Solvent Bazlı Akrilik Reçinelerin Boya Endüstrisinde Kullanımı

Solvent Bazlı Akrilik Reçinelerin Boya Endüstrisinde Kullanımı

Muhammet Demirkıran / Teknik Satış Mühendisi - Kempro Kimyasal Mad. ve Dış Tic. A.Ş.

1900’lü yılların başlarına kadar boyalar reçine olarak kuruyan yağlar gibi doğal kaynaklı malzemelerden ve bunların basit modifikasyonları kullanılarak üretilirlerdi.1910’larda ilk alkid reçineleri üretildi.1940’ların ortalarında ise otomotiv sanayinin yüksek UV direnci beklentilerini karşılayabilmek için ilk akrilik reçineler kullanılmaya başlandı.

 

Akrilik reçineler spesifik katalizörler ve/veya başlatıcılar kullanarak akrilik monomer moleküllerinin polimerizasyonu ile elde edilirler. Tek tip monomer kullanlarak elde edilen polimerlere homopolimer, iki veya daha fazla monomer kullanılarak elde edilen polimerlere kopolimer denir. Kulanılan monomer tiplerine bağlı olarak homopolimer veya kopolimerler fonksiyonel veya nonfonksiyonel olarak sınıflandırılırlar. Metil meta akrilat, akrilik asit, bütil akrilat, stiren gibi monomerler nonfonksiyonel, 2-EHA, HPA, HPMA gibi monomerler de fonksiyonel monomerlere örnek verilebilir.

 

Nonfonksiyonel akrilik polimerler Termoplastik, fonksiyonel akrilik reçineler ise Termoset Akrilik Reçineler olarak isimlendirilir.

 

Boya endüstrisinde değişik sektörlerin beklentilerini karşılamak üzere çok değişik akrilik reçine tipleri kullanılır.

Bu reçine tipleri üç ana grupta sınıflanabilir:

1. Termoplastik akrilik reçineler,

2. Termoset akrilik reçineler,

3. Kendi kendine çapraz bağ yapan akrilik reçineler. Bu makalede Termoplastik ve Termoset Akrilik Reçineler ele alınmıştır.

 

1. Termoplastik Akrilik Reçineler

Basit solvent evaporasyonu ile kuruyarak geri dönüşebilir kuru filmler veren, 50,000-100,000 gr/mol gibi yüksek molekül ağırlıkları nedeni ile uygulama viskozitesinde yüksek uçucu organik madde içeren, fonksiyonel olmayan akrilik reçinelerdir.

 

Uygun monomer kompozisyonu ve molekül ağırlığı dağılımı sağlanarak istenen sertlik, elastikiyet, yapışma ve parlaklık seviyeleri elde edilebilir.

 

Termoplastik reçinelerin başlıca kullanım alanları; 1.1. Yol Çizgi Boyaları:

Başlıca özellikleri:


• Asfalt ve çimento yüzeylere iyi yapışma,

• Ortam sıcaklığında hızlı kuruma,

• Yüksek aşınma direnci,

• Yüksek UV/su direnci.


1.2. Plastik Yüzey Boyaları:

Başlıca özellikleri:

• ABS, PS, HIPS, PVC gibi plastik yüzeylere iyi yapışma,

• Ortam sıcaklığında hızlı kuruma,

• Göreceli olarak yüksek çizilme direnci,

• Yüksek UV direnci/renk kalıcılığı.


1.3. Oto Tamir Boyaları:

Başlıca özellikleri:

• Ortam sıcaklığında hızlı kuruma,

• Göreceli olarak yüksek parlaklık,

• Yüksek UV direnci/renk kalıcığı,

• Özellikle uygun CAB tipleri ile kombine edildiğinde iyi polishlenebilirlik.

 

1.4. Aeresol Boyaları:

Başlıca özellikleri:

• Ortam sıcaklığında hızlı kuruma,

• Renk kalıcılığı,

• Değişik yüzeylere iyi yapışabilme.

 

2. Termoset Akrilik Reçineler

Termoset akrilik reçineler melamin formaldehit, üre formaldehit, benzoguanamine, HMMM gibi amino reçineleri ve poliizosiyanatlar ile çapraz bağ reaksiyonları verirler.

 

OH değerleri katı bağlayıcı üzerinden %1.2-5 molekül ağırlıkları 3000-8000m gr/mol civarında olup yeni nesil HS (yüksek katılı) akrilik reçinelerde 1500-2500 gr/mol’e kadar düşebilmektedir.

 

2.1. Termoset Akrilik Reçine/Amino Reçine Kombinasyonları:

Kullanılan amino reçinesinin reaktivitesine ve katalizörün tipine bağlı olarak reaksiyon şartları 80-160°C / 30-15 arasında değişebilir. Bu kombinasyonlar ile raf ömrü 1 yılın üzerine çıkan 1K ürünler tasarlanabilir.

 

OH ve metilol grupları arasındaki ana reaksiyon:



İstenen sertlik, elastikiyet, çapraz bağ yoğunluğu ve kimyasal dirençlere göre katı bağlayıcı üzerinden akrilik reçine/ amino reçine oranları 80/20 ile 60/40 arasında değişebilir.

 

Daha yüksek amino reçine kullanımı amino reçinesinin kendi kendisi ile yapacağı çapraz bağ yan reaksiyonları nedeni ile kırılgan ve uygulandığı yüzeye iyi yapışmayan filmler verir.

 

2.2. Termoset Akrilik Reçine/Poliizosiyanat Reçine Kombinasyonları:

Fonksiyonel akrilik reçineler alifatik poliizosiyanat reçineler ile stokiyometrik oranlarda reaksiyona girerek akrilik poliüretan sistem, ortam sıcaklıklarında veya 60-80°C/40- 30 dk. gibi düşük fırınlama şartlarında kürlenen yüksek parlaklıkta, elastik, sert ve UV ışınlarına dirençli kuru filmler verirler.

Tipik poliüretan reaksiyonu:



Kürlenmiş filmin final özellikleri büyük ölçüde çapraz bağ yoğunluğuna bağlı olup, kullanılan akrilik reçinenin OH değeri arttıkça izosiyanat reçine gereksinimi, buna bağlı olarak karışım maliyeti, çapraz bağ yoğunluğu ve kimyasal direnç özellikleri artar.

 

OH ve izosiyanat gruplarının ideal çapraz bağlanma oranı OH/NCO=1.00±0.10 olup düşük OH/NCO oranlarında daha kırılgan, yüksek OH/NCO oranlarında daha düşük dirençli filmler elde edilir.

 

Aşağıdaki özet tablo fonksiyonel akrilik reçinelerin OH değerlerine bağlı olarak potansiyel kullanım alanlarını göstermektedir:



Not: Uygulama alanlarına göre uygun akrilik reçine seçiminde %OH değeri yanında uygulama yapılacak yüzeyin özellikleri, kürlenme şartları, filmden beklenen spesifik fiziksel ve kimyasal direnç performansları da dikkate alınmalıdır.

 

Akrilik reçineler için gelecek teknolojilerin su bazlı akrilik reçineler, yüksek katılı akrilik reçineler ve UV ile kürlenen akrilik reçineler gibi uçucu organik bileşen emisyonunu azaltıcı teknolojiler yönünde olacağı görülmektedir.