MAKALELER / WAX - hammaddeler ansiklopedisi
Wax Emülsiyonlarının Kimyasal Proseslerde Kullanımı:
Wax’ların tanımı ve çeşitleri
Wax’lar doğal olarak oluşan ve yüksek yağ asitli esterlerden (genellikle C36 - C50) meydana gelen sentetik materyallerden veya daha az yağlı ve daha sert oluşum içindeki yağlardan faklılık gösteren polimerlerden (molekül ağırlığı 700’den büyük 10000’den küçük) oluşan çok geniş bir aralığı kapsamaktadır. Buna rağmen anlaşılması gereken önemli nokta; sadece kimyasal bileşimi, bir wax’ı tanımlamaya yeterli değildir. Wax terimi, bu materyallerin genel bir ifadesi olarak görülmelidir. Bununla; 20 °C’de katı, kıvamı yumuşak ve plastik ile sert ve kırılgan yapı arasında değişen, en azından 40 °C erime noktasına kadar bozunmama gibi özellikleri ile diğer yağ ve doğal reçinelerden ayırt edilebilmektedir.
Erime noktasının çok az üzerindeki bir sıcaklıkta akmayan fakat damlama oluştuğunda (bir çok plastikler ve reçineler hariç), wax’lar genelde nispeten düşük bir viskoziteye sahiptir. Günümüzde piyasada wax’ların çok değişik türlerini bulabiliriz. Bunlar çoğu kez kaynağına bağlı olarak sınıflandırılmışlardır. Tablo 1.’de endüstriyel uygulamalarda çokça kullanılan wax’ların sıralaması verilmiştir.
PP ve PTFE gerçek wax olmadığı halde sağladıkları etki ve performanstan dolayı yüzey iyileştirme katkıları özelliği gösterir ve bu sınıfa dahil edilir.
Wax hareketinin mekanizması:
Ar-Ge çalışmalarında, kaçınılmaz olan deneme–yanılma aşamasını mümkün olduğu kadar en aza indirgemek için wax’ların gerçek davranış biçimlerini anlamak önemlidir. Mürekkep ve yağ kaplama tabakası yüzeyinde anlamlı bir etkiye sahip olmak için wax, yüzeye tam olarak dağılmalı ve istenen özellikleri elde etmek için ortamda yeterli miktarda bulunmalıdır.
Literatürde oldukça iyi ifade edilen çeşitli yayılım (migration) mekanizmaları mevcuttur. Bunlar;
Blooming mekanizması: Blooming mekanizması olarak isimlendirilen dağılma mekanizmasında; erimiş wax tanecikleri dağılarak yüzeyde yüzmeye başlarlar sonrasında wax tanecikleri kristallenir. Kristallenme hızı düşüktür ancak yüzey tabakası wax yoğunluğu bakımından sürekli zenginleşmektedir. Genellikle düşük erime noktasına sahip yumuşak wax’lar daha baskın bir dağılma mekanizmasına sahiptir. Wax emülsiyonu ve diğer bileşikler arasındaki uyumluluk migrasyon hızını belirlemektedir.
Bilye mekanizması (ball bearing): Burada katı wax tanecikleri, yüzeye ayrı ayrı dağılır. Böylece tabaka yüzeyinden dış yüzeye çıkarak ve diğer yüzeyden gelen etkiyi engelleyecek şekilde fiziksel bir boşlukmuş gibi davranırlar. Yüksek erime noktasına sahip wax’lar (HDPE VE PTFE) bazı koşullarda bu mekanizmaya göre davranırlar. Partikül yoğunluğu ve yüzeyde oluşturduğu çıkıntının mesafesi efekt derecesini etkiler. Öncelikle yüzeyde wax partikülleri yada partikül tabakası, film tabakasının sürtünme katsayısını (CoF) değiştirmek için yeterli etkiye sahiptir. Bu da wax’ların neden yüzey özelliklerini değiştirme katkısı olarak sınıflandırıldığını açıklar.
Wax’ların tipik özellikleri :
Wax’lar genel olarak ucuzdur, daha güvenilirdir ve diğer yüzey geliştirme katkılarından daha az yan etkileri (örneğin; tekrar kaplanabilme) vardır. Her durumda, yüzey altı yapışmadaki azalma, parafinler gibi polar olmayan wax’ların aşırı kullanımı ile ilgilidir. Ayrıca wax’lar aracılığı ile elde edilen yüzey etkileri genelde daha uzun ömürlüdür. Bunun sebebi wax partiküllerinin yüzeye çok yavaş ve etkili dağılmasıdır.
