İstatiksel deney tasarım çalışması ile akrilonitril bütadien stiren (ABS) yüzeylere uygulanabilir, UV kürlenebilir kaplama formülasyonu geliştirme

Günümüzde kaplama teknolojisi metal, cam, plastik gibi farklı malzemeler üzerinde, malzemelerin özelliklerini iyileştirmek, dayanıklılığını arttırmak ve malzemeye farklı fonksiyonel özellikler katmak amacıyla kullanılmaktadır. Bu özellikler; çizilme ve aşınmaya karşı dayanıklılık, korozyona direnç, kimyasallara karşı koruma amaçlı olabileceği gibi; parmak izi tutmayan, buğu yapmayan (antifog), hidrofilik ya da hidrofobik, kolay temizlenebilir yüzeyler oluşturmak gibi fonksiyonel amaçlı da olabilir. Kaplamaların diğer bir kullanımı da malzemeye dekoratif, güzel görünüm ( renk, parlaklık) kazandırma amaçlıdır. Kaplamaların, malzemenin özelliklerine katkı sağlamadaki önemine baktığımızda, kaplama teknolojisinin önemini daha iyi anlamış oluruz. Gündelik hayatta kaplamaları, duvarlarda, beyaz eşyalarda (buzdolabı, bulaşık makinesi), küçük ev aletlerinde, mobilyalarda, ahşap yer döşemelerinde, otomobillerde kullanırız. Birçok malzemenin, istenilen özellikleri karşılayıp uzun ömürlü kullanılmasının sebebi üzerine uygulanan kaplamalardır. Kürlenme; kaplama karışımlarının polimerizasyon reaksiyonları sonucu sıvı halden katı hale geçerek yüzeyde bir film oluşturması işlemine denir. Kaplamaların kürlenmesi iki farklı yöntem ile gerçekleştirilir. Geleneksel yöntem termal kürlendirme işlemidir. Termal kürlendirme yaygın olarak kullanılan yöntem olmasına rağmen; yüksek enerji tüketimi (yüksek sıcaklık), uzun kürlendirme süresi gibi dezavantajlara sahiptir. Bunlara ek olarak kağıt, plastik, tahta gibi sıcaklığa daynıklılığı düşük malzemeler termal kürlendirmeye uygun değildir. Tüm bu dezavantajlar alternatif bir kürlendirme yöntemi olan UV kürlendirme teknolojinin doğmasına ve yaygınlaşmasına sebep olmuştur. UV kürlendirme teknolojisi; UV ışığında aktif türler oluşturan fotobaşlatıcıların varlığında, çok fonksiyonlu oligomer ve monomer karışımlarının polimerleşme ve cross-linking reaksiyonları sonucu sert bir film oluşturarak sıvı halden katı hale dönmesi temeline dayanır. Termal kürlendirmenin tersine yüksek sıcaklığa gereksinim yoktur. Polimerizasyonu başlatan aktif türler (radikal) termal enerji yerine UV ışığı enerjisi kullanılarak üretilir. Bu yüzden sıcaklığa hassas malzemeler üzerine kaplama uygulamalarında tercih edilir. Diğer bir avantajı ise hızlı kürlenme süresidir. Bu özelliği ile de seri üretime uygundur. Yüksek sıcaklığa gereksinim olmaması enerji tasarrufu sağlar. Ayrıca UV kürlenebilir kaplamalar katı miktarı fazla olan formülasyonlar olması sebebiyle düşük organik çözücü içerirler; ya da su bazlı sistemlerdir. Bu yüzden çevreye zararlı uçucu organik çözücü salınımı yapmazlar. Tüm bunlara ek olarak termal kürlenebilir kaplamalara göre çizilme direnci, kimyasallara karşı dayanım ve parlaklık gibi daha yüksek performans özellikleri gösteririler. Tüm bu avantajlar göz önünde bulundurularak, bu tez çalışmasında Arçelik A.Ş. firmasının da işbirliği ile akrilonitril bütadien (ABS) yüzeylere uygulanmak üzere, yüksek çizilme direnci gösteren, UV kürlenebilir, su bazlı, şeffaf kaplama formülasyonu geliştirilmek amaçlanmıştır. ABS ve PC/ABS polimeri Arçelik firmasının ürünlerinin (bulaşık makinesi, kahve makinesi) plastik kısımlarında kullanılır. Plastiklerin çoğu gibi ABS polimeri de düşük çizilme direncine (0,1 N) sahiptir. Ürünlerdeki plastik kısımların çizilmesi, estetik görünümün bozulmasına ve müşteri memnuniyetsizliğine sebep olmaktadır. ABS yüzeyler üzerine yapılan kaplama ile çizilme direncinin yükseltilmesi ( 3N ) amaçlanmıştır. İstenilen özellikte kaplama formülasyonu geliştirmek birincil amaç olmasına rağmen, geliştirilen kaplama formülasyonunun yüzeye tutunma özelliği göstermesi sağlanmalıdır. Yüzeye tutunması zayıf olan ya da çevresel etkiler sonucunda tutunma özelliğini kaybeden kaplamalar yüzeyden ayrılarak malzemeye kazandırdıkları özellikleri uzun süre devam ettiremezler. Bu sebeple çizilme direnci yüksek olmakla beraber, ABS yüzeylere % 100 tutunma sağlayan kaplama formülasyonu geliştirmek üzerine çalışılmıştır. Formülasyonun geliştirilme aşamasında, kaplama bileşenleri ve kaplama