Pinhol ve Gaz Hapsi

Boya Kusurları

 

Pinhol, yaş boya içinde oluşan gaz kabarcıklarının, filmin kuruması sürecinde filmi terketmesi ve yükselen viskozitesi nedeniyle, kabarcıkların çıkışı sırasında oluşan yırtılma izlerinin yayılmayla kapanmaması sonucunda oluşan bir boya film kusurudur.
 

Aynı gaz kabarcıklarının film içinde yükselmesi, kurumanın daha geç bir aşamasında gerçekleşirse, yükselen film viskozitesi, kabarcığın filmi terketmesine engel olur. Bu durumda, film yüzeyinde, patlamamış gaz kabarcıkları oluşur. Kusurun oluşumu, şiddeti ve biçimi, kabarcığın filmi terkettiği andaki film viskozitesi ile belirlenir.

Dolayısıyla, tüm diğer koşullar aynı kaldığında, ince filmlerde sorun görülmezken, belli bir kalınlık sınırından itibaren sorun gözlenmeye başlar. Bu sınıra “pinhol limiti” denir. Kademeli kalınlıklarda uygulanmış bir fırın kurumalı boyanın kesitinde kusurun gözlenen biçimleri Şekil.1’de şematize edilmiştir. (Şekil.1: Farklı kalınlıklardaki film kesitlerinde, pinhol ve gaz hapsi kusurlarının şematik gösterimi)

Pinhol kusuruna üç tür oluşum yol açabilir:

  • Üretim ya da uygulama sırasında boya içinde hapsolan hava kabarcıkları;
  • Boyanın kürlenme aşamasında jelleşmeye başlamasında hala film içinde kalan ve düşük kaynama noktasına sahip olduğu için kaynayarak buharlaşan çözgenler;
  • Boya polimerlerinin gerek çapraz bağlanma gerekse çevreyle etkileşme sırasında verdikleri gaz fazındaki kimyasal tepkime ürünleri.


Üretim sırasında ya da uygulama sırasında boya içinde hapsolan hava kabarcıkları da, pişmiş/sertleşmiş boya filminde kabarcık veya krater biçimli kusurlara yol açabilirler. Bu tür kusurlar, boyanın görünümünü bozarlar ve korozyon direncinde ve dayanımda yetersizliklere yol açan noktalar olabilirler.

Kabarcıklar üretim süreci boyunca dispersiyon, alt ilave ya da karıştırma işlemleri sırasında oluşabilirler. Karıştırma ya da pigment dispersiyonu sırasında oluşan girdaplar, üretim süreci sırasındaki hava hapsolmasının temel bir nedenidir. Girdap oluşumu, havanın karıştırıcı ya da karıştırıcı bıçaklarına doğru çekilmesine ve ardından da boya veya pasta içine dağılıp karışmasına yol açabilir.

Boya uygulaması sırasında, pompalama, karıştırma, rulo ile uygulama ve püskürtme (spray) gibi prosesler boya içinde kabarcıklar oluşmasına neden olur. Püskürtme, kabarcık oluşumu için çeşitli olasılıkları gündeme getirir. Havasız (Airless) püskürtme işlemlerinde olduğu gibi hava, dolaşım hattında bulunan basınç altındaki boya içinde önce çözünüp sonra da püskürtme sırasında kaynayarak açığa çıkabilir. Püskürtme sırasında, boyanın yüzeye çarpmasına kadar geçen sürede boyayı terkedemeyen hava kabarcıkları, yüzeyde oluşan yaş boya filmi içinde hapis kalır. Ayrıca, boyanın gözenekli bir yüzeye uygulanması durumunda da boya köpük yapma eğiliminde olabilir.

* İngilizce pinhole sözcüğü, “iğnenin açtığı delik, iğnenin geçtiği delik” anlamına gelmektedir. Dolayısıyla, “iğne deliği” sözcükleriyle karşılanması düşünülebilir. Ancak, dilimizde “iğne deliği” dikiş iğnesinin üzerinde bulunan ve iplik geçirilen deliğe verilen isim olduğundan, yanlış çağrışıma yol açmaması için bu çalışmada “iğne deliği” deyimi kullanılmamış, pinhol sözcüğü kullanılmıştır. 