Anti-blocking katkısı olarak Wax’lar:
Anti-blocking, iki yüzey arasında yapışmanın olmaması şeklinde bir görevi ifade eder. Bu görev sıcaklık, relatif nem ve hatta basınç altında iki yüzey arasındaki yapışmaya karşı direnç şeklinde de tanımlanabilir. Blocking durumuna çok iyi bilinen bir örnek olarak, taze boyanmış bir pencere çerçevesinin çok hızlı kapatılması olayı verilebilir. Pencereyi tekrar açmak zor olabilir. Blocking’i etkileyen faktörler, kaplama yüzey serbest enerjisini, tabakanın topografyasını, sertliğini ve polimerin camsı geçiş sıcaklığını kapsamaktadır. HDPE, parafin, Carnauba wax’ı anti-blocking’i azaltır. Anti-blocking katkıları aynı zamanda boyanmış, kurutulmuş ve hemen depolanmış veya depolama için sarılmış veya nakledilen her türlü ürün için çok yararlıdır.
Kaydırıcı yardımcı kimyasalı olarak wax’lar
Kayma birbiri üzerinde herhangi bir mekanik zarara yol açmaksızın hareket etme yeteneğini ifade eder. İyi kayma özellikleri, uygulama ve kürlemeden hemen sonra yada uygulama boyunca yüzeyi yoğunlaştırmak için kayma kimyasalına ihtiyaç duyan mikrokristalin wax’ları ile yapılan ilginç bir çalışma ile ulaşılan sonuç; wax katılaştıkça, kayma özelliklerinin daha iyiye gittiği yönündedir. Bu olgu şöyle de açıklanabilir; daha yumuşak bir wax, daha kolay sıvılaşmaya eğilimlidir. Sonuç olarak, kayma verimi olarak ifade edildiğinde katı haldeki wax, yüzeyde sıvı wax’lara göre daha az kalıntı bırakmaktadır. Kayma veriminde katı hal içinde kristal oranının yüksek olması wax’ın daha çok yoğunluğu ile ilgilidir ve wax yoğunlaştıkça kristal oranı da artmaktadır.
Aşınma direnci katkısı olarak wax’lar
Aşınma, sürtünme veya yıpranmanın mekanik etkileri ile meydana gelen bir olaydır. Kayma ve yıpranmanın ilişkisi ile aşınma direnci kimyasalı olarak kaydırıcı yağların fonksiyonel özelliği dikkat çekmektedir. Aşınma direnci gerçekte elastiklik, sertlik, katılık, dayanıklılık ve bazı durumlarda katılık gibi temel faktörlerin bir kombinasyonudur. Farklı sertlik değerlerine sahip aynı türdeki mikrokristalin wax’larının kullanımına benzer bir eğilim, sürtünme mukavemeti için wax’ın kapasitesi ve sertlik özellikleri arasında da bulunmaktadır. Sert wax’lar aşınmaya karşı yumuşak wax’lardan daha iyi bir direnç göstermektedir. Aynı eğilim sert PTFE ve PE materyalleri ile yumuşak kristalin wax’ının davranışı karşılaştırıldığında bir mürekkep formülasyonu içerisinde gözlenmiştir. Ayrıca bu çalışma ile şu da ispatlanmıştır:
• Yumuşak kristalin wax, bloom (dağılma) mekanizmasına göre davranırken PE ve PTFE wax’ları the ball bearing (bilye) mekanizmasına göre davranmaktadır.
• Wax’ın tanecik boyutu basılan mürekkep filmine benzer yada biraz daha büyükse wax’ın maksimum etkinlikte olduğu gözlenmiştir.
