Su Bazlı İnşaat Boyası Reçetelerinde adaCAL PCC (Çöktürülmüş Kalsiyum Karbonat) Kullanımının Avantaj

Su Bazlı İnşaat Boyası Reçetelerinde adaCAL PCC (Çöktürülmüş Kalsiyum Karbonat) Kullanımının Avantaj

Murat Müdüroğlu / Ar-Ge Müdürü - Yüksek Maden Mühendisi - Adaçal Endüstriyel Mineraller San. Tic. A.Ş.


Özet:

Kireçten sentetik olarak üretilen PCC, yüksek CaCO3 içe-riği düşük safsızlık oranı, kristal yapısındaki çeşitlilik ve nano boyutta üretilebilme imkânı ile endüstride dolgu olarak kullanılan kalsit ve diğer endüstriyel hammaddele-re göre üstün özellikler taşımaktadır. Bu özellikleri nedeniyle özellikle yurtdışında başta kağıt olmak üzere; boya, plastik gibi birçok farklı sektörde fonksiyonel dolgu ola-rak kullanılmaktadır. Yurtdışında PCC kullanan firmalar ciddi kalite ve maliyet avantajları elde ederken yurtiçinde bu avantajlar tam olarak bilinmemektedir. Bu sebeple ülkemizdeki ilk ve tek PCC üreticisi olan Adaçal End. Min. San. Tic. A.Ş. boya üretiminde PCC’nin işlevini ve etki mekanizmasını tanımlamak üzere gerek kendi laboratuvarlarında, gerekse İTÜ Cevher Hazırlama Müh. laboratuvarlarından destek alarak bu bilimsel çalış-mayı gerçekleştirmiştir. Çalışma sonuçları sektördeki fir-malarla paylaşılarak PCC’nin yurtdışında olduğu gibi ülkemizde de kullanımının artırılması hedeflenmektedir. PCC Nedir? PCC (Precipitated Calcium Carbonate), çöktürülmüş kal-siyum karbonat olarak adlandırılan ve saflaştırılarak sen-tetik yolla üretilen bir endüstriyel mineraldir. Bu nedenle sentetik kalsit olarak da bilinmektedir. Kimyasal formülü, kalsiyum karbonattır(CaCO3) ve fark-lı kristal yapılarda(hekzoganal, skalenohedral, rhombo-hedral, prizmatik ve aragonit) üretilebilmektedir. adaCAL, ülkemizin ilk ve tek PCC (Precipitated Calcium Carbonate) markasıdır.

Farklı Kristal Şekline Sahip adaCAL Ürünlerinin SEM Görüntüleri


Neden adaCAL?
• Taneciklerin kristal şekilleri kontrol edilip biçimlendirilebilir.
• İstenilen boyutta üretim yapılabilir (60 nm’ye kadar inilebilir).
• Dar tane boyut dağılımına sahiptir.
• İstenilen fiziksel ve kimyasal özellikte ürün elde edilebilir.
• Yüksek saflıkta üretim gerçekleştirilir.




SEM’de aynı büyültme altında adaCAL PCC ve GCC tanecik şekilleri incelendiğinde, GCC’nin düzensiz rhombohedral yapıda olduğu, kimyasal olarak üretilen adaCAL PCC’nin ise daha homojen bir dağılım gösterdiği görülmektedir.



Su Bazlı İç Cephe Boyalarında

• Beyazlık,
• Örtücülük,
• Parlaklık,,
• Yaş ovma direnci gibi özelliklerinin iyi olması/standartlara(TS 5808) uygun olması beklenmektedir.


Boyada adaCAL PCC

• adaCAL PCC fonksiyonel bir dolgudur. Boyada kullanılan diğer dolgu maddelerine nazaran daha dar ve homojen tane boyut dağılımına sahiptir.
• adaCAL PCC kontrol edilebilir kristal yapısı ve şekli ile boyanın optik (örtücülük, beyazlık, parlaklık) özelliklerini iyileştirmektedir.
• Su bazlı boyalarda en büyük maliyet/girdi kalemi olan TiO2’nin yerine adaCAL PCC ikame edilerek reçetede TiO2 kullanımı büyük oranda azalmakta ve maliyetler ciddi biçimde düşmektedir.
• su bazlı boyalarda kullanılan diğer dolgu maddelerine nazaran ovalama direnci iyileşmektedir.

Boya Çalışma Grubu-Adaçal

• Firmamız bünyesinde tam donanımlı bir boya laboratuarı kurulmuş ve piyasada geçerliliği olan su bazlı boya reçeteleri hazırlanarak adaCAL PCC ürünlerinin boyada kullanılan diğer dolgu malzemelerine göre performansı gözlenmiştir.
• Konusunda tecrübeli ve eğitimli uzman personelimiz görev almakta, çalışmalarını üniversiteler ile işbirliği içerisinde yürütmektedir.
• Bu çalışma İstanbul Teknik Üniversitesi ile işbirliği yapılarak kendi laboratuvarımızda gerçekleştirilmekte olup testlerin tekrarı aşamasında üniversiteden destek alınmaktadır.

Çalışmanın Amacı
• Su bazlı boyalarda en büyük maliyet kalemi olan TiO2’nin yerine adaCAL PCC ikame edilerek reçetede TiO2 kullanımını büyük oranda azaltmak ve maliyetleri ciddi biçimde düşürmek.
• Su bazlı boya reçetelerinde kullanılan diğer dolgu hammaddelerinin yerine adaCAL PCC ikame edilerek kalite ve maliyet avantajı elde etmek.
• Su bazlı boya reçetelerinde adaCAL PCC kullanımı ile örtücülük, beyazlık, parlaklık gibi özelliklerin iyileştirilmesi.

Malzeme ve Yöntem

Çalışma piyasada geçerliliği olan su bazlı boya reçetesi formülleri esas alınarak gerçekleştirilmiştir. Kullanılan hammadde, bağlayıcı, vs., piyasada satılmakta olan ve boya imalatçısı firmalar tarafından yaygın olarak kullanılmakta olan ticari markalardır.
Boya üretimi 12000 devir/dakika kapasiteli Ekip marka "dissolver”da gerçekleştirilmiştir.
Üretim esnasında pigment ve dolgu maddelerinin yeterli derecede dağılıp dağılmadığının kontrolü, Hegman ve mikrometre ölçeklerine sahip "Grindometre” ile tespit edilmiştir. Yoğunluk ölçümleri 100 cm3‘lük sıvı piknometresi ile yapılmıştır.
Yaş boya, vakumlu otomatik film aplikatörü (uygulama hızı=150 mm/saniye) ve 30-60-90 ve 120 μm ile 50-100-150-200 μm’luk yüzeylere sahip aplikatörlerle, örtücülük kartı (15x10 cm), alüminyum (15x7,5 cm), cam plaka (15x10 cm), ve Leneta kart (43x16,5 cm), üzerine çekilip, 2 gün boyunca kurumaya bırakılmıştır. Leneta kart için kuruma süresi 1 haftadır. Optik ve mekanik ölçümler, kuru boya filmleri üzerinde gerçekleştirilmiştir.
Boyaların viskozite ölçümü "Krebs Stormer” viskozimetresi ile ölçülmüştür. Örtücülükleri, otomatik "opacitymeter” ile parlaklıkları "Glossmetre” ile, yaş ovma direnci "OTA2000” ovalama test cihazı ile, sertlikleri "Bucholz” sertlik aleti ile ve darbe direnci "Tüp” tipi darbe direnci ölçüm aleti ile gerçekleştirilmiştir.

TiO2 Miktarı Azaltılarak adaCAL B1(PCC) İkamesi Yüksek kırılma indisi ve kimyasal dayanımı sayesinde TiO2, endüstrinin bir çok alanında olduğu gibi boya için de vazgeçilmez bir pigmenttir. Bununla beraber Çöktürülmüş Kalsiyum Karbonat(PCC) TiO2’ye göre çok daha ucuz, fonksiyonel bir dolgu maddesidir. Bu sebepten dolayı TiO2’nin belli miktarda adaCAL PCC ile ikamesi sadece üretim maliyeti anlamında değil, çevresel etki açısından da önemlidir. Kaolen, kalsine kaolen ve opak polimer gibi boyada dolgu malzemesi olarak kullanılan diğer ürünler PCC’ye göre çok daha pahalıdır ve boyada yapabilecekleri/etkileri sınırlıdır.

adaCAL PCC, TiO2’nin bir kısmı yerine kullanılarak maliyet düşüşü sağlamasının yanı sıra boyanın örtücülük, beyazlık ve ovalama dayanımı gibi bazı fiziksel/optik özelliklerini de iyileştirebilmektedirler.

Kullanılan pigment ve dolgu maddelerinin performansları, tane morfolojisi, boyut dağılımı, kırılma indisi, yağ emme oranı, zeta potansiyel değeri gibi fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlıdır. Bu özellikler mineral tanelerinin birbirleri ile ve boya içindeki diğer hammaddelerle olan etkileşimlerini doğrudan etkilemekte; dolayısıyla boyaya sağlanacak olan özellikler değişmektedir.

Dolgu maddelerinin boya filmi üzerindeki etkilerinin en iyi olabilmesi için birtakım özelliklerinin iyi bir şekilde bilinmesi ve ayarlanması gerekmektedir. Bunlar arasında tane boyut dağılımı, yağ emme kapasitesi, beyazlığı, kırılma indisi değeri, özgül ağırlığı, sertliği vb. özellikler sıralanabilir. Bunların içerisinde tane boyut dağılımı en önemli parametrelerden birisidir. Geniş bir boyut aralığından ziyade dar ve ince bir boyut aralığında olması, dolguların performanslarını büyük oranda artırmaktadır.

adaCAL PCC kontrol edilebilir morfolojisi, dar tane boyut dağılımı, yüksek yüzey alanı gibi üstün özellikleri ile su bazlı boya reçetelerinde kullanılmakta ve TiO2 kullanımını %40’a varan oranlarda azaltmaktadır.



