Boya Hammaddeleri

Boyalar kullanma alanlarına, kullanılma amaçlarına, uygulama şekillerine ve depolanmalarına göre farklı malzemelerden üretilir. Boyaların hepsinde pigment, pigmentin yanında bağlayıcılar, solventler ve katkı maddeleri kullanılır. Tüm boyaların kendilerine uygun solventleri (çözgenleri) vardır. Üretimleri sırasında solvent kullanılanlarının yanında kullanılmadan üretilen boya çeşitleri de vardır.

Tüm organik kaplamalar yüzey üzerinde sürekli, sağlam ve yapışan bir film oluşturur. Dolayısıyla tümünün formülünde bir “film yapıcı” yer alır. Film yapıcılar, “bağlayıcılar” olarak da adlandırılmaktadır. Bağlayıcılar organik kaplamanın tümünün omurgasını oluşturur. Eğer organik kaplama bir boya ise bünyesinde bağlayıcının yanı sıra “pigmentlerin” bazen de “dolguların” yer alması gerekir.

Bir sıvı organik kaplamadan söz edildiğinde akışkanlığın ayarlanması için bileşiminde solventlerin de bulunması gerekmektedir. Aynı zamanda tüm organik kaplamalar için çeşitli üretim, uygulama ve kullanım özelliklerini ayarlamak amacıyla değişik katkıların kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır.

Organik kaplamalar bu ham maddelerin uzun süreyle homojenliğini koruyan kararlı bir fiziksel karışımdır. Film oluşumu sürecinde kimi kaplama malzemelerinin bağlayıcıları polimerleşme olarak adlandırılan kimyasal tepkimelere girebilmektedir. Ancak her durumda, pigmentler, katkılar ve dolgular, kuruyan film içinde bir kimyasal değişime uğramaksızın kalmaktadır.

 

Boya sanayiinde ham maddeler dört ana kategoride gruplandırılabilir. Bunlar;

  1. Bağlayıcılar,
  2. Pigmentler,
  3. Solventler,
  4. Katkılar ve dolgulardır.

 

1.Bağlayıcılar:

Bağlayıcılar boyanın ana maddelerinden olup pigment ve dolgu maddelerinin içinde homojen olarak dağıtıldığı boya tabakasını oluşturan maddeleri, boyanın karakterini ve niteliğini belirler. Boyaların hemen hemen tüm karakteristikleri; kuruma şekli ve süresi, diğer katmanlarla uyuşup uyuşmayacağı, dayanımı, uygulama biçimi, parlaklığı uygulandığı yüzeydeki davranışları gibi hususlar bunların başlıcalarıdır.

Bağlayıcılar çok çeşitli olup en çok kullanılanlar aşağıda listelenmiştir.

 

  • Polyester reçineler:

- Doymuş polyester reçineler:

Başlıca kullanımı: Otomotiv astar ve son kat boyaları, beyaz eşya boyaları, bobin astar ve son kat boyaları, plastik astar, son kat boya ve vernikleri

-Doymamış polyester reçineler:

Başlıca kullanımı: Otomotiv, oto tamir, metal,ahşap ve makine imalat sanayi macunları; dolgun ve parlak yüzeyler veren ahşap vernik boyaları

 

  • Alkid reçineler

Üretiminde kullanılan yağların kuruma özelliklerine göre alkidler: kuruyan alkidler, yarı kuruyan alkidler, kurumayan alkidler olarak da sınıflandırılırlar.

Başlıca kullanımı: inşaat boyalarından, otomotiv son kat boyalarına, ahşap boyalarından genel metal sanayii boyalarına kadar çok çeşitlidir.

 

  • Selülozik reçineler

-Nitroselüloz reçineleri:

Başlıca kullanımı: mobilyalara uygulanan macun, astar, boya ve vernikler; metal sanayii amaçlı macun, astar ve boyalar

-Selüloz asetobütirat reçineleri:

Başlıca kullanımı: Oto tamir ve otomotiv

-Selüloz esterler:

Başlıca kullanımı: Sulu inşaat boyalarında

 

  • Poliüretan reçineler

Başlıca kullanımı: Oto tamir ve otomotiv, ahşap boyaları, uçak boyalarında

 

  • Vinil reçineler

Başlıca kullanımı: İnşaat boyaları, bobin boyaları

 

  • Akrilik reçineler

Başlıca kullanımı: otomotiv vernikleri, oto tamir boyaları

 

  • Amino reçineler

Başlıca kullanımı: Otomotiv son kat, genel endüsrtiyel sanayide astar ve son kat boyası

 

  • Epoksi reçineler

Başlıca kullanımı: Yüksek kimyasal ve mekanik direnç gerektiren her türlü macun, astar ve son kat boyalar

 

  • Diğer Reçineler

-Klor-kauçuk reçineler
-Silikon reçineler
-Emülsiyon reçineler
-Fenolik reçineler
-Hidrokarbon reçineler

 

2.Pigmentler:

Pigmentler, boya adı verilen örtücü organik kaplamaların renklendirilmesi ve pas önleme işlevini kazanması için kullanılan ham madde grubudur. Pigmentler prensip olarak boyalarda kullanılan solventlerde çözünmez. Buna karşılık, boya solvent ve bağlayıcılarının oluşturduğu sıvı ortam içinde kararlı bir şekilde yayılmış mikron boyutlu katı asıltılar hâlinde bulunur. Pigmentlerin solvent–bağlayıcı ortamında kararlı katı asıltılar hâlinde homojen biçimde yayılması (disperse edilmesi) boya üretiminin en kritik adımını oluşturur.

 

Pigmentler üç ana grup altında incelenebilir:

 

  • Renk pigmentleri: Boyalara opak renk ve metal efekti görüntüleri veren maddeler pigmentlerdir. Renk pigmentleri, boyanın rengini vermek üzere formüllerin içeriğinde yer alır. Temel tanecik büyüklükleri 0,01 mikron ile 1,00 mikron arasında değişebilir. İnorganik ve organik renk pigmentleri boya sektöründe kullanılır.

 

- İnorganik pigmentlerin başlıcaları; beyaz pigmentler, siyah pigmentler, sentetik demir oksit pigmentler, kurşun kromatlı pigmentler, kadmiyumlu pigmentler, karışık metal oksitler ve bizmut vanadat/bizmut molibdat sarısıdır.

 

- Organik pigmentlerin başlıcaları; Azo sarılar, benzimidazolan sarılar, heteroksiklik sarılar, azo esaslı organik turuncular, benzimidazolan turuncular, metalize ve metalize olmayan azo kırmızılar, yüksek performanslı kırmızılar, organik maviler, organik yeşillerdir.

 

  • Görsel etki pigmentleri: Bu grup pigmentler, kullanıldıkları boyaların oluşturduğu yüzeylere metal yüzeyi etkisi, inci / sedef etkisi gibi farklı görsel özellikler kazandırır. Metalik yüzey etkisi amacıyla alüminyum, bakır, tunç, nikel veya paslanmaz çelik pulcuklardan oluşan metalik pigmentler kullanılırlar.

 

  • Fonksiyonel pigmentler: Fonksiyonel pigmentler, boyaya kazandırdıkları renk ya da görsel etkiler dışında bazı işlevsel özelliklere sahip olduğu için boya bileşimlerinde yer verilen pigmentlerdir. Dolgu pigmentleri macun ve astar boyalarda yüzey dolgusu olarak, korozyon dirençli pigmentler metal yüzeylerin paslanmasını önlemek amacı ile primer astarlarda kullanılmaktadır.

 

 

3.Solventler:

Solventler boya ve boya malzemelerinin üretim aşamasından itibaren inceltilmesini sağlayan maddedir. Aynı zamanda; boyada kullanılan katı veya oldukça viskoz olan bağlayıcıları çözüp homojen bir faz oluşturan uçucu sıvılardır.

 

Boyaya akışkanlık ve homojen bir karışım özelliği kazandırır. Bu akışkanlık, pigmentlerin ve bağlayıcıların düzgün bir şekilde püskürtülmesini ve yüzeye yayılmasını sağlar. Boyanın inceltilmesinde kullanılan solventler, boyanın kuruması sırasında tamamen boya içerisinden uzaklaşır. Solventler boyayı çeşidine, özelliklerine göre uygun kalınlık kazandırabilecek şekilde uygulama kıvamına getirir. Bu kıvamı yakalayacak oranda boyaya eklenmektedir.

 

Solventler genelde boyaya iki aşamada ilave edilir. Birinci aşamada amaç, boya üretimi sırasında akışkanlığı az olan veya katı hâlde bulunan karışımı akışkan hâle getirmek, ikinci aşamada ise ambalajındaki boyayı uygulama sırasında fırça veya rulo ile uygulanabilir hâle getirmektir. Bu amaçla sentetik boyalara tiner, plastik boyalara su ilave edilmektedir.

 

Oda sıcaklığında katı hâlde bulunan bağlayıcıları çözerek bir bağlayıcı çözeltisi oluşturur. Bu bağlayıcı çözeltisi içinde pigment ve dolgular ezilerek koloidal bir sistem hâline geçirilir ve böylece boya imal edilir.

 

Solventten istenen, mümkün derecede yüksek konsantrasyonda bağlayıcıyı çözerken diğer yandan da oluşan bu bağlayıcı çözeltisinin düşük viskoziteli olmasını sağlamasıdır.

 

Solvent bazlı boyaların içerisindeki uçucu madde oranı %80 iken su bazlı boyaların içerisindeki uçucu madde oranı %10’dur. Buna karşılık boya kalitesi, boyama masrafları aynıdır. Hatta uygulama zamanı yönünden de avantajlıdır.

 

Su bazlı boyalarda solvent içeren incelticiler kullanılmasa da pigmentlerin solvent bazlı olması nedeniyle %10 solvent içerir. Alkol, aseton, ksilen gibi çözücüler solventi oluşturur. Su bazlı sistemlerde ise su solventin işlevini görür. Ancak burada su, solvent gibi bağlayıcıyı çözmez, bağlayıcı su içinde emülsiyon hâlinde dağılmış olarak bulunur.

 

İmal edilen boya, bir yüzeye sürüldükten sonra solvent uçar ve bunu takiben o yüzeyde, pigment ve dolguyu tamamen sarmış olan bağlayıcının meydana getirdiği homojen bir film meydana gelir.

Bir solvent içinde çözünmüş maddeye “artık çözelti” denir. Çözeltiler basit mekanik usullerle (filtrasyon, dekantasyon, santrfüjleme gibi) bileşenlerine ayrılmaz. Bu ayrıştırma işlemi sadece termal yöntemlerle yapılabilir. Bunlar; destilasyon, süblimasyon ve kristalizasyon gibi yöntemlerdir.

 

  • Su:

 

Çevre ve insan sağlığı konularındaki bilinç ve duyarlılık artışı, organik çözücülerin kullanımının olabildiğince sınırlandırılmasını gündeme getirmiştir. Buna paralel olarak organik kaplamalarda akışkanlığı ayarlamak için suyun kullanılması çalışmaları yaygınlaştırılmıştır. Bağlayıcı olarak kullanılan organik polimerlere su seven tuz grupları eklenerek bu polimerlerin suyla inceltilebilir olmaları mümkün hâle getirilmektedir. Ya da bu polimerlerin, emülgatörlerin yardımıyla, su içinde kararlı sıvı asıltılarının (emülsiyonlar)

oluşturulması sonucunda sulu boyalar yapılabilmektedir.

 

İki durumda da su, kimyasal anlamda bu polimerleri çözmemekte ancak polimerlere eklenen su seven yapıların etkisiyle viskozite düşürücü olarak davranmaktadır. Suyun inceltici olarak kullanımında, boyanın uygulanma alanına bağlı olarak su saflığı önem kazanmaktadır. Suyun içinde mevcut olan suda çözünür tuzlar, boya filmi kuruyup sertleştikten sonra da film içinde kalır. Kullanım ömrü sırasında, boya filmi su ve neme maruz kaldığı takdirde, film içindeki bu su seven tuzlar, suyu filmin bünyesine çekerek boya filmi içinde su gölcüklerinin oluşmasına, bu nedenle boya dökülmesine ve metal yüzeylerde paslanmaya yol açar. Bu nedenle, kullanılacak suyun iletkenliği ölçülerek, tuz miktarının denetlenmesi yoluna gidilir. Sulu boyalarda genel olarak 45 μS / cm’nin altında, çok yüksek korozyon direnci beklenen kataforetik kaplamalarda ise en fazla 2 μS / cm iletkenlik aranmaktadır.

 

  • True-gerçek solventler:

 

Esterler: Kaplama sanayisinde yaygın kullanılan esterler çeşitli alkollerin asitle tepkimesi sonucunda üretilir. Esterlerin yaygın kullanım alanları şunlardır:

- Metil asetat
- Etil asetat
- Propil asetat
- N-bütil asetat
- İzobütil asetat
- Metil propiyonat
- Dibazik ester

 

Ketonlar: Alkollerden, asitlerden ya da klorlu organik bileşiklerden yola çıkılarak elde edilebilir. Organik kaplama sektöründe en fazla kullanılan ketonlar sırasıyla şunlardır:

- Aseton
- Metil etil keton (MEK)
- Asetil aseton
- Metil izobütil keton
- Hekzonon
- Diaseton alkol

 

  • Latent solvent (gizli çözücüler):

 

Alkoller

- Metanol
- Etanol
- İzopropil alkol, N-bütanol, izobütonol, amil alkol, siklo hekzonol
- Diaseton alkol, 2-etil hekzonol
- Glikol

 

Glikol eterler: Boya çözücüsü olarak kullanılanları, etilen glikol ve propilen glikolün, tek fonksiyonlu alkollerle girdikleri eterleşme tepkimesi sonucunda elde edilen glikol eterlerdir.

- Metil glikol
- Etil glikol
- Metoksi propanol
- Etil diglikol
- Bütil diglikol

 

Glikol eter esterleri: Organik kaplamalarda kullanılan glikol eter esterleri, glikol eterlerle asetik asidin tepkimesinden elde edilen esterlerdir. Büyüyen molekül ağırlığı sırasıyla şöyle sıralanabilir:

-Metil glikol asetat
-Etil glikol asetat
-Metoksi propil asetat
-Bütil glikol asetat
-Etil diglikol asetat
-Bütil diglikol asetat

 

  • Diluent-seyreltici solventler

 

Aromatik hidrokarbonlar: Özellikle aromatik içeriği yüksek petrol ve kömür gibi fosil yakıtlarının damıtılmasından elde edilir.

 

En çok kullanılan aromatik çözücüleri, giderek büyüyen molekül ağırlığına göre şöyle sıralanabilir:

Toluen: Aromatikçe zengin petrolden ve kömür katranından elde edilen

boya çözücüdür.

Ksilen: Aromatikçe zengin petrollerden ve kömür katranından elde

edilen çözücüdür. Boya sanayisinde, ksilen adıyla kullanılan çözgen,

aslında C3H10 formüllü üç izomerin karışımıdır.

Solvent nafta: Aromatikçe zengin petrollerin damıtılmasında 150-195 °C aralığında kaynayarak elde edilen bir karışım çözücüdür.

Orta ağır solvent nafta: Aromatik ağırlıklı petrol damıtma ürünlerinin bir karışımıdır ve net bir kimyasal yapısı yoktur.

Ağır solvent nafta: Aromatikçe zengin petrollerin damıtılmasında, 226-285 °C aralığında kaynayarak ayrıştırılan bir karışım çözücüdür.

 

Alifatik hidrokarbonlar: Alifatik hidrokarbonlarca zengin olan petrollerin damıtılmasıyla elde edilir. En önemlileri artan molekül büyüklüklerine göre şöyle sıralanabilir:

Heptan: Boya sektöründe nadiren kullanılan alifatik hidrokarbon çözücüdür.

Benzin: Renksizdir. Yağlı ve vernikli boyalar ile verniklerde çözücü olarak kullanılır.

White sprite: Renksiz su gibi berrak bir sıvıdır. Hafif, orta ve ağır olmak üzere üç çeşittir. İyi damıtılmış saf petrol be benzinin karıştırılmasından elde edilir.

 

 

4. Katkılar ve Dolgular

Katkı maddeleri:

Katkı maddeleri, boyanın cinsine ve kullanılış amacına göre boya performansını geliştirmek için ilave edilir. Bu maddeler boyaya yayılma sağlayıcı, kurutucu, isteğe göre parlaklık, matlık gibi üstün özellikler kazandıran kimyasallardır.

Bu grupta yer alan maddeler çok değişik özelliklerde olan ve boyaya az miktarda ilave edilen kimyasallardır. Katkı maddeleri; boyanın bazı özelliklerini iyileştirmek, istenmeyen olumsuz değişmeleri önlemek veya hızını yavaşlatmak için kullanılır.

 

Boya sanayiinde en yaygın kullanılan katkılar; ıslatıcılar ve dispersiyon katkıları, yüzey katkıları, reoloji düzenleyici katkılar, köpük kesiciler, biyositler, katalizarler ve inhibitörler, UV stabilizatörler, matlaştırıcı katkılar ve diğer katkılar (korozyon önleyici, iletkenlik arttırıcı, plastikleştiriciler gibi).

  • Islatıcılar ve dispersiyon katkıları; karışımın dispersiyonunu daha kısa zamanda daha az enerjiyle gerçekleştirmek ve daha uzun sürekararlı kılabilmek amacıyla boya formüllerine eklenen katkılardır.
  • Yüzey katkıları; olası yüzey kusurlarının oluşumunun engellenmesi amacıyla kullanılırlar.
  • Reoloji düzenleyici katkılar; başlıca tipleri polimerik kalınlaştırıcılar, organik modifikasyona uğratılmış killer, hint yağı türevleri, asosiyatif kalınlaştırıcılar, kontrollü flokkülasyon katkılarıdır.
  • Köpük kesiciler; köpük oluşumuna yol açabilen sebepleri ortadan kaldırmak amacıyla kullanılmaktadır.
  • Biyositler; ahşap koruyucular, kaplama filminde görev yapan biyositler ve ambalaj içinde görev yapan biyositler olarak üç grupta ele alınırlar.
  • Katalizörler ve inhibitörler; en yaygın kullanılan katalizörler kurutucular, inhibitörler ise kabuk önleyicilerdir.
  • UV stabilizatörleri: mor ve ötesi ışınlara karşı kaplama filminin kararlılığını arttırmak amacıyla kullanılırlar.
  • Matlaştırıcı katkılar; boya filminin istenilen düzeyde matlaştırılmış ve ipeksi görünüme sahip olması istendiğinde formüle eklenmektedir.

 

Dolgu maddeleri:

Dolgular içinde bulunduğu ortamda çözünmeyen taneciklerden oluşan, temel kullanılma nedeni boya maliyetini düşürmek olan, bununla birlikte boyanın bazı teknik özelliklerinin de iyileşmesine yol açabilen katı malzemelerdir.

 

Organik kaplamalarda en fazla kullnılan dolgular; doğal baryum sülfat, sentetik baryum sülfat, kalsit, tebeşir tozu, dolomit, talk, kaolin, mika, silikadır.

  • Doğal baryum sülfat: ticari ve kimyasal inertliği sayesinde astarlarda ve boyalarda kullanımı oldukça yaygındır.
  • Sentetik baryum sülfat: Başta otomotiv astarları olmak üzere  çeşitli sanayi boyası astarlarında ve bazı son kat boyalarda kullanılmaktadır.
  • Kalsit: İnşaat boyalarında en yaygın kullanılan dolgudur.
  • Tebeşir tozu: Yalnızca iç mekan kullanımı amaçlı inşaat boyalarında kullanılır. Sanayi boyalarında kullanılmaz.
  • Dolomit: Koyu renk dış cephe inşaat boyalarında kullanıma uygundur, ancak kalsit kadar ekonomik olmadığından kullanımı yaygın değildir.
  • Talk: İyi bir matlaştırıcıdır. Yumuşak yapısı, kullanıldığı macun ve astarların zımparalanabilme özelliklerini olumlu etkiler.
  • Kaolin: Dış cephe amaçlı inşaat boyalarında ve sanayi boyası astarlarında kullanımı yaygındır.
  • Mika: Sedef pigmentlerin üretiminde taşıyıcı madde olarak kullanılmaktadır.