Yarı Esnek Dış Cephe Duvar Boyalarında Terleme ve Çiçeklenme Nasıl Önlenir?

Yarı Esnek Dış Cephe Duvar Boyalarında Terleme ve Çiçeklenme Nasıl Önlenir?


Yazarlar: M. Secher / Uygulama & Geliştirme Müdürü-Boya - Omnova Solutions

J-M. Schmuck / Ürün Müdürü-Boya - Omnova Solutions

E. Bousseau / Kıdemli Mühendis –Boya - Omnova Solutions

A. Fream / Küresel Yenilikler Müdürü-Boya - Omnova Solutions

Çeviren: G. Verinç / Satış Mühendisi-Boya - Univar Kimya

Çeviren: M. Kalaora / Satış Destek Uzmanı-Boya - Univar Kimya

 

Özet

Artarak ilerleyen renkli dış cephe boya trendi ve renklendirme sistemleri satışlarındaki büyüme, boya üreticilerini özellikle bağlayıcı bakımından zengin, yarı esnek, yüksek dayanımlı kaplamaların orta ve koyu tonlarda yüksek miktarda surfaktan içermesine bağlı olarak surfaktan kusması veya çiçeklenme gibi sorunlar ile yüz yüze getirmiştir.

 

Omnova bu sorunları öngörerek dış cephe boyaları için mükemmel terleme ve çiçeklenme direncine sahip yenilikçi bir çözüm geliştirmiştir. Bu yeni çevre dostu bağlayıcı, suda çözünen madde miktarını minimize ederek elverişsiz kuruma koşullarında yüzeyde oluşabilecek lekelenmeleri etkili bir ölçüde azaltmaktadır.

 

Ayrıca, ‘Çiçeklenme Önleyici Bağlayıcı’ alanında en iyi dış cephe duvar boyalarından istenen tüm özelliklere sahiptir ve uygulama bakımından da esneklikler mevcuttur.

 

Giriş

Omnova 2003 yılında, ince film dış cephe duvar boyaları için EBS (Emulsified Binding System-Emülsifiye Bağlama Sistemi) teknolojisini piyasaya sürmüştür. Bu ürün su bazlı kaplamaların en önemli zayıflıklarından biri olan ‘yapışma’ odaklıdır.

 

Piyasaya sürüldüğünden bu yana, bu bağlayıcı tipi, su bazlı boyalar için çok iyi yapışma ve astarsız uygulanabilme özelliklerinin birleşimi sayesinde fark edilebilir bir başarı sağlamıştır.

 

Marketin devamlı gelişmesinin bilinciyle Omnova, bir diğer yenilikçi çözüm olarak, su bazlı kaplamaların diğer zayıflığı olan çiçeklenme ve surfaktan kusmasına yönelik bir bağlayıcı geliştirmiştir.

 

I.1) Boyalarda Surfaktanlar

Surfaktanlar boya formülasyonlarının büyük çoğunluğunda var olup farklı kaynaklardan formülasyonlara girmektedir: Öncelikle, bağlayıcı olarak kullanılan latekslerde surfaktan bulunmaktadır. İkinci olarak, pigment içeren kaplamalarda ıslatıcı ve dispersiyon ajanlarında mevcuttur. Üçüncü olarak, bugünlerde renklendirme (tinting) metodu kullanılan dekoratif boyalarda tercih edilen renklendirici pastalarda bulunmaktadır.

 

Kullanılan surfaktanlar maalesef çoğunlukla suya duyarlı ve filmlerde göreceli mobil bileşenlerdir. Ayrıca, polimer parçacıklarının ara yüzeylerinde birleşmeye eğilimlidirler, bu da filmde hidrofobik bölgeler yaratarak su alma ve film içine transferine yol açmaktadır.

 

I.2) ‘Serbest’ Surfaktanların Yol Açtığı Problemler A) Terleme (Exudation)

Tüm su bazlı dış cephe boyalarında oluşabilecek problemlerden biri terlemedir. Surfaktan kusması boya uygulandıktan genellikle birkaç hafta veya ay sonra gözlenen bir süreçtir. Ancak, belirli atmosferik şartlarda, özellikle ilkbahar ve sonbaharda, sıcaklıklar çoğunlukla geceleri çiy noktasının altına düşmekte ve dış yüzeyde yoğuşmaya sebep olmaktadır. Yeni boyanmış yüzeylerde yoğuşma olduğunda, nem suda çözünen bileşenlerin taşınmasına yol açmaktadır.

