Kendini İyileştiren Sistemleri İçeren Korozyon Önleyici Kaplamalar

Kendini İyileştiren Sistemleri İçeren Korozyon Önleyici Kaplamalar


Göksenin Kurt-Çömlekçi / Prof. Dr. Sevgi Ulutan


Basitçe metaldeki elektrokimyasal ve kimyasal olay sonucu oluşan aşınma olarak tanımlanan korozyon, kimya endüstrisinden otomotiv endüstrisine kadar birçok alanda önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Korozyonu önlemek için en ucuz yöntem, metal yüzeylere kaplama uygulanmasıdır. Kaplamanın hasar görmesi, çizilmesi gibi durumlarda yüzeyin korunumu azalır ve bu tür hasarların farkedilmesi zor olduğundan yüzeyde korozyon oluşur (Hatami Boura ve ark, 2012).


Yenilikçi bir yaklaşım olarak, yeni korozyon önleyici kaplama formülasyonlarında kendini iyileştiren sistemler kullanılarak yukarıda bahsedilen sorunlar çözülebilmektedir (Wicks ve ark, 2007). İyileştirici madde salınımı ile çatlağı iyileştiren sistemlerin korozyon önleyici formülasyonlarında kullanılması önemli bir gelişme olup, korozyon oluşumunu kendiliğinden önleyerek ekonomik kaybı da engeller. Bu sistemlerde çatlağın ilerlemesi durdurulur ve böylece malzemenin kullanım ömrü artarak onarım masrafı azalır (Tong et al, 2010). Akıllı malzemelerde hasar oluştuğunda çatlağın ilerlemesiyle mikrokapsüller kırılarak içerisindeki iyileştirici madde salınır ve çatlağı onarır (Şekil 1). Bu sistem, damardan iyileştirici madde sızdırma gibi yollarla kendini iyileştiren biyolojik sistemlerden ilham alınarak oluşturulmuştur (Wu et al, 2008).

Şekil 1. Kendini iyileştiren sistemlerin çalışma süreçleri

Akıllı malzemelerle ilgili olarak önemli bir adım da matris fazda dağılmış halde küçük mikrokapsül kullanımı ile kendini iyileş­tiren sistemlerin geliştirilmesi ve bu sistemlerin yorulma yük­lemesi koşullarında iyileştirme özelliklerinin araştırılmasıdır (Kessler ve ark., 2003). Kompozit içerisine gömülen ve iyileşti­rici madde içeren bu mikrokapsüller özel bir yapıdadır. Oluşan çatlağın ilerleyip kapsülü kırmasıyla iyileştirici maddenin salın­dığı ve kılcal hareketle polimer içerisinde yayındığı mikrokap­süllerin tarihi 1950’lere dayanmaktadır. Yayınan iyileştirici mad­de polimer matriste dağılmış haldeki katalizör ile karşılaştığın­da polimerleşerek ya da hava ile temas ettiğinde kendiliğinden oksitlenerek bir film tabakası oluşturup çatlağı iyileştirir (Yuan ve Gu, 2008).

İyileştirici sıvı madde olarak sıklıkla disiklopentadien (DCPD), epoksi reçine, klorobenzen, fenilasetat ve keten tohumu yağı gibi kuruyabilen yağlar kullanılmaktadır (Selvakumar ve ark., 2012). İyileştirici madde içeren mikrokapsüller genellikle yağsu emülsiyonlarında elde edilen üreformaldehitten (Şekil 2) oluşmaktadır. Mikrokapsüllerin yerinde polimerleşme tekni­ği ile üretilme sürecinde üre ve formaldehitin reaksiyona gir­mesiyle önce düşük molekül ağırlıklı önpolimer oluşur ve bu önpolimer molekül ağırlığı arttıkça iyileştirici madde üzerin­de birikmeye başlar. Üre formaldehit polimeri (PUF) çapraz bağ oluşturarak mikrokapsül kabuğunu oluşturur. Polimerleşme­miş üreformaldehit parçaları mikrokapsül yüzeyinde tutuna­rak oluşturduğu pürüzlü yüzey sayesinde devamlı faz ile kap­sül ve polimer matris arasındaki yapışmayı arttırır.

 

Bilimsel kaynaklarda iyileştirici maddelerin korozyon önleyici özelliği ile ilgili birçok çalışma bulunmaktadır. Cho ve ark. (2009) polidimetilsiloksan esaslı silanlı mikrokapsüllerin korozyona karşı oldukça etkili olduğunu gözlemişlerdir. Huang ve ark. (2012) hidrolizlenebilen organik silan içerikli, perflorooktil triethoksisilan (POTS) mikrokapsülleri epoksi reçineye ilave ederek çelik yüzeye kaplama olarak uygulayarak korozyona dirençli organik kaplama oluşturmuşlardır. Söz edilen iyileştirici maddelerin film oluşturabilmesi için katalizöre gerek vardır ve bu da ikinci bir faz oluşturarak kaplama matrisinde kesikliliğe neden olur. Bu yüzden kendiliğinden oksitlenerek kuruyabilen yağlar bu sorunu çözebilir.

Yağlar boyalarda, verniklerde, laklarda uzun zamandan beri kullanılmaktadır. Kuruyabilen yağlar, uzun zincirli doymamış yağ asitlerini içeren bitkisel yağlardır ve suda çözünmezler. Bu yağlar hava ortamında katalizöre gerek duymadan kendiliğinden oksitlenerek film oluştururlar. Kendiliğinden oksitlenmede moleküler oksijen ve lipit tepkimeye girerek serbest radikal mekanizması ile peroksi bileşikleri oluştururlar. Şekil 3’de verilen mekanizmada ilk adımda oluşan peroksit, ikinci adımda radikallere ayrışır. Üçüncü adımda yeni radikaller oluşur ve son adımda yeni yapılar oluşturarak sonlanırlar. Sıklıkla kullanılan yağlar, keten tohum yağı, tang yağı, haşhaş yağı, perilla yağı, ayçiçek yağı ve hint yağıdır (Wang, 2003).


 

Şekil 3. Kuruyan yağın kendiliğinden oksitlenme tepkimesi (Soucek ve ark., 2012).

• Kuruyan yağ: iyot indisi > 150 Oluşan filmin kendini iyileştirme başarımı için kuruma hızı önem taşır. Kuruyan yağlardan en çok yeğlenenler keten tohum yağı (bezir yağı) ve tung (Hamçin) yağıdır. Linolenik yağ asidi oranı yüzde 50 civarında olan keten tohumu sararma gösterirken tung yağı çok hızla polimerleşerek kuruduğu için daha buruşuk bir film oluşturmaya eğilimlidir (Wicks ve ark., 2007).

Çalışmalara bakıldığında iyileştirici madde içeren mikrokapsüllerin kaplama formülasyonda kullanılması ile korozyon sorununun önlenebileceği anlaşılmaktadır. PUF mikrokapsülüne hapsedilen tang yağının boya formülasyonunda kullanıldığında korozyon dayanımını artırmada çok etkili olduğunu gözlenmiştir (Samadzadeh ve ark., 2011).

Korozyon tehdidi altında olan otomotiv ve beyaz eşya endüstrisinde bu sistemlerin kullanılması, malzemenin ömrünü arttırması ve ekonomik kaybı önlemesi açısından önem taşımaktadır. Bu yüzden kaplamalarda kendini iyileştiren mikrokapsüller hakkındaki çalışmalar arttırılmalı ve sanayi ölçekli uygulamalara geçilmelidir.