özelliklerine etkisi araştırılmıştır. UV kürlenebilir kaplama formülasyonlarının temel bileşenleri reaktif reçine (%25-90), monomerik (reaktif) çözücü (%15-60) ve fotobaşlatıcıdır (%1-8). Bunlara ek olarak ıslatma ajanı, köpük kesisici ajan gibi katkılar eklenerek formülasyon özellikleri iyileştirilebilir. Kaplama formülasyonu içerisinde en fazla yüzdeyi reçine alır. Reçine formülasyona temel fiziksel özelliklerini veren ve film oluşumuna etki eden en önemli bileşendir. Genellikle istenilen kaplama özelliklerine göre kullanılacak reçinenin türü belirlenir. Poliüretan reçineler kaplama formülasyonlarına yüksek çizilme ve aşınma direnci verirken yüzeye iyi tutunma özelliği gösteririler. Bu üstün fiziksel özellikleri sebebiyle kaplama formülasyonunda poliüretan reçine tercih edilmiştir. Diğer bir tercih sebebi ise poliüretan reçinelerin iki çevre dostu teknoloji, UV-kürlenebilme ve su bazlı sisteme uygulanabilir olmasıdır. Reçine ve fotobaşlatıcının yanında formülasyon içeriğinde yüzey ıslatma ajanı, kayganlaştırıcı ajan, köpük kesici, kolay temizlenebilme ajanı ve kıvamlaştırıcı kullanılmıştır.UV kürlenebilir kaplama formülasyonu geliştirme aşamasında kaplama bileşenlerinin formülasyondaki ideal miktarlarını belirlemek, her bir bileşenin sonuç çıktımız olan çizilme ve tutunmaya etkisini anlayabilmek için istatiksel bir deney tasarım çalışması yapılmıştır. Bu çalışmada Altı Sigma metodolijisi kullanılmıştır. Altı Sigma metodolojisi; istatistiksel hesaplamalara dayanan, süreç değişkenlerine odaklı, süreç performansı hakkında bilgi sağlayan bir kalite yönetim aracıdır. Kıvamlaştırıcı deney tasarımına eklenmemiş deney tasarımı altı girdi kullanılarak yapılmıştır. Deney tasarımı sonucu girdilerin farklı oranlarını içeren otuz iki farklı kaplama formülasyonu oluştrulmuştur. Her formülasyon tek tek hazırlanıp, manuel spey uygulaması ile yüzeylere kaplanmıştır. Kaplamalar Arçelik laboratuvarlarında hazırlanıp uygulandıktan sonra yine Arçelik laboratuvarlarında bulunan UV kürlendirme cihazında kürlenmesi gerçekleştirilmiştir. UV kürlendirme cihazında iki adet, 400-450 nm dalgaboyu aralığında, 80 W/cm gücünde, UV-A ışık yayan, galyum katlı civa lambalar kullanılmıştır. Kaplamaların % 100 kürlenmesi ve formülasyon içinde polimerizasyon reaksiyonuna girmemiş aktif türlerin kalmamış olması kaplamaların uzun süre bozulmadan kalıp, istenilen özellikleri devam ettirmesi için önemlidir. Bu yüzden kürlenme işleminden sonra FTIR cihazı kullanılarak kaplamaların kürlenme analizleri yapılmıştır. Kaplamalar kürlendirdikten sonra her birine çizilme ve tutunma testi yapılmıştır. Altı Sigma deney tasarımı kullanılarak tutunma ve çizilme sonuçları analiz edilmiştir. Analiz sonucunda reçine seçiminin çizilme üzerinde en etkili bileşen olduğu görülmüştür. Çizilmeye en fazla etkisi olan ikinci bileşen ise fotobaşlatıcıdır. Yüzey ıslatma ajanının çizilmeye etkisi ücüncü sırada gelir. Bu analizlere ek olarak bileşenlerin ikili etkilişimlerine bakılmış; fotobaşlatıcı ve yüzey ıslatıcı ikili etkileşiminin önemli olduğu görülmüştür. Tutunma ve çizilme çıktısının yanında, formülasyon maliyeti de eklenerek bu üç çıktıya göre çoklu çıktı optimizasyonu yapılmış ve en ideal formülasyon belirlenmiştir. Belirlenen formülasyon için Arçelik kalite standartlarına göre kaplama ömür testleri yapılmıştır. Bu ömür testleri tutunma; çizilme, boya yayılma, renk, parlaklık, kürlenme yeterliliği gibi fiziksel testlerin yanında; ultraviyole ve sıcaklık sonucu yaşlanma testlerini ve tuzlu suya, rutubete ve deterjanlara ve lekelere karşı dayanım testlerini içerir. Geliştirilen kaplama tüm bu ömür testlerini başarıyla geçmiştir. Mevcut sistemde Arçelik ürünlerinde kullanılan tüm kaplamalar termal kürlenebilir kaplamadır. UV kürlenebilir kaplamalar ile termal kürleme ile ulaşılamayan çizilme direnci değerlerine ulaşılabilir. Bu tez çalışması ile elde edilen kaplama formülasyonunun istenilen özellikleri sağlamasıyla; Arçelik firmasında daha çevre dostu ve enerji tasarrufu sağlayan aynı zamanda yüksek çizilme direncine sahip UV kürlendirme teknolojisine geçilmesinin avantajları anlaşılmıştır. Bu tez çalışması UV teknolojisinin, Arçelik firmasında kullanılması için öncü çalışma görevi üstlenmiştir.