Reçete 1
Kaliteli Mat İç Cephe Boyası 1
• Orijinal reçetede %20 olan TiO2 miktarı %40 azaltılarak %12’e düşürülmüştür. (%8’lik fark kadar kalsit miktarı arttırıldı)
• Reçetede kalsit yerine kademeli olarak %5, %10, %15 ve %20 adaCAL B1 ikame edilerek örtücülük, beyazlık, parlaklık ve ovalama değerleri tespit edilmiştir.
• %20 adaCAL B1 ikamesi ile orijinal reçete örtücülük ve beyazlık değerleri elde edilmiş (başabaş noktası), ovalama verileri ise sınıf standartlarına uygun bulunmuştur.
• Toplamda %16 oranında reçete/maliyet avantajı elde edilmiştir.



Reçete 2
Kaliteli Mat İç Cephe Boyası 2
• Orijinal reçetede %18 olan TiO2 miktarı yaklaşık %40 azaltılarak %11’e düşürülmüştür. (%7’lik fark kadar kalsit miktarı arttırıldı)
• Reçetede kalsit yerine kademeli olarak %5, %10, %15 ve %20 adaCAL B1 ikame edilerek örtücülük, beyazlık, parlaklık ve ovalama değerleri tespit edilmiştir.
• %10 adaCAL B1 ikamesi ile orijinal reçete örtücülük ve beyazlık değerleri elde edilmiş (başabaş noktası), ovalama verileri ise sınıf standartlarına uygun bulunmuştur.
• Toplamda %18 oranında reçete/maliyet avantajı elde edilmiştir.



Reçete 3
Tavan Boyası
• Orijinal reçetede %6 olan TiO2 miktarı yaklaşık %35 azaltılarak %4’e düşürülmüştür. (%2’lik fark kadar kalsit miktarı arttırıldı)
• Reçetede kalsit yerine kademeli olarak %5, %10, %15 ve %20 adaCAL B1 ikame edilerek örtücülük, beyazlık, parlaklık ve ovalama değerleri tespit edilmiştir.
• %5 adaCAL B1 ikamesi ile orijinal reçete örtücülük ve beyazlık değerleri elde edilmiş (başabaş noktası), ovalama verileri ise sınıf standartlarına uygun bulunmuştur.
• %15-20 adaCAL B1 ikamesi ile ekstra beyazlık sağlanmıştır.
• Toplamda %12 oranında reçete/maliyet avantajı elde edilmiştir.



adaCAL B1 Kullanımının Avantajları
• Örtücülük artıyor.
• İstenilen beyazlık ve parlaklık elde ediliyor.
• Yoğunluk hafif düşüyor (avantaj).
• Ovalama dayanımı iyileşiyor.
• Ciddi maliyet avantajı sağlıyor.

Laboratuvar Hizmetleri ve Teknik Destek
• Halihazırda adaCAL PCC ürünleri boyada kullanılan diğer dolgu hammaddeleri yerine ikame edilerek çalışmalara devam edilmektedir.
• Bu çalışmaları ve sonuçlarını boya imalatçısı müşterilerimizle paylaşmaktayız. Kaliteyi arttırma ve maliyeti düşürme noktasında gayret gösteriyoruz.
• Talep eden müşterilerimize tam donanımlı laboratuarlarımızı açmakta ve uzman kadromuz ile teknik destek vermekteyiz.

Kaynaklar
• Çelik, M.S., 2004, Electrokinetic Behavior of Clay Surfaces, Chapter 4 in Clay Surfaces: Fundamentals and Applications, edited by Wypych F. and Satyanarayana K.G., Elsevier Ltd, 57-89, Netherlands.
• Çelik, M.S., Ersoy, B., 2006, İri kristalli beyaz mermer yataklarından üretilen Kalsit tozlarının boya sektöründe kullanımında Boyut dağılım eğrisi dikliğinin önemi, Türkiye V. Mermer ve Doğaltaş Sempozyumu, 447-452, 2-3 Mart, Afyonkarahisar.
• Altunbulduk, T., 2012, Kaplama Malzeme ve Sistemlerinde Standartlar
• Karakaş, F., Güldan, G., Ersever, G., Erkan, İ., Güven, O., Çelik, M.S., 2009, Endüstriyel hammaddelerin boya üretiminde kullanımı, 7. Uluslararası Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, Kuşadası, 25-27 Şubat, 416-424.
• Karakaş F., Boylu F., Karaağaçlıoğlu İ.E., Çelik M.S., 2010, Minerals in paint industry: talc utilization as an extender material and its effect on paint performance, XIIth International Mineral Processing Symposium, Nevşehir, Turkey, October 6-8, 865-872.
• Karakas F., Çelik İ.Y., Çelik M.S., 2011a, Use of colemanite as an extender in architectural waterborne paints, International symposium on boron, borides and related materials, İstanbul, Turkey, September 11-17.
• Karakaş, F., Hassas, B.V., Özhan, K., Boylu, F., Çelik, M.S., 2011b, Calcined Kaolin and Calcite as a Pigment and Substitute for TiO2 in Water Based Paints, XIV Balkan Mineral Processing Congress, Tuzla,