Yüksek teknoloji ürünleri olan plastik, alaşım ve kompozit malzemelere rağmen ahşap malzemenin tüm sıcaklığıyla ve estetik yönüyle çevremizde her geçen gun popülerliğini devam ettirdiği ve günden güne de kullanımını arttırdığı görülmektedir. Ahşap görüntüsünün çekiciliği ve cazibesi nedeniyle günümüzde doğal görüntüsüne benzer görüntüye sahip olabilmek amacıyla büyük ölçüde MDF (medium density fiber) veya sunta malzeme üzerine yapılan ve ahşap sektöründe genişleyen çerçevede iş hacmi sağlayan boyama veya kaplama şeklindeki uygulamalar için oldukça büyük çaba ve kaynak ayrılmaktadır.
Genel anlamda bakıldığında, bir ahşap malzeme dekoratif veya inşaat sektörlerinde uygulandığı şekliyle hava kurumalı sistemlerle elle serbest olarak boyanabildiği gibi; püskürtme yada özel uygulama donanımları (silindir, perde vs.) kullanılarak panel veya montaj aşaması tamamlanmış eşya haliyle de farklı film yapma yöntemleri kullanılarak boyanabilmektedir.
Gelişen teknoloji, uygulama ve elde edilen sonuç anlamında kesin olabilecek olan sınırları da ortadan kaldırmaya başlamıştır. Örneğin parke sektöründe UV ile kürlenen boya sistemlerinin kürlenme işlemleri devingen bir şekilde tekerlekli istasyonlarla yapılabilmekte iken diğer yandan sulu emülsiyon sistemler güneş ışığıyla kendiliğinden çapraz bağlanmak suretiyle sert filmler elde edilebilmektedir. Her iki sistemde de çözgen kullanılmaksızın nihai yüksek camsı geçiş sıcaklıklarına ulaşılabilmektedir.
Ahşap malzeme incelendiğinde polimerik kompozit malzeme olduğu sonucu çıkartılabilir. Malzemenin içeriğinde;
- % 40 – 50 Selüloz
- % 25 - 30 hemiselüloz
- % 25 – 30 lignin
bulunmaktadır. MDF ve sunta üretiminde, üre formaldehid veya benzer termoset reçineler yukarıda belirtilen bileşene sahip malzemeye ilave edilirler. Oluşan MDF ve sunta özellikleri bünyesinde bulundurduğu doğal ahşaba bağlı olduğu kadar bu yüzeylere uygulanan boyanın özelliklerine de bağlıdır.
Ahşap doğası gereği değişken bir malzeme olması nedeniyle dış mekan kullanımlarında birçok problemle karşılaşılabilir. Örneğin küçük sorunlar arasında sıralayabileceğimiz budak yerlerinde renk farklılaşması iç mekanlarda sıkça rastlanabilir.
Ahşap yüzeye uygulanan boyanın performansını tahmin etmekte bazı zorluklarla karşılaşılabilinir. Bunun en güzel örneği ahşap yüzeyini düzgünleştirmek için kullanılan bıçağın keskinliğinin boya performansına doğrudan etkisidir. Kullanılan bıçakların körlenmesi ahşap yüzeyindeki hücrelerin sıkıştırılmasına neden olacağından bu yüzeye uygulanan boyanın davranışını etkiler. Uygulanan boya sulu olursa, sıkıştırılmış hücrelerin hemen şişerek ahşap yüzeyinde lif kabarmasına; çözgenli olursa; hücre şişmesi sadece uygulama sonrasında olacağından boyanın daha sonra çatlamasına neden olabilmektedir.
Ahşap Boyaları Pazarı
Küresel ahşap endüstrisi pazarı 2001 yılı verilerine göre 1,8 milyon ton düzeyindedir. 2003 yılı Avrupa’daki dağılım
- % 56 Mobilya boyaları
- % 28 Dış doğrama boyaları
- % 16 Parke boyaları
şeklindedir.
Birçok boya pazarında olduğu gibi ahşap pazarında da küreselleşmenin neden olduğu büyük şirket birleşmeleri ve elde edilen kazançların etkileri çok uluslu şirketlerin oluşumunu hızlandırmıştır. Avrupa’da Italyan IVM Grup, Akzo Nobel ve Arch Chemicals gibi büyük firmalar pazarda önemli rol üstlenmişlerdir. Yine de birçok küçük ölçekli boya firması ve mobilya üreticisi üretimlerine başarıyla devam etmektedirler. Diğer yandan büyük ölçekli mobilya üreticileri üretim maliyetlerini düşürebilmek amacıyla uzak doğuya örneğin Çin’e yönelmişlerdir.