Filmin viskozitesi yeterince düşükse ve film yeterince uzun süre akışkan kalıyorsa, boya içinde hapsolan kabarcıklar bir soruna yol açmadan filmi terkedebilirler. Ancak hızlı çözgen kaybı, hızlı sertleşme ya da yüksek başlangıç viskozitesi havanın filmi terketmesini önler ve kabarcıkların film içinde kalmasını sağlar. Filmi daha uzun süre açık tutarak köpüklerin patlayabilmesini ya da filmi terketmesini sağlamak için uçuculuğu az çözgenlerin kullanımı bazen etkili olur. Köpük gidericiler (defoamers) ve köpük kesiciler (bubble breakers) kabarcıkları kararsız hale getirirler ve birbirleriyle kaynaşıp filmi terketmeye sevkederler. (Şekil.2: Pinholün yoğun yaşandığı bir örnek - Şekil.3: Hapis kalmış bir çözgen kabarcığının neden olduğu tipik bir pinholün kesit fotoğrafı)


Hava hapsinden kaçınmanın en iyi yolu, köpük oluşumunu baştan önlemektir. Uygun dispersiyon ve karıştırma pratiği, üretim sırasındaki hava hapsini azaltır. Parti büyüklüğü ile üretim aracının boyutunun uyumlu olması temel bir gerekliliktir.

Boyanın kürlenme sırasında jelleşmeye başlaması anında hala film içinde hapis kalan çözgen, kaynama noktası düşük ise filmi kabarcıklı bir kaynamayla terkeder. Jelleşmeye bağlı olarak yükselen film viskozitesi, şiddetli çözgen çıkışı sırasında oluşan deliğin, film yayılmasıyla kaybolmasını önler.

Çözgen hapsine bağlı pinhol kusuru, fırın kurumalı boyalarda yaygın gözlenir. Çözgen buharlaşmasıyla sert film veren, büyük moleküllü termoplastik polimerler içeren boyalarda, özellikle sıcak mevsimlerde, oda sıcaklığında da pinhol gözlenebilir. Küvetçik, yayvan görünümlü pinhol gibi görüntülerin yanısıra, filmin yüzeyine çok yaklaşan ancak filmi terkedemeyen kabarcıkların verdiği kubbecik görüntülerine de sıklıkla rastlanır. Çözgen kaynaklı pinhol oluşumu, boyanın ön kuruma (flash-off) zamanı uzatılarak, fırında kademeli ısıtma uygulanarak, boyanın tepkime hızı azaltılarak ya da ağır çözgenler kullanılarak azaltılabilir. Sonuncu önlem, filmi daha uzun süre akışkan ve dolayısıyla “açık” tutarak şiddetle çıkan diğer çözgenlerin filmde açtığı yaraların, filminin yayılmasıyla kapanmasına imkan tanır.

Organik çözgenlerin yerini suyun aldığı sulu boyalarda, çözücü kaynaklı pinhol oluşumu şiddetlenir. Benzer polimerlerin organik çözücülü boya formülasyonlarına göre, sulu formülasyonları daha düşük “pinhol limitleri” verir. Bu farklılıkları üç nedene dayandırmak mümkündür. Birinci neden, organik çözgenli boyaları, çok sayıda ve farklı buharlaşma dinamikleri olan çözgenlerle formüle etmek mümkünken, sulu boyalarda buharlaşma tablosunda her zaman suyun belirleyici olmasıdır. İkinci olarak, pek çok organik çözgeninkine oranla suyun oda sıcaklığındaki buharlaşma hızının düşüklüğünden söz edilmelidir. Ayrıca, suyun hidroksil grupları, bağlayıcı molekülü üzerindeki polar gruplarla kuvvetli hidrojen bağları oluşturarak buharlaşmanın daha da gecikmesine yol açmaktadırlar.

Pinhol kusuruna yol açan üçüncü oluşum ise gaz yapısındaki tepkime ürünleridir. Buradaki mekanizma, hapis kalan havanın kusur yaratma mekanizmasına benzer. Yaygın rastlanan bir örneği, izosiyanat grupları içeren polimerlerin, nem veya aminlerle girdikleri tepkimeler sonucunda oluşan karbondioksitin yol açtığı delikçik kusurudur.

Gerek çözgen kaynaklı gerekse tepkime ürünü gazların yol açtığı pinhol kusurlarında da köpük gidericiler ve köpük kesicilerin kullanımı sorunun çözümünde etkili olur. Bu tür katkılarla ilgili temel risk, boya ile homojen karışmalarının güç olması ve homojen karışmama durumunda da krater görülmesi olasılığının ortaya çıkmasıdır. Görece risksiz köpük gidericiler olarak metil alkil polisiloksanlar ile boya uyuşurluğu sınırlı olan akrilat yüzey katkıları kullanılabilirler. (Şekil.4: Hava hapsolması ve/veya çözgen kaynaması sonucu bir son kat boyada oluşan kabarcıklar)