 

Yoğuşma kuruduktan sonra, surfaktanlar vs. boya yüzeyine depolanmakta ve bu da gözle görülebilmektedir. Bu durum çok şekilde gözlenebilmektedir: parlak kısımlar (‘snail trail’ olarak belinen yağmur izi), açık renklerde sararmış kısımlar veya beyazlamış ya da kararmış parçalar.

 

b) Çiçeklenme

Çiçeklenme eski ve yeni dış cephe duvar boyalarında gözlenen doğal bir olaydır. Yapı malzemeleri farklı tipte katı formda mineral tuzlar içerebilir. Bu tuzlar da duvarda kapilerite ile taşınma ve nem penetrasyonu yoluyla yeniden çözünebilir. Sonrasında, nem hava/duvar arasına geçmekte ve bu da yüzeyde çözünmüş tuz bırakarak beyaz görünüm oluşturmaktadır.

 

Dış cephe duvar boyalarında, toprak nemine maruz kalan pervazlar ve duvar dipleri çiçeklenme oluşması için oldukça müsaittirler. Çiçeklenme dış cephe duvarların görünüş ve estetiğini bozmakta ve film/yüzey ara tabakalarındaki basınçtan dolayı zamanla yapışmayı azaltmaktadır.

 

II – Polimer Tasarım Faktörleri

II.1) Terleme & Çiçeklenme Direnci

Daha önce de belirtildiği gibi su bazlı dış cephe boyalarının çoğu standart dispersiyon oldukları için surfaktan artığı barındırır. Boyada daha az serbest surfaktan olması ile film üzerinden su transferinin azalmasından dolayı daha az miktarda madde dışarı yayılır. Bu yüzden, çiçeklenme durumu azalır. Omnova’nın bu yeni ürününde (Low Exudation Binder ‘LEB’) lateks parçacıkları anyonik fonksiyonel grupların polimere bağlanması ile stabilize olur. Parçacık yüzeyindeki fonksiyonel monomerlerin dağılımını sağlamak için özel birçok aşamalı proses tasarlanarak serbest surfaktan ihtiyacı minimize edilmiş ve etkinliği optimuma getirilmiştir.

 

II.2) Yapışma ve Film Oluşumu

Standart akrilik lateksler genellikle kimyasal ve fiziksel bağlarının yoğunluğu yüksek olan polimerlerdir. Yoğunluğu yüksek fiziksel ve kimyasal bağlar suda çözünebilirliği limitlemektedir. Omnova EBS teknolojisi deneyimi ile lateks parçacıklarına az miktarda solvent yerleştirmiştir. Bu solvent, film oluşum sırasında parçacıkların mükemmel şekilde nüfuz etmesine izin veren en doğru solventtir.

 

Bu şekilde LEB latex standart latex ile karşılaştırıldığında, gözenekli yüzeyler üzerine penetrasyonun artmış olduğu gözlenmektedir. Partikül içerisindeki solventin varlığı film dayanıklılığına katkı sağlamaktadır. Yüksek bağıl nem ve düşük sıcaklıkta kuruma şartlarında dahi film oluşumu için gerekli solvent içerisinde kalmaktadır.

 

II.3) Dayanıklılık ve Çatlak Köprüleme Direnci

Sararma, tebeşirlenme ve kir kaldırma zafiyeti dış cephe duvar boyalarının solmasına katkı sağlayan üç temel süreçtir. Polimerin Tg’si kir kaldırma dayanımına etki eden ana parametredir. Tg arttıkça kir kaldırma dayanıklılığı artmaktadır. Ancak, Tg’si 15°C’den yüksek bir polimer ile ortam sıcaklığında çatlak köprüleme kabiliyetine erişmek zor olmaktadır. Dolayısıyla, yeni LEB polimeri için TG 12°C’ye ayarlanmıştır. 30% ve 50% PVC aralığında formülasyonlarda sararma ve tebeşirlenme direnci arasında iyi bir denge kurmak için monomer kompozisyonu modifiye edilmiştir.

 

II.4) Lateks Performansı: Terleme Direnci

Terleme direncini etkileyen ana parametreleri belirlemek için farklı kimyasal yapıda pek çok lateks test edilmiştir. Surfaktanların konsantrasyonu ve tipi önemli olduğu gibi, polimerin Tg’sinin de büyük ölçüde etkili olduğu belirlenmiştir. İlk test serisinde yeni LEB (Tg 12°C) ile birlikte Tg’leri 16-25°C aralığında üç stiren akrilik ve bir saf akrilik lateks kullanılmıştır. Tüm formülasyonlar tipik yüksek dayanımlı dış cephe duvar boyası olarak hazırlanmıştır (PVC: %40 ve katı içeriği %54). Surfaktan kusması için uluslararası ölçüm standartları olsa da, dış cephe duvar boyaları için yağmur suyu almaya katkı sağladığından güvenilir sonuçlar veremeyebilmektedir. Omnova’nın iç metodunun amacı; boyalarda, olumsuz koşullarda, kurumanın başlangıç aşamasında surfaktan ve suda çözünen maddelerin salınım davranışını öngörmektir.

 

Bu metotta, plastik kutuların dış yüzeyine 375 g/m² boya uygulanmıştır. 16 saat kuruduktan sonra, boyanmış kutular su ve buz ile doldurulmuş ve klimatik odada 25°C ve %90 nemde 90 dakika boyunca bekletilmiştir. Kusma derecesi, 60°C’de 4,5 saat kurumanın ardından bir kapta biriken suların tartılması ile ölçülüp, g/ m² ile ifade edilmektedir.

 

Şekil 1’de gözlendiği gibi, Tg düştükçe su birikmesine eğilim azalmaktadır. Ancak, görece düşük Tg’li (12°C) yeni LEB diğer latekslerle kıyaslandığında en iyi performansa ulaşmıştır.

 

Teorik olarak, ortam sıcaklığında çatlak köprüleme özelliklerine Tg’si, 5°C ve 15°C arasında olan lateksler kullanılarak ulaşılmaktadır.

 

Ancak, bugünlerde, maliyet tasarrufu gibi nedenlerle, üreticiler standart lateks (Tg yaklaşık 20°C) ve elastomerik lateks (Tg -25°C ve -45°C arası) karışımı kullanmaktadırlar. Bu nedenle, ikinci test serisi bu tip karışımlarla yapılmıştır. Saf akrilik lateks ve bir önceki test serisindeki stiren akrilik (StyAC3) elastomerik bir bağlayıcı (Tg -25°C) ile iki farklı Tg seviyesini (12°C ve 4°C) elde etmek için kullanılmıştır.

 

Şekil 2’de gösterildiği gibi, terleme direnci latekse elastomerik bağlayıcının eklenmesinden etkilenmektedir. Benzer Tg’de (12°C), yeni LEB konvansiyonel teknolojiler ile kıyaslandığında terlemeye etki eden suda çözünen maddeler %50 azalmaktadır.

 

III – Yeni LEB Teknolojisinin Temel Uygulamaları

Yeni LEB teknolojisiyle üretilen bağlayıcının farklı son kullanım alanları bulunmaktadır:

• Dış Cephe Duvar Boyaları (ince film),

• Yarı Elastik ve Yarı Kalın Film Dış Cephe Duvar Boyaları,

• Eski Elastomerik Boyaların Restorasyonu için Son Kat Uygulamaları,

• Dış Cephe Isı İzolasyonu Sistemleri için Son Kat Uygulamaları,

• Dış Cephe Duvar Boyaları (pervaz). Son bölümde doğal olarak surfaktan kusma problemlerinin

karşılaşıldığı kalın film kaplamalara yoğunlaşılmıştır.


III.1) High build (Kalın film kaplamalar): Tanım ve Formülasyon

Kalın film kaplamalar genellikle dekoratif ve eski, çatlamış veya mikro çatlakları olan dış cephe duvar boyalarının restorasyonu amacıyla kullanılır. İnce film kaplamaların normal gereksinimlerine ek olarak, çamur çatlağı olmadan kalın film şeklinde uygulanabilmesi ve çatlak köprüleme özelliğine sahip olması gerekmektedir. Diğer bir deyişle, EN 1062-1 ve ‘GESVWAC’ sınıflandırmasına göre, kaplamaların E4 (200- 400 μm arasında film kalınlığı) ve A1 (çatlak köprüleme kabiliyeti 100 μm’dan büyük) sınıflandırmasına uyması gerekmektedir.

 

Bu tip kaplamalar doğal yapısına uygun olarak %30-50 PVC aralığındadır. Önemli ölçüde bağlayıcı miktarı yüksek kalınlıkta uygulama ile birleşince, metrekare uygulama başına fark edilir miktarda serbest surfaktan ortaya çıkacaktır. Bu nedenle kalın film dış cephe duvar boyaları surfaktan kusmasına çok müsaittir.

 

Yeni LEB deneysel bir formülasyonda kullanılmıştır (Ref. FPS306). Katı içeriği, E4 klasifikasyonu gereği kuru film kalınlığı gereksinime uyabilmek için en yüksek seviyeye getirilmiştir.

 

III.2) Boya Özellikleri:

Avrupa pazarından 7 ürün referans olarak kullanılmış ve FPS306 formülüne karşı test edilmiştir. Bu ürünlerin seçilmesindeki ana kriter A1E4 klasifikasyonuna uyuyor olmalarıdır. Bu ürünler özgül ağırlık ve katı içeriği bakımından (PVC açısından da) oldukça benzerdir.

 

Formülasyon enleminin böyle dar olması, kalın film kaplamalar için gerekli performans gereksinimlerine işaret ettiğini göstermektedir. Örneğin; 7 ürün, FPS306 dahil, su alma direnci bakımından aynı kategoride (W3 en iyi sınıf) ve MVTR (V2 orta sınıf) sınıflandırılmıştır.

 

a) Terleme Direnci

Sonuçlar Şekil 3’te belirtilmiş olup, LEB teknolojisinin en iyi ticari ürünler ile kıyaslandığında terleme direnci bakımından %50 daha iyi olduğu gözlenmiştir. Bu çalışmada renklendirici ilavesiz beyaz boyalar test edilmiştir.

 

b) Çiçeklenme Direnci

Boyalar gözenekli kil tuğlası üzerine fırça ile 2 kat (katlar arası 24 saat bekletilerek) 350g/m² uygulanmıştır. Tuğlalar 24 saat kurumanın ardından, 3 hafta boyunca doymuş tuzlu su çözeltisine daldırılmıştır. Film görünümündeki değişiklikler (kabarcıklanma, çatlama, tuz birikmesi vs.) gözlenmiştir. Bu test metodunun amacı boya filminin maruz kalabileceği gerçek koşulları simule etmektir.

 

7 ticari ürün için, pek çok su bazlı dış cephe duvar boyası gibi, testin ilk birkaç gününde yüzeydeki hasarlar ortaya çıkmıştır: Başlangıçta tuz birikmesi gözlenirken, ardından kabarcıklar ve çatlamalar, buna bağlı olarak da yapışma zafiyeti gözlenmiştir.

 

FPS306 formülasyonu 2 önemli özelliğinden dolayı zorlayıcı koşullara karşı koymuştur: gözenekli mineral yüzeylere çok iyi yapışabilme, az serbest surfaktan içermesine bağlı olarak çok iyi tuz ve su direnci.

 

c) İklimlendirme

Beyaz boyalar %1,5 oranda ftalosiyanin mavi renklendirici ile renklendirilmiştir. Elyaf çimento üzerine mavi boya fırça ile (600g/m² iki kat) uygulanıp 45° güneye doğal iklimlendirmeye bırakmadan önce 1 hafta kurumaya bırakılmıştır. Her ay renk değişimi ölçülmüştür.

 

6 aylık maruziyet esnasında tüm boyalar kirlenme ve sararma açısından aynı davranışı sergilemiştir. Mavi boyaların tebeşirlenmenin yüzeyde beyazlığa sebep olmasından dolayı daha problemli olduğu gözlenmiştir. LEB ile bu durum özel monomerik kompozisyonu sayesinde azaltılmıştır (Şekil 4). Bu bağlayıcı ile koyu tonlarda renk daha iyi korunacak ve uzun dönem dayanım artacaktır.

Şekil 4: Kalın film kaplamalarda dış ortam dayanımı (mavi boya)

IV – Sonuç

Kalın film dış cephe duvar boyaları yüksek miktarda serbest surfaktan içerebilmektedir. Bu da dış cephe boya üreticilerini surfaktan kusması ve lekelenme gibi sorunlarla baş başa bırakmaktadır.

 

Omnova yeni teknoloji için oluşan beklentiyi öngörerek yenilikçi bir bağlayıcı geliştirmiştir. Bu bağlayıcı kaplamadan sızabilecek suda çözünen maddeleri minimize eden bir teknolojiye sahiptir. Bunun sonucu olarak, su direnciyle ilgili bağlayıcıların (astarsız yüzeylerde çiçeklenme direnci sağlamak gibi) tüm özellikleri iyileştirilmiştir. Yapışma ve yaşlanma direnci gibi spesifik karakteristik özelliklerini de içeren bu teknoloji dış cephe duvar boyalarının dayanıklılığını da kayda değer bir adım ileriye taşımaktadır.


Kaynak

* Eurocoat 2014 Paris Kongresi’nde verilen konferanstan alıntıdır.