Bu eğilimin en büyük etkisi Amerika’da görülmüştür. 1996 yılında % 20 seviyelerinde olan ithal mobilya oranları 2001 yılına doğru % 35 seviyelerine tırmanmıştır. Mobilya pazarında ithal ürün girişine bağlı olarak ahşap boyaları satışları 1999 yılı rakamlarıyla 303 milyon litreden 202 milyon litreye 2003 yılı itibariyle gerilemiştir. Bu düşüş sadece Amerikan pazarında değil Avrupa ahşap pazarında da görülmüştür. 2003 yılında Avrupa pazarı 380 000 – 430 000 ton arasında tahmin edilmektedir. Bu pazara yakın doğu dahil edildiğinde rakam 694 000 tonları bulmaktadır.
Ahşap boyalarında İtalya, Avrupa pazarının en büyüğü olmakla birlikte bu ülkeyi takip eden Almanya ve İspanya oldukça geniş yurt içi pazara sahip ülkelerdendir. Aşağıda sıralanan 5 ülke Batı Avrupa pazarının % 80’ ine sahiptir.
Tablo 1: Endüstriyel Ahşap Boyaları Avrupa Sıralaması
| Ülke | Endüstriyel Ahşap Boyaları Pazarı (Ton, 2000 Yılı) |
| İtalya | 140000 |
| Almanya | 83000 |
| İspanya | 77000 |
| İngiltere | 25000 |
| Fransa | 24000 |
| Toplam | 349000 |
Tablo 2* Avrupa’da ahşap boyaları sektörü teknolojinin yıllara göre değişimini göstermektedir.
| Boya Teknolojisi | Avrupa teknoloji gelişimi (1995-2003) | Avrupa+Yakın Doğu | Dünya | |||
| 1995 | 1997 | 2000 | 2003 | 2002 | 2001 | |
| PUR (solventli) | 30 | 30 | 33 | 32 | 40 | 42.5 |
| Asit katalizörlü | 17 | 22 | 14 | 12 | 11 | 8.5 |
| NC | 27 | 21 | 17 | 13 | 26 | 30.5 |
| Doymamış Polyester | 10 | 10 | 12 | 11 | 8 | 7 |
| Sulu | 6 | 5 | 11 | 16 | 11 | 7.5 |
| UV | 10 | 10 | 11 | 14 | 4 | 4 |
| Diğer | 2 | 2 | 2 | |||
* Oluşturulan tablo farklı kaynaklardan derlendiğinden yıllara göre dağılım bilgileri farklılık göstermektedir. Tabloda belitilen kısaltmalar sırasıyla PUR: Poliüretan, NC: Nitroselüloz, UV: Radyasyon kürlenmeli sistemlerin kısaltmalarıdır.
Endüstriyel ahşap boyalarındaki pazar payları dağılımında NC sistemler dikkate değer seviyelerini koruyor gibi görünse de yüksek çözgen içermesi, dış şartlara ve kimyasallara dayanımının sınırlı olması nedenleriyle uzun süredir yerlerini PUR, AC, ve diğer modern sistemlerle değiştirmeye devam ettiği görülmektedir. NC sistemlere olan talebin hala devam etmesinin bir nedeninin de; henüz uçucu organik bileşen sınırlamasında yasal zorunlulukların kesin sınırlarla uygulanmadığı uzak doğu pazarında artan üretim hacimlerinin olduğu tahmin edilmektedir.
Sulu Ürünlerdeki Gelişmeler
İlk olarak 1970 lerde sulu PUR dispersiyonları ile tanışan boya endüstrisi günümüzde reaktif olmayan fiziksel kurumalı, 2 bileşenli ve UV kürlenmeli formlarıyla oldukça geniş kullanım alanı bulmuştur. Sistemde kullanılan poliol ve izosiyanat çeşitliliğine bağlı olarak kürlenmiş boya filminde çok sert film yüzeyinden başlayarak istenen düzeyde oldukça yumuşak film yüzeyleri de elde edilebilmektedir. Fiyatının yüksek olması dezavantaj olarak görünse de, bu sistemle maliyet avantajlı akrilik emülsiyonlar sorunsuz bir şekilde uyuşur durumdadır.
Polietilen oksit polieterlerinin alifatik izosiyanatlarla reaksiyonu sonucu oluşan yapının kurumuş filmde su direncini zayıflattığı bilinmektedir. Fakat aynı reaksiyon sterik hindrence lı amino sülfonik asit tuzu ve HMDI izosiyanürat reaksiyonuyla yapılması ile elde edilen sonuç oldukça uygun olmaktadır. Anyonik grubuyla boyada yüksek dispersiyon verimi sağlayan ve sisteme az miktarda ilave edilmesiyle yüksek işlevsellikler elde edilebilir.
UV kürlenmeli PUR dispersiyonlarının kurumaları gelişmiş kurutma sistemleri (force drying) ve UV fırınlar kullanılarak çok kısa bir sürede gerçekleşebilmektedir. PUR dispersiyonu polimer yapısında bulunan fonksiyonel grupların zincir sonlarında olması yerine yan zincirlerde olması kürlenmiş film özelliklerini arttırmaktadır. Bu boya tipinin diğer önemli avantajı püskürtme fazlası boyanın geri besleme yaptırılarak tekrar sisteme kazandırılabilmesidir.
Boya sistemini oluşturan birden fazla reçine sisteminde zayıf olan bileşen, sistemin fiziksel ve kimyasal performansını olumsuz etkileyebilmektedir. Örneğin akrilik üretan polimerlerinin karışımlarından meydana gelen boya sistemi; kendiliğinden çapraz bağlanabilen üretan akrilat sistemle kıyaslandığında daha az performans gösterebilmektedir. Çok iyi stok stabilitesi veren bu tip reçineler pH stabilitesi için uçucu amin kullanılması durumunda çok hızlı bir şekilde karbonil-amin çapraz bağlanması gerçekleştirerek hızlı kuruma özelliği göstermektedirler.
Akrilik poliol dispersiyonları yüksek ve düşük molekül ağırlıklı (MA) olarak iki kısıma ayrılırlar. Yüksek MA’lığına sahip olanlar hızlı fiziksel kuruma özelliği gösterirken; daha düşük MA’lığa sahip “ikincil dispersiyonlar” ahşap içersine çok iyi penetre olmaktadırlar. Çözgenli sistemlerle karşılaştırılabilir fiziksel özellikler gösterirler ve poliizosiyanatlarla uyuşurlukları iyidir. Düşük MA’lıklı tipleri yavaş kuruma özelliğine sahiptir.
Ahşap boyalarında sıklıkla rastlanan ve sulu boya sistemleriyle artış gösteren ahşap içerisinde renk veren bileşenlerin yüzeye transferi sebepli lekelenme problemleri görülmektedir. “Kiln kurutma işlemi” gibi çeşitli uygulamalar ahşap içerisindeki boyama özelliği gösteren bir takım reçinelerin polimerleşmesini sağlayarak ahşapta kalmalarını sağlayan işlemler tannen gibi maddelere çok az etki etmektedir. Bu gibi durumlarda çözüm olarak reaktif pigmentler, katyonik polimer dispersiyonları ve üretan modifiye alkid emülsiyonları kullanılabildiği gibi, son yıllarda geliştirilen bazı astarların bağlayıcıları tannen-ler ile çapraz bağlanarak renklenme önlenebilmektedir.
Ahşap Yüzeylerde Toz Boya Uygulaması
Toz boya ilk olarak iletken ve ısıya dayanıklı malzemeler (Çelik, Al. vb.) için geliştirilmiş, günümüzde flat panel MDF uygulamaları standart olarak kullanım alanı bulmaktadır. Sistemin en büyük avantajını MDF kenar yüzeylerinin verimli ve dolgun bir film tabakasıyla boyanması oluşturmaktadır.
Şeffaf toz boyanın masif ahşap malzemeye uygulanması çalışmaları günümüzde yapılmaktadır. UV kürlenmeli toz boyalar uygulanabilmeleri açısından bir ön ısıtma işlemine tabi tutulmalıdır. Bu ısıtma sırasında ahşabın bünyesinde bulunabilen reçine içerikli malzeme yüzeyde toplanarak boyanın performansını etkilemektedir. Meşe gibi bünyesinde az miktarda reçine bulunduran ağaç kaplama tiplerinde toz boya uygulamalarının başarıyla yapıldığı raporlanmaktadır.
Genel anlamda düşük yüzey iletkenliğine sahip olan MDF, elektrostatik olarak uygulanan toz boyada birçok probleme neden olmaktadır. Boya uygulamasından önce ahşabın ön ısıtma işleminden geçirilmesi, nemin yüzeyde toplanmasını sağlayarak iletkenliği arttırmaktadır. Diğer yandan aynı ısıtma işlemi, nemin kenarlardan hızla uzaklaşmasına ve iletkenliğin bu bölgelerde düşmesine neden olmaktadır. Bu gibi uygulamalarda kullanılmakta olan bir sistem de penetrasyon kolaylığı açısından düşük MA’lı ve viskositeli, çözgensiz veya sulu termoset türünde astarın panel üzerine uygulanmasından önce veya uygulama sırasında kürlendirilmesidir.
Son zamanlarda Almanya’da birçok firma tarafından geliştirilmeye devam edilen “thermoface process” (ısıyla yüzey iyiliştirmesi işlemi) MDF yüzeylerde zımpara ve astar işlemi uygulamadan düz zemin yaratmaktadır. Bu sistem 2004 yılında Alman Endüstri Fedarasyonu’ndan (BDI) “Ekoloji” ödülü kazanmıştır. Sistem basınç altında MDF yüzeyin ısıtılmış ve şekil verebilen bir ekipmanla geçişini kapsamaktadır. Bu sayede zımpara yapılmadan ahşap yüzeylerde ve zımparanın ulaşamadığı alanlarda boyanın daha iyi performans gösterebileceği yüzeyler elde edilebilmekte ve zımpara tozunun boyama işleminde neden olduğu olumsuzlukları ortadan kaldırmaktadır. MDF termoset bir reçine sistemi sayılmasına rağmen doğal lignin termoplastik özelliğe sahiptir ve basınç altında ısınan lignin yumuşayarak MDF’ye dahil olamayan fiberleri bağlamaktadır. Böylelikle zımpara veya ezmeyle elde edilen düzgün yüzeylerden daha başarılı yüzeyler oluşturulabilmektedir.
UV kürlenmeli sistemler
Sulu veya solvent içermeyen % 100 katıda radyasyon kürlenmeli boyalar ahşabın doğal görüntüsünü yansıtabilecek film kalitesine sahip oldukları için ahşapta ideal bir boyama sistemi olduğu görüşü çoğunluktadır. Buna rağmen UV sistemlerde görülen iki temel sıkıntı olarak ahşap yüzeylere yapışma ve yetersiz kürlenme sıralanabilir.
Birçok uygulama işleminde UV vernik ahşap yüzeye penetre olabilmesi için gerekli olan zamanı bulamamaktadır. Bu zaman kısıtı UV verniğin yüzeye yapışma probleminin temelini oluşturmaktadır. Sulu UV kürlenmeli sistemler astar olarak kullanıldıklarında bu sorunun minimize edildiği görülmüştür. Ahşap yüzeyine yapışmayı etkileyen diğer önemli faktörler ise sırasıyla, gözeneklilik, pürüzlülük ve ahşabın yüzey enerjisidir.
UV sistemlerde karşılaşılan diğer bir problem ise; maun gibi geniş miktarlarda fenolik reçine içeren ağaç tiplerine yapılan UV vernik uygulamasında sistem içersinde bu reçine çözünerek kürlenme hızını yavaşlatmakta ve oluşan filmi daha kırılgan hale getirmektedir. Bu etkiyi azaltmak için uygun tipte ve miktarda foto başlatıcı ilave edilmesi gerekmektedir.
Serbest izosiyanat gruplu üretan akrilat kullanımının ahşap sistemlerde yapışma özelliğini arttırdığı bilinmektedir. Yapışmanın ahşap içersinde bulunan lignin maddesinin aromatik üretan ile çapraz bağlanmasının bir sonucu olduğu düşünülmektedir. Ahşap zeminlerde bu temel mekanizmaya dayandırılarak “dual cure” sistemlerin kullanılması UV sistem yapışmasının önemli ölçüde iyileşmesine neden olmuştur. UV kürlenmeli boya formülasyonuna poliizosiyanat ilave edilmesi yerine izosiyanat modifiye üretan akrilatların kullanılmaları daha çok tercih edilmektedir.
Alkid teknolojisi ile UV teknolojisinin birleştiği “Oil Acrylate” Yağlı akrilatlar yada “UV Oil” UV Yağı olarak isimlendirilen ve oleo kimyasallardan türetilerek ahşap zemini daha iyi ıslatabilen formüller geliştirilmiştir. Bu tip formülasyonların en başarılı olanı ahşabın içerisine penetre olup, yapının bir kısmı oksijenle reaksiyona girerek kuruma işlemini tamamlayan “dual cure oil acrylate” çift (ikili) mekanizmayla kürlenen yağlı akrilat astar formülü üzerine UV ile kürlenen “oil acrylate” son kat verniğidir.
Ali Gizli
Araştırma Lab. Müdür Yardımcısı
Akzo Nobel Kemipol A.S.
KAYNAKLAR:
• M de Meijer, PRA Wood Coatings Congress 2004
• C Irle, PRA Wood Coating Congress 2004
• D Twene, D Mestach, Surface Coating International A, A09 Nov 2004
• Bozkurt, Y; Ticarette Önemli Yabancı Ağaçlar İstanbul, 1989