Su itmek için wax’lar:
Su itme yada su direnci wax’lar ile elde edilen bir diğer önemli özelliktir. Adından da anlaşılacağı gibi suyun penetrasyon etkisine karşı yüzeyin korunmasını ifade eder. Korunma sadece bölgesel olabilir (su itme yada su direnci) veya sınırsız zaman periyodunda olabilir (su geçirmezlik). Aynı zamanda su direnci genel olarak sıvı haldeki suya olan direnci ifade eder. Oysaki nem direnci sadece gaz yada buhar fazına karşı korumayı ifade eder. Genellikle parafin wax’ları scale wax’ları ifade eder (az arıtılmış bir parafin wax’ı en fazla %5 yağ içerir.) Gözenekli bir yüzey üzerinde tanecikli yapıdadır ve kullanıldığı yerde iyi çalışır. Yağ, gözenek ve yarıklar içinden girerek, temizlenmiş yüzeye hidrofobik bir karakter sağlar.
Tekstil kimyasalı olarak wax’lar
Yüzey tabakaları istenen efekti (renk, parlaklık, matlık.. vs) sağladığı yada katalizör görevindeki enzim yada substratı korumak için uygulandığı gibi bazı uygulamalarda da dokunsal (duyu) özellikleri ile tabakanın algılanması istenir. Modern otomobillerin içinde, yumuşaklık hissi veren yüzey tabakası başta PVC’den yapılan plastik parçalarda, panel cihazlarında, kapı kulpunda kullanılır. Özellikle Asya’da PC, cep telefonu gibi elektronik cihazlar için yüzey kaplamasının daha fazla yumuşaklık hissi uyandırması istenir. Rastgele bir birleştirme işlemi ile meydana gelmiş ve işlenmemiş wax partikülleri ile sert ve pürüzlü bir yüzey oluşturulur. Matlaştırma kimyasalı ile oluşturulan ortam, bu yüzeylere çok benzer. Burada dokunsal özelliklerin yüzey tabakası formülasyonuna bağlı olduğu gözlenmiştir. Yüzey tabakası boyunca wax partiküllerinin tabaka yüzeyine çıkması önemlidir. Bu yüzden tanecik boyutunun film tabakası kalınlığından daha büyük olması istenir.
Wax emülsiyonlarının formülde kullanılması :
Wax emülsiyonları sağladığı özelliklerden dolayı su bazlı boya, baskı mürekkepleri ve OPV, tekstil, deri, cila, kağıt ve karton kaplamada yaygın olarak kullanılır. Bu kullanıma hazır emülsiyonlar basit bir karıştırma işlemi ile kolayca formül içinde kullanılabilir. İnce tanecik büyüklüğünde olmalarından dolayı, formülasyonun diğer bileşenleri içersinde homojen olarak kolayca karıştırılabilirler. Böylece istenen efekt en etkili biçimde elde edilmiş olur.
Wax emülsiyonları, steric bir mekanizma ile (noniyonik emülsifiye edici kullanılarak) yada elektrostatik bir mekanizma ile (iyonik emülsifiye edici daha çok anyonikler kullanılarak) kararlı hale getirilebilir. Wax emülsiyonlarındaki anyonik ve noniyonik emülsifiye ediciler kombinasyonu ile optimum stabilite sağlanır. Çünkü wax partikülleri, elektrosterik stabilizasyon mekanizması gibi davranarak her iki stabilizasyon mekanizması vasıtasıyla korunur. Her bir stabilizasyon mekanizması sadece kendi avantaj ve dezavantajlarına sahip olmayıp, ayrıca bu formülasyonlarda daha fazla esneklik sağlamaktadır. Her iki yüzey aktif maddenin avantaj ve dezavantajları Tablo 3’ te verilmiştir. Molekül ağırlığı, erime noktası, sertlik, emülsiyon, dispersiyon ve partikül boyutu gibi kimyasal bileşimi de içine alan wax özellikleri formülasyon performansı üzerinde çok büyük etkiye sahiptir. Boya uygulama prosesleri (kürlemeyi de içeren) wax seçiminde önemli bir parametredir.
Wax seçiminde dikkat edilmesi gereken noktalar:
Erime noktası: Wax’ın erime noktasının son ürünün kürlenme sıcaklığından daha düşük olması gerekir. Böylece wax erir, boya yüzeyine dağılır yüzeyde soğuyarak tekrar kristallenir ve sonunda bir film tabakası halini alır.
Tanecik büyüklüğü ve tanecik büyüklük dağılımı: Partikül boyutu ve partikül boyutu dağılımı, film kalınlığına eşit yada biraz daha büyük olması gerekir. Bilye (ball bearing) mekanizmasına göre wax’ın sert olduğu durumda bu kısmen doğrudur. Bazen daha küçük partikül boyutuna sahip bir wax emülsiyonu konsantrasyon doğru ayarlanmış ise istenen performansı gösterir. Özel istekleri karşılamak için partikül boyut aralığı, emülsifikasyon adımları boyunca düzenlenebilir. Bu düzenleme wax’ın eritilmesi ile kullanılan uygun bir sürfektanın emülsifikasyonu aşamasında proses koşullarının dikkatle kontrolü ile sağlanır.
pH: Wax emülsiyonunun pH’ı mümkünse asetik asit ve sıvı amonyak ile ayarlanmalıdır.
Sürfektan tipi: Sürfektan tipi formülasyon stabilitesi, formüldeki diğer kimyasallarla olan uyumluluğa etki eder. Maalesef sadece deneme-yanılma yöntemi ile sisteme uyumlu olan sürfektant bulunabilir.
Bileşenlerin ilave edilme sırası: Su bazlı formülasyonlar içinde bir bileşen ilavesi kararlılık sağlamak için oldukça kritik bir hal alabilmektedir. Wax emülsiyonunun son aşamada ilavesi ile topaklanma engellenebilir ve kararlılık tamamıyla maksimize edilebilir. Wax emülsiyonun yumuşak ve deminarilize su ile seyreltilmesi vasıtası ile formülasyona ilave edilmesi sırasındaki şok etkisi azaltılabilir.
Özel wax emülsiyonlarında son gelişmeler :
Piyasada en çok bulunan emülsiyonlar, bir wax kombinasyonu yada herhangi bir wax tek tip partikül boyutu dağılımı ile karakterize edilmektedir. Michelman Inc. son zamanlarda bimodal (BFD) fonksiyonel dağılım gösteren yeni bir emülsiyonu (MG – 75E) tanıtmıştır. Geleneksel tek tip wax sistemine benzeyen bimodal fonksiyonel dağılım, boya yüzeyinde wax partiküllerini daha sık biçimde toplanmasını sağlar. Çünkü küçük partiküller daha büyük olanlar tarafından oluşturulan aralıklar içinden kolayca girerek yüzeyde daha yoğun toplanmanın oluşmasını sağlar. Bu yüzden tabaka daha yüksek wax yoğunluğuna sahip bir hal alır. Bu da performans artışı ile kendini gösterir.
MG-75E, Carnauba ve PE wax’larının bir kombinasyonudur. Kayma özelliği ve aşınma direnci özelliklerinin ikisinin birden istendiği tüm uygulamalar için tasarlanmıştır. İnce partiküllerin olması sayesinde üretim performansı artarken parlaklık kaybı azalır. Ayrıca wax emülsiyon içindeki BFD geleneksel mono model dağılımı ile kıyaslandığında aynı viskozitede daha yüksek dispersiyon hacimlerine imkan tanır.
Sonuç :
Bu makalede, boya ve mürekkep içinde istenen efektleri veren wax’ların mekanizmasının kısa bir açıklamasını verdik. Bununla beraber değişik performans karakteristikleri için wax ve wax emülsiyon özelliklerini birleştirmeye gayret ettik. Böylece, boya ve mürekkep uygulamaları ile wax teknolojilerinin kullanıldığı daha geniş bir alanda anlaşılmasının sağlanması hedeflenmiş ve Ar-Ge çalışmaları içinde yeni fikirleri kamçılamak ve teşvik etmek amaçlanmıştır.
ETİKETLER:
WAX NASIL KULLANILIR,WAXLAR NEREDE KULLANILIR,WAX NEDİR,WAXIN FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ,WAX EMÜLSİYONLARI,WAXIN ERİME NOKTASI,WAXLARIN KAYNAMA NOKTALARI,WAX ÇEŞİTLERİ,WAXLARIN KULLANILDIĞI ALANLAR,KAĞITLARDA WAXLARIN KULLANIMI,WAXLARIN MÜREKKEPLERDE KULLANIMI,WAXLARIN TEKSTİLDE KULLANILMASI,WAXLARIN BOYALARDA KULLANIMI,WAXLARIN KAYDIRICI ÖZELLİKLERİ.
HAMMADDELER ANSİKLOPEDİSİ
