Su Bazlı (Çözücülü) Sistemler

Endüstriyel ahşap malzeme için birçok alanda farklı yapıdaki tek bileşenli su bazlı vernik (ST) ve iki bileşenli su bazlı vernik (SÇ) gereçlerinin kullanıldığı bilinmektedir. Bu tür gereçlerin özellikleri geliştirilirken aynı zamanda çevreye ve sağlığa olumsuz etkileri de minimize edilmeye çalışılmaktadır. Bu çerçevede su bazlı ürünlerin özelliklerinin geliştirilmesi gerekmektedir [63], [64], [65]. Yapılan ürün modifikasyonları ile ahşap malzemenin maksimum korunması sağlanmaya çalışılırken estetik ve teknolojik özellikleri de aynı zamanda düşünülmektedir [66]. Ülkemizde tüketilen verniklerin büyük bir bölümü solvent bazlıdır. Ancak 1970 yılında ABD’de imzalanmış olan temiz hava anlaşması (clean air act) ile boya uygulamalarında ortaya çıkan uçucu organik bileşiklerin (Volatile Organic Companent-VOC) azaltılması ve önümüzdeki yıllarda öngörülen limit değerlerinin düşük tutulması gibi nedenlerle su bazlı vernik ve boyaların önemi artmıştır [67], [68].

“Boya-vernik imalatında çözücü sıvı olarak genelde solventler kullanılmaktadır. Çoğu Avrupa ülkesinde çevre koruma ve insan sağlığı ile ilgili yasalar çerçevesinde solvent kullanımı azaltılmaya çalışılmakta olup bu konuda yaptırımlar mevcuttur. Çözüme yardımcı olmak üzere yapılan hukuki düzenlemeler boya-vernik üretiminde su çözücülü polimerlerin kullanımını hızlandırmıştır. Geçmişte akrilik emülsiyon polimerleri ya da akrilik lateksler olarak bilinen su bazlı boyalar daha çok yapı ve inşaat sistemlerinde kullanılmak için hazırlanmıştır. Bu tip su bazlı boyalar yapı inşaat sistemlerinde yaygın kullanım alanı bulurken, benzer sistemler suyun ağaç ve metal malzemeler ile uyumlu kullanılamayacağı endişesi ile kullanımı kısıtlıydı. Bunun sonucu olarak su çözücülü sistemlerin metal ve ağaç işleri sektörlerine girmesi ve yaygınlaşması hayli yavaş olmuştur [56].”

Su bazlı yüzey işlemi gereçlerinin imalat, tüketim ve kullanımı son yıllar da hızlı artış göstermiştir. Bunun sebebi olarak su bazlı sistemlerin geliştirilmesi ve formüle

edilmesine imkân sağlayan ana bağlayıcı reçinelerin gelişmesiyle açıklanabilir. PU bağlayıcıların ürüne kazandırdığı [69] sertlik, parlaklık, aşınma direnci gibi mekanik özellikler [70], [53] ile kullanım alanlarının [71], [67] farklılaşması ve artması bakımından son derece önemlidir [37]. Su bazlı vernik ve boya gereçlerinin yapısına ait bilgiler Çizelge 1.5’de verilmiştir.

Çizelge 1.5. Su bazlı sistemlere verilen isimler ve yapıları [14] .

Su Bazlı Sistem Verilen Ad Raf Ömrü _Tanecik Büyüklüğü Molekül Ağırlığı Sayı Ortalaması (Mn)

Görünüşü Çözücü İçeriği ve Çözücü _{Kullanım Nedeni} Stabilize

Edilme Şekli Suyla seyreltilebilen 6-24 ay (Hidrolizlenir) Çok küçük < 5000 Şeffaf veya çok az bulanık. Genel olarak çözünürlüğü sağlamak ve iyi bir film oluşturmak için %20 civarında

çözücü kullanılır. Hidroksil veya tersiyer gibi, polimerin bir parçası olan hidrofil gruplar.

Lateks Kararlı 0.1-10.0μm +300000 Yarı şeffaf, opak.

Genel olarak %10’dan az solvent içerirler. Solventin amacı, kuruma esnasında yüzeydeki polimerlerin birbirine yapışarak film oluşumunu kolaylaştırmak.

Polimere bağlı olmayan, polimer

dışında yer alan sörfaktantlar veya “initiatör fragmen”leri Dispersiyon 4-24 ay (Hidrolizlenir) 0.1-1.0 μm 3000- 100000 Yarı şeffaf

Genel olarak %2’den az solvent içerirler. Solventin amacı akışkanlığı iyileştirmek, suyun

buharlaşması ve kurumayı hızlandırarak düzgün film elde

etmektir.

Hidroksil grupları gibi polimere bağlı hidrofilik gruplar Emülsiyon +2 yıl 0.1-10.0 μm > 10000 Yarı şeffaftan süt görünümüne kadar Genellikle % 0-5 çözücü içerirler. Çözücü emilsiyonu hazırlamayı kolaylaştırmak için

kullanılır. Polimere bağlı olmayan polimer dışında kalan emülsiyonlar ve sörfaktanlar

“Hidroksil (-OH) ve karboksil (-COOH) grubu bulunduran reçineler ile üretilen su çözücülü verniklerde reaksiyonlar genel olarak iki molekülün kaynaşması ya da iki parçaya ayrılmış elamanların iyonları arasında bağ kurulması şeklinde gerçekleşir. Çözelti ve emülsiyon polimerizasyon temel reaksiyondur. Polimerizasyonda monomer damlalarından difizyonla geçen monomerler kuruma süresince polimer taneciklerini beslerken, emilsüyon reaksiyonunda monomer, aktifleşmiş misel ve aktif misellerin bir radikalle polimerleşmesine dayanır [56].” “İngiltere’den getirilerek ülkemizde pazarlanan ve ağaç malzeme yüzeyleri için hazırlanmış bir su çözücülü vernikte “Akripol” reçine kullanıldığı belirtilmektedir. Verniğin üretiminde kullanılan reçine polimerleri 1A° büyüklüğünde küresel tanecikler halinde olup, sertleştirici olarak polifonksiyonel azerdine (izosiyanat çeşidi) kullanılmıştır [56].” İzosiyanatların katmanlaşma süreci bağıl nemden etkilenerek gerçekleşir [62].” “Vernik yapısında kullanılan reçine termoset yapılı, vernik ise reaksiyon kurumalıdır. Ağaç malzeme yüzeyine uygulandıktan sonra hava ile temas ettiği andan itibaren moleküller kübik şekle dönüşmeye başlamakta ve kenarlar yumuşayıp polarik çengel gibi uzantılar oluşturmaktadır. Bu çengeller yardımı ile moleküller birbirlerini çekmekte ve su buharı dışında hiçbir şeyin geçişine müsaade etmeyen küpler oluşturmaktadır [56].”

“Verniğin test raporları ile desteklenmiş katman özelliklerinde, çevre dostu ve ISO 9000 kalite belgesine sahip olduğu, su, ışık, mantar ve mikroorganizma etkilerine, BS 476 sınıf l'e göre ateşe,

%25’lik sülfürik asite, %36’lık hidroklorik asite, %47’lik sodyum hidroksite, %80’lik laktik asite ve tuzlu suya dayanıklı olduğu belirtilmiştir. Ayrıca, anti statik (yüzeyin toz-kir tutmaması) özellikte olduğu, -40°C ile +60°C arası sıcaklıklardaki termal şoklara dayanıklı olduğu, UV ışınları emme yeteneğinde olduğu, gıda ambalajlarında kullanıldığında bile zehirli etkisi olmadığı, dikey yüzeylerde kullanıldığında 10 yıl ömrü olduğu, antigrafiti özellikte olduğu belirtilmektedir [56].”

Türkiye’de kullanılan su bazlı verniklere ilişkin yapılan araştırmalarda sertlik değerlerinin fazla olmadığı ve dolayısı ile bu vernik katmanlarının darbe, çizilme ve aşınma direnci gibi mekanik etkilere karşı direncinin düşük olduğu belirlenmiştir [59]. Vernikte çözücü olarak kullanılan su, ağaç malzemede doku kabarmasına sebep olmaktadır [56]. Dolayısıyla bu sonuç tekrar zımpara yapılması ihtiyacını doğurmaktadır. Genellikle dolgu verniği uygulamasında düşük katı madde miktarından dolayı ince bir kuru katman veren su bazlı vernik katmanlarından oluşan koruyucu katmanlara genellikle 200, 400 ve 600 numaralı ince kumlu zımparaların kullanımı uygun olmaktadır.

“Su bazlı vernikler, özellikle tanenli ağaç malzeme yüzeylerinde bir nevi kimyasal renklendirme etkisi yaparak gözle görünür bir renk değişimine de neden olabilmektedir. Bunun sebebi zayıf alkali özelliği olan (pH 8-9) su bazlı verniklerin ağaç malzeme bünyesinde ihtiva edilen tanen maddesi ile etkileşimi sonucu tek aşamalı bir kimyasal renklendirme süreci ile sonuçlandığı bildirilmektedir [61].”

“Uygulamanın yapıldığı ortamdaki havanın sıcaklığı ve bağıl nemi önemli bir unsur olup, sınırlar sıcaklıkta 20°C, bağıl nemde ise maksimum %70 olmalıdır. Su çözücülü boya/verniklerin kuruma süreleri de solvent çözücüler gibi kısa olduğundan, oluşan film katmanı uygulama ve kurutma ortamındaki tozdan olumsuz etkilenir. Bu sebeple su bazlı boya/vernikler toz olmayan uygun şartlarda uygulanmalıdır [56].”

“Diğer taraftan kurutma ortamında sürekli olarak havaya karışan su buharı bir süre sonra havayı

doygun hale getirir. Bağıl nemi artan ortamda kurutulmak istenen verniğin kuruma süresi uzar. Bu nedenle sürme ve kurutma ortamının iyi havalandırılarak nem ile doygun hale gelmiş havanın taze hava ile yer değiştirmesi sağlanmalıdır. Taze havanın ortama ısıtıldıktan sonra verilmesi kurutma süresini kısaltır [56].”

Ülkemizde faaliyet gösteren su bazlı boya/vernik üretici ve kullanıcı işletmelere yönelik yapılan araştırmada, İstanbul, Düzce, Ankara, Kayseri ve İnegöl arasında bulunan 20 üretici 100 kullanıcı işletmeden bilgi toplanarak sektör analiz edilmeye çalışılmıştır. Bu bağlamda su bazlı boya/verniklerin halen ağaç işleri endüstrisindeki kullanımında bazı problemlere sahip olduğu, dolayısı ile üreticilerin bu araştırmada öngörülen kusurları gidermeye yönelik AR-GE çalışmalarını artırması ön plana çıkmaktadır [72].

Türkiye ağaç işleri endüstrisinde kullanılan su bazlı vernikler ile ilgili yapılan araştırma çalışmalarının birlikte değerlendirildiği bir derleme çalışmasında; bugüne kadar yapılmış araştırmalar içerisinde daha çok var olan su bazlı vernik/boya gereçlerinin farklı ağaç malzemelerin yüzeylerine uygulanarak katman performanslarının belli standartlara göre incelenmesi üzerinde durulmuştur. Gelecekte yapılacak ürün geliştirme çalışmalarının

kaçınılmaz olduğu ve bu tür çalışmaların şüphesiz disiplinler arası işbirliğini (kimya, malzeme mühendisliği, sanayi, halk sağlığı uzmanları vb.) gerektirdiği ve sonuçta inovatif teknolojik boya/vernik ürünlerinin piyasaya çıkarılması ile yaygınlaştırılmasıyla katma değeri yüksek ürünlerin elde edilebileceği bildirilmiştir [58].