Pigmentler ve boyar maddeler
- JACOM_CONTENT_CREATED_DATE_ON
- JACOM_CONTENT_WRITTEN_BY
Genel prensipleri
Plastikleri renklendirmede kullanılan maddeleri pigmentler ve boyar maddeler olarak iki grupta toplamak gerekir. Boyar maddeler plastikler içinde çözülebilen kimyasallar iken pigmentler ancak dispersiyon yoluyla plastiği renklendirebilir.
Pigmentlerde tanecik büyüklüğü önemli bir faktör olup genelde 0.01 – 1.0 mikron arasında değişiklik gösterebilir. Üretim esnasında oluşan en küçük taneciğe esas tanecik, bunların birleşmesinden oluşan topağa agregat ve onların birleşmesiyle oluşan kütleye de aglomeran denir.
Genellikle ilk ezilme sonucu elde edilen pigment pastada agregatlar bulunmkta ve rengi de bunlar oluşturmaktadır. Toz halindeyken aglomeran halinde olan pigment bağlayıcı ile karıştırılınca reçineyle ıslatılarak agregat haline dönüşür. Bu işleme dispersiyon denir. Boyar maddelerin reçine ile karıştırılmalarında ise çözülme işlemi gerçekleşir. Boyar maddelerin plastik içinde çözülme oranı bunların kimyasal yapısı ile plastiğin cinsine bağlıdır. Pigmentlerin dispersiyonunda ise tanecik büyüklüğünün yanında pigment bileşiminin kristal yapısı da önemli rol oynar.
Pigment dispersiyonunu kolaylaştırmak için üreticiler pigment yüzeyini kaplama yoluna da, gidebilirler. Yüzey kaplamasının (coating) dispersiyonu kolaylaştırmanın yanında UV’ye, dış etkilere ve kimyasallara dayanıklılığı artırmak gibi avantajları vardır.
Pigment dispersiyonlarını daha da kolaylaştırmak için piyasada değişik pigment karışımları sunulmaktadır.
• Sıvı pigment karışımları – pigment bir bağlayıcı içinde dispers edilmiş durumdadır.
• Katı pigment karışımları – pigment katı bir reçine içinde dispers edilmiş durumdadır. Bunun için pigment sıcakta reçine içinde dağıtılır, soğutup katılaştırılır ve kırılarak toz haline getirilir.
Pigment özellikleri
Optik prensipler
Plastiklerin renkli görünmeleri ışığın absorbe edilmesi ve yansıtılmasından kaynaklanmaktadır. Boyar maddeler ışığı absorbe ederler, dağıtıp yansıtmazlar. Bu nedenlerle de şeffaf bir görünüm sergilerler. Pigmentlerde de rengi absorbe edilmiş ışık belirlerlerse de pigmentlerin kırılma indeksleri plastiklerden farklı olmaları nedeniyle şeffaf bir görüntü sağlayamazlar. Tanecik büyüklükleri nedeniyle de opak bir görüntü oluştururlar.
Pigmentlerle absorbsiyonun dışında reemisyonunda önemli rolü vardır. Remisyon absorbe edilen ışığın yeniden ışınlanması olup pigmentin tanecik büyüklüğüyle doğrudan ilişkisi vardır. Titandioksid de optimal reemisyon 0.3 mikron seviyelerinde yakalanırç daha ince ve daha kalın tozlarda bu optimal beyazlık yakalanamamaktadır. Pigmentler arasında ışığı yansıtmayan türlerinin de olduğunu da kaydetmek gerekir. Bunlar arasında şeffaf demir oksid ve ultramarini saymak yeterli olur kanısındayız. S
Isı dayanımı
Plastiklerin üretilmesinde ve şekillendirilmesinde yüksek ısı heran problem yaratabilir. Isı sorunları incelenirken sadece uygulanan ısının yüksekliği değil aynı zamanda tatbikat süresini de hesaba katmak gerekir. Bu nedenledir ki ısı dayanıklılığı belirtilirken kesinlikle bu değerlerin geçerli olduğu süre de verilmelidir. Bu konuda anorganik pigmentlerin bir sorunu olmaz zira onların ısı dayanımı genelde son derece yüksektir. Örnek vermek gerekirse – titandioksid – nikeltitan sarı – demiroksid kırmızı – kromdoksid yeşil – kadmiyum pigmentleri ve kobalt pigmentleri sayılabilir.
