmen ya da tam olarak doldurduklarından yüzeyden derinliğe penetre olmazlar. Öte yandan bu hidrofobik dolgulama betonun nefes almasına olanak sağlar.

Diğer yandan, hidrofobik mastikler penetre olurlar ve betonun hava almasını sağlayarak, karışıma kürleşme öncesi eklenebilir. Her iki çözüm de belirli piyasa ihtiyaçlarını karşılayarak formülatörlere ihtiyaçları için doğru çözümde karar vermede esneklik sağlarlar.


Florin Teknolojisi Florin bazlı polimerler dış ortam dayanımı, izolasyon özellikleri ve kimyasal dayanım gibi birçok eşsiz nitelik verdiğinden koruyucu boyalarda fonksiyonel girdi olarak yıllardır kullanılmaktadır.

 

 


Son zamanlarda yeni hibrit florosilikon kimyasındaki gelişmeler, sanayinin birçok alanlarında oldukça değerli olan yüzey performans özellikleri ve daha iyi işlevsellik sağlayan yeni özelliklere olanak sağlamaktadır. Ek olarak çevre yönetmeliklerindeki değişikliklere uygun olması da boya sanayindeki gereksinimi arttırmıştır. Florosilikonların florin bileşeninin mükemmel ısısal ve kimyasal dayanım vermesine karşılık silikon bileşeninin de gelişmiş leke dayanımı, UV dayanımı ve su iticilik vermesi bunların uygulama alanlarını genişletmiştir. Yukarıdaki Tablo:1’ de her iki bileşenin karşılaştırmalı fonksiyonel avantajları verilmiştir. Bu karışım teknolojisiyle üretilen yeni ürünler, su iticilik, leke koruyuculuk, düşük kir tutuculuk, kimyasal dayanım ve kolay temizlenebilme özellikleri verebilmektedirler. Politerafloroetilen (PTFE) ve tetrafloroetilen (TFE) gibi öteki florin bileşiklerden farklı olarak florosilikonlar düşük sıcaklıklarda ya da atmosferik ortam koşullarında kürleşebilmektedirler. Bilinen birçok çevre işlerinde ve taş, metal, cam, plastik, deri ve kağıt gibi birçok yüzeyde bu ürünler kullanılmaktadır. Ayrıca, bu malzemeler viniliden florin (PVDF) ve perfloroalkil vinil eter (PFA) gibi malzemelerle karşılaştırıldığında organik solventlerde daha iyi çözünürlüktedirler. Bunun yanında polimerizasyon sırasında florosilikonlara kolaylıkla reaktif monomerler sokulabilmektedir. Bunların verilmesiyle leke iticilik ve temizlenebilme gibi özellikler kazandırılmaktadır.


Kaynakça:

1. Tim Pajk,PCI, May 2008.

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

3. Dow Corning Technical Bulletin 2009.