Boya Filmi Oluşum Mekanizmaları

Boya filminin oluşması fiziksel (solvent buharlaşması) kuruma ve kimyasal kuruma olmak üzere iki farklı şekilde gerçekleşmektedir. Boyanın uygulandıktan sonra sıvı halden katı hale geçmesi kürlenme mekanizması olarak da bilinmektedir. Akışkan boyalar çoğunlukla çözücü (solvent) buharlaşması ile kurumakta fakat termoset özellikli bir sert film oluşumu, kürlenmesi kimyasal reaksiyon sonucu meydana gelmektedir.

Boya filminin oluşum mekanizmaları, boyaların kuruma sırasında, yüzeye uygulanan boyanın kürlenmeyi gerçekleştirme şekline bağlı olarak sınıflandırılmaktadır. Boya filminin kuruması yani kürlenmesi sırasında, sıvı halden katı hale geçişin yalnızca çözücü buharlaşması gibi fiziksel yollar ile gerçekleştiği mekanizmalar fiziksel kuruma; polimerizasyon ve ağ yapı oluşturan kimyasal reaksiyonlar ile gerçekleştiği mekanimalar ise kimyasal kuruma sınıfında yer almaktadır.
 

Boyaların fiziksel kuruma ile gerçekleştirdiği film oluşumu mekanizması Solvent Buharlaşması şeklinde gerçekleşmektedir.

Solvent Buharlaşması

Boya filmi oluşum mekanizmalarında fiziksel kuruma, solvent buharlaşması şeklinde gerçekleşmektedir. Bu mekanizmada, boyanın içindeki uçucu sıvıların (çözücü/solvent) buharlaşması ile bağlayıcı moleküller birbirine yaklaşmakta ve katı bir film tabakası meydana gelmektedir. Kimyasal bağın oluşmadığı solvent buharlaşması ile kurumada, solventin içinde çözünmüş haldeki lineer polimer, bir film oluşumu göstermektedir.

Solvent buharlaşması ile kuruma yönteminde oluşan film, uçan çözücülere temas ettirildiklerinde tekrar yüzeyden çözünebilmekte, bu nedenle termoset (kritik bir sıcaklığın üzerinde kalıcı olarak sertleşen ve tekrar ısıtıldığında yumuşamayan) karakterde bir film oluşumu gerçekleşmemektedir. Solventin oda sıcaklığında boyadan uçması beklenir ve bu işlem 10 ila 30 dakika arasında gerçekleşmiş olur; fakat fırında ısıtılarak da buharlaşmanın ve film oluşumunun hızlandırılması sağlanabilmektedir.

Solvent buharlaşması ile kuruyan boyaların reçinelerine; 
 

Önerilen Makale: Boya malzemeleri, boya teknikleri ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için dış cephe boya uygulaması sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.

 

Boyaların kimyasal kuruma ile film oluşumu. polimerizasyon ve oksidasyon (oksidatif) polimerizasyon mekanizmaları ile gerçekleşmektedir.

Polimerizasyon

Polimerizasyon, reçine bileşenlerinde yer alan ve ayrı ayrı muhafaza edilen polimer ve kopolimerlerin, boya imalatı sırasında belirli oranlarda karıştırıldığında esnek bir film tabakası meydana getirdiği kimyasal reaksiyondur. Polimerizasyonda oluşan film, oda sıcaklığında yeterince sert ve kalıcı değildir, istenen sertlik ve dayanım için çapraz bağlanma gerektirir. Polimerizasyon, kondensasyon ve katılma olmak üzere iki başlıkta incelenmektedir.

Kondensason Polimerizasyonu 

Kondensasyon polimerizasyonu, poli-fonksiyonel monomerlerin küçük bir molekül çıkararak gerçekleştirdiği esterleşme, amidleşme gibi kimyasal reaksiyonlar sonucu oluşmaktadır. Monomerlerin en az iki tane OH, COOH, NH2 gibi fonksiyonel grubu taşıyor olması ön koşuldur.

Kondensasyon polimerizasyonu reaksiyonunun gerçekleşmesi için boya cinsine bağlı olarak 90-200 ^oC’de yüksek ısı gerekmektedir. Reaksiyonda Melamin Formaldehit (MF) ve Üre Formaldehit (ÜF) en sık kullanılan amino reçinelerdir. Alkit, polyester ve akrilik amino reçineleri kondensasyon polimerizasyonu ile boya filmi oluşturan tipik reçinelere örnek verilebilir.

Katılma Polimerizasyonu 

Katılma (zincir) polimerizasyonu, monomer moleküllerinin, birleşmekte olan polimer zincirlerine birer birer ve hızla bağlandığı kimyasal reaksiyondur. Hızlı zincir büyümesi gerçekleştiği için katılma polimerizasyonu reaksiyonunda yalnızca polimer ve henüz reaksiyona girmemiş monomer bulunmakta, yan ürün oluşmamaktadır. 

Katılma polimerizasyonu yüksek ısı gerektirmemektedir. Reaksiyon oda sıcaklığında dahi gerçekleşebilmektedir. Bağlayıcının kimyasal yapısına bağlı olarak değişmekte olan bu tip kuruma reaksiyonları bazı durumlarda 80 ^oC üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleşirken, 10- 15 ^oC altındaki sıcaklıklarda reaksiyon gerçekleşmemektedir.

Katılma polimerizasyonuna iki bileşenli sistemler (2K/2 Komponent) örnek verilebilir. İki bileşenli boyaların kullanım ömrü sınırlı olması sebebiyle, bu tip kurumalı boyalar belirli oranlarda karıştırılmalı ve kullanım miktarı kadarı inceltilmelidir. Epoksi- Poliamid, Polyester- İzosiyanat ve Akrilik- İzosiyanat reçineleri katılma polimerizasyonu ile film oluşturan tipik reçinelerdir.

Oksidasyon Polimerizasyonu 

Oksidasyon ile kuruma, bağlayıcı moleküllerinin havadaki oksijen ile reaksiyona girerek kimyasal bağlar oluşturması temeline dayanmaktadır. Kuruyan yağlı boyalar ve alkit reçineli boyalarda uygulanabilen bu kuruma mekanizması ile oluşan filmin kimyasal ve su dayanımı zayıftır. Bu tip film oluşturan boyalar, kutusunun içinde dahi bir şekilde oksijen ile temasa geçtiğinde boyanın üstüde kabuk bağlayabilmektedir ve sararma eğilimi göstermektedirler. Oksidasyon reaksiyonu çift bağlı yağ asidi içeren bağlayıcı ile havadaki oksijenin reaksiyona girmesi ile gerçekleşmektedir.
 

Oksidatif kuruma esnasında yağdaki konjuge ve izole bağların bulunduğu karbonda gerçekleşen reaksiyonlar sonucu RO., R., .OH serbest radikalleri açığa çıkmaktadır. Reaksiyonlar sonucu birleşen moleküller giderek polimerleri oluşturmaktadır.

Oksijen konsantrasyonunun boya filmi üzerinde fazla olması nedeniyle polimerizasyona bağlı olarak ilk kuruma yüzeyde gerçekleşir ve oksijen alt tabakalara nüfuz ettikçe kuruma yüksek viskozitede kuru bir film oluşana kadar devam eder. Bu nedenle film oluşumu uzun zaman almaktadır.

Oksidatif kurma gerçekleştiren boyalarda kullanılan kurutucuların; oksijenin boya filmine geçişini hızlandırmak ve peroksitlerin serbest radikallere dönüşünü hızlandırmak şeklinde iki fonkisyonu vardır. Kobalt ve mangan gibi primer kurutucular her iki fonksiyonu da yerine getirirken kurşun ve kalsiyum gibi sekonder kurutucular ise yalnızca oksijen geçişini hızlandırmaktadır.

Oksidasyon polimerizasyonu ile kuruma mekanizmasında fırın kullanımı yalnızca solvent uçuşunu hızlandırmaktadır. Kuruma tamamlandıktan sonra oksitlenme devam edeceğinden aşırı film oluşumuna bağlı olarak da film tabakası kırışıp çatlayabilmektedir. Bununla birlikte, antikorozif pigment kullanımı ile korozyon dayanımları yüksektir.

Boya filmi oluşturmamakla birlikte oldukça kırılgan yapıda bir boya tabakası oluşturan bir diğer mekanizma ise nemle kürlenmedir. Hidroliz olarak da bilinen nemle kürlenme için minimum nem miktarı yeterlidir. Poliüretan ve etilsilikat gibi çinko miktarı fazla olan astarlar nem ile kürlenmektedir. Nem ile kürlenme sonucu üretan, karbondioksit (CO₂) salarken, çinkoca bol astarlar ise etil alkol salmaktadır.