Buna karşılık organik pigmentlerin sorunsuz kullanılabileceği üst ısılar vardır ve molekül yapısına göre geniş bir yelpaze oluşturur. Organik pigment kullanımında buna dikkat etmek sonradan oluşacak sorunlarla karşılaşılması için çok önemlidir.
Işık haslığı
Pigment ve boyar maddelerin plastiklere verdiği rengi ısının yanında ışık da bozar ve dşarıda kullanılan plastiklerde bu daha büyük bir tehlike arz eder. Işık da ısı gibi bir enerjidir ve daha güçlü olduğu için dokulara zarar verir. Pigmentlerin ışığa olan dayanıklılığı ışık haslığı değerleriyle ölçülmektedir. Bu ölçüm için oluşturulan DİN 53389 nolu standarda göre ışık haslığı mavi skalasına veya yün skalasına göre değerlendirilir. DİN-normunun esası değişik şekilde renklendirilmiş tekstil parçası ile örneğin kıyaslanmasına dayanır. Değerlendirme 1’den 8’e kadar numaralandırılmış ışık haslığı derecesine göre yapılır. En düşük ısık haslığı 1 en yükseği ise 8’dir ve her değer bir öncekinden iki kat daha has demektir. Yani 4’le değerlendirilmiş bir parça aynı ışık şartlarında 3 ışık haslığındaki bir parçadan iki kat daha fazla dayanacak demektir.
Bir pigmentin ışık haslığı ısıya dayanımı gibi sistemle yakından ilgilidir. Pigmentin içinde bulunduğu matrix reçinesiyle olan bağlılığı da ısı ve ışık dayanımını büyük ölçüde etkiler. Bazı pigmentler UV-absorber gibi davranarak plastik malzemeyi ışığa karşı korurken diğerlerinde hiç böyle bir etkileme görülmez. Hatta bazıları bir fotoinisiyatör olarak çalışarak sistemin bozulmasını başlatabilirler. Örneğin titandioksidin anatas modifikasyonunda durum aynen böyledir.
Işık haslığı ölçümleri DİN 53888 normuna göre gün ışığında yani güneş ışınının etkisi altında yapılır. Bunun yanında hızlandırılmış test imkanları da vardır. DİN 53389 normunda gün ışığı dalga boyunda ama çok daha güçlü olan bir ışık kaynağından yararlanılır. Bu sayede kısa sürede parçanın zaman içinde göstereceği değişiklikler saptanarak gerekli önlemler alınabilir.
Şeffaf renklerde ışık haslığının ilave edilen boyar madde miktarına oranlı olduğu görülmüştür. Beyaz boyada durum tam tersinedir. Boya miktarının artışı ışık haslığında azalmaya yol açmaktadır. Eğer karışım içinde ışık haslığı düşük komponentler varsa zamanla renk kaymalarının oluşması kaçınılmazdır. Renkli pigmentler beyaz pigmentle veya anorganik bir pigmentle çok farklı ışık haslığı gösterirler.
Dış etkenlere dayanıklılık
Dış etkiler çok değişik faktörlerden oluştuklarından malzemeyi etkileme oranını saptamak için de kompleks test metotları uygulamak gerekmektedir. Bu faktörler içinde en etkili olanlar güneş ışını ,UV etkisi, ısı, nem, hava kirliliğini oluşturan kükürt ve nitrojen bileşikleridir. Bu testlerden n güvenilecek olanları dışarıda normal şartlarda yapılanladır. Doğal olarak da ancak yapıldıkları ortam tam geçerlilik sağlarlar. DİN 53386 normuna göre yapılan bu testlerde yer, zaman, süre ve iklim şartları titizlikle tespit edilmiş olmalıdır. Bu nedenle de diğer normlarda olduğu gibi bir kıyaslama tablosu verilememektedir.
Gene de DİN 54001 normunda verilen gri ölçüsünü bir mihenk olarak almak olasıdır. Renk değişikliğini genel bir etkilenme ölçüsü olarak kabul etmek o kadar da yanlış sayılmaz. Bu ölçüm sonucu kademe 5 olmuşsa malzemede hiç değişiklik oluşmamış denebilir. Hatta kademe 4 ve 3 bile kabul edilebilecek değişimler olarak nitelenebilirler. Yani ışık haslığı ölçümünde yararlanılan aletleri dış etkileri ölçmede de kullanabiliriz.
Renk ayrışması
Boyar maddeler
Renk ayrışmasının asıl nedeni tamamen çözülmemiş boyar maddelerin hareket etmesidir. Pigmentlere ayrışmanın nedenini başka yerde aramak gerekir zira pigmentler zaten çözünmüş halde bulunmamaktadırlar.
Boyar maddelerin ayrışma nedenlerini şöyle sıralamak olasıdır:
Solventin Akması: bazı boyar maddeler bazı solventlerde kolayca çözünerek sistemden uzaklaşabilirler.
Temas Akması katı/katı: örneğin üst üste konmuş folyolarda renk ayrışması özelikle pigmentin temasta olduğu olduğu diğer plastikle bağdaşma olasılığının yüksek olması.
Dışarı Akma: durduğu yerde boyanın plastik içinden yüzeye yayılması. Genellikle bronz bir görüntü oluşur. Bunun nedeni o boyaya o ısıda doymuş olan plastiğin içinden kristalize olarak çıkmasıdır. Bu görüntü günler haftalar, aylar sonra ortaya çıkabildiği gibi aniden bir darbe veya el teması sonucunda da oluşabilmektedir. Yani konsantrasyon efekti olup sadece organik boyar maddelere has bir özelliktir. Camlaşma ısısı depolama ısısından daha yüksek olan plastiklerde ayrışma tehlikesi yoktur zira boyar maddeler hareket imkanı bulamamaktadırlar. Örneğin şeffaf polistiren böyledir.
Pigmentlerde renk ayrışımı
Plate out olarak adlandırılan plastik parçalarıyla pigmentin kalıp yüzeyine yapışması renk ayrışımının bir sonucudur. Valslerin üzerine kalenderden geçen folyonun yapışması, ekstrüzyon esnasında kalıp üzerinde parçaların takılıp kalması da aynı nedene dayanmaktadır. Bu şekilde ciddi üretim kayıpları ve hurda oluşması sorunları yaşanmaktadır. Sorunların nedeni karışımdaki komponentlerden bir veya bir kaçının bağdaşma problemleridir. Örneğin PVC’de stabilizatörün veya kaydırıcının sisteme uymaması böyle problemlere neden olur. Bu durumda sistemden bazı parçalar kopar ve pigmenti de beraber sürükleyerek üretimi bozar. Problemin çözümü için yapılabilecekler:
* Dispersiyonu daha dikkatli yapmak
* Tansiyo aktif maddeler ilavesiyle bağdaşmayı sağlamak
* Formülde değişikliğe giderek sorunlu komponentleri değiştirmek
* Pigmentlerde de değişikliğe gitmek
Reolojinin ayarlanması
Plastiklerin akma özellikleri üretimin gerektirdiği şekil ve yönde ayarlanabilir. Solventler her ne kadar viskoziteyi düşürürseler de etkileri çok yüksek olmadığından ancak büyük miktarda ilave edilirlerde yeterli etkiyi gösterebilirler. Plastik içinde çözünen boyar maddelerin viskoziteyi düşürmede çok etkin olmadığı görülmektedir. Pigmentler ise dolgu maddeleri gibi viskozite artışında neden olmaktadırlar. Pigmentlerin viskozite artışına etkileri tanecik büyüklüğüne doğrudan bağlıdır. Daha ince öğütülmüş pigmentler aynı oranda ilave edildiğinde daha kalın pigmentlerden daha viskoz bir karışım oluştururlar.
Buna rağmen pigmentlerin viskoziteye etkisi toplamda fazla rahatsız etmez zira ilave edilen miktarlar oldukça düşüktür. Gene de sorun yaratması halinde tansiyoaktif maddelerle konu kolayca kontrol altına alınabilir.
Dr. Metin Başbudak
