Kayın (Fagus orientalis Lipsky) Odununun Yüzey Özelliklerine Nano-Grafen Katkılı Su Bazlı Verniklerin Etkisi

Öz

Bu çalışmada, nano-grafen (NG) ile modifiye edilmiş su bazlı vernik uygulanan kayın (Fagus orientalis Lipsky) odunu örneklerinin yüzey parlaklık, pürüzlülük, sertlik ve renk değişimi ile vernik yapışma direnci özellikleri araştırılmıştır. Su bazlı vernik içerisine, ağırlıkça %0.25, %0.50 ve %1 NG eklenmiş ve ardından hazırlanan vernik çözeltisi örnek yüzeylerine uygulanmıştır. Araştırma sonuçlarına göre, vernik içerisine eklenen NG miktarındaki artışa bağlı olarak örneklerin yüzey parlaklık değerleri azalmış, pürüzlülüğü ise bir miktar artmıştır. Diğer taraftan, NG miktarındaki artış sonucu kayın örneklerdeki vernik yapışma direncinde %25’e kadar önemli artışlar sağlanmıştır. Vernik uygulamalarından sonra örneklerin yüzey sertlik değeri artmıştır. Ancak, sertlik artışında NG’in etkisi öngörülenin aksine önemsiz bulunmuştur. Ayrıca, NG katkısı ve miktarındaki artış sonucu örneklerin L*, a* ve b* renk değerleri önemli oranda azalmıştır. Örnekler koyulaşmış ve yeşil-mavi renk eğilimi artmıştır. Sonuç olarak, su bazlı vernikte yüksek yapışma direncinin sağlanmasında ve ağaç malzemenin koyu tonlarda renklendirilmesinde NG’in değerlendirilmesi önerilebilir.

Anahtar Kelimeler

• Yüzey özellikleri,ağaç malzeme,vernik,grafen

Effect of Water Based Varnishes Added Nano-Graphene on the Surface Properties of Beech (Fagus orientalis Lipsky) Wood

Öz

ABSTRACT

In this study, surface glossiness, roughness, hardness, color change, and varnish adhesion resistance properties of beech (Fagus orientalis Lipsky) wood samples coated with nano-graphene (NG) modified water based varnishes were investigated. 0.25%, 0.50% and 1% by weight of NG were added to the water-based varnish and the prepared solution was applied to the samples surfaces. According to the results of the research, the surface glossiness ​​of the samples decreased and the roughness values increased slightly due to the increase of NG in the varnish.  On the other hand, the increase in the amount of NG provided significant increases in varnish adhesion resistance up to 25%. The surface hardness value of beech samples increased up to 13% after varnishing. However in contrast to the predicted, effect of NG on hardness values was found to be insignificant. On the other hand, the values of L*, a* and b* decreased significantly with the increase of NG ratio. The samples were darkened and the green-blue color tendency of the samples increased. As a result, it may be recommended that NG addition can be prefer in the water based varnishes to provide high adhesion strength and in the surface darkening process.

Anahtar Kelimeler

• Surface properties,wood material,varnish,graphene

Kaynakça

1. [1] Vardanyan V., Galstian T., Riedl B., “Effect of addition of cellulose nanocrystals to wood coatings on color changes and surface roughness due to accelerated weathering”, Journal of Coatings Technology and Research, 12 (2): 247-258, (2015).
2. [2] U.S. Environmental Protection Agency, Cleaning Up Commonly Found Air Pollutants, The Plain English Guide to the Clean Air Act, (2007).
3. [3] T.C. Çevre, ve Orman Bakanlığı, Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi Kyoto Protokolü, (1998).
4. [4] Yıldız E., “Water based paint and coatings expectations and water based polyurethane bonding systems”, Tübitak, (1999).
5. [5] Sönmez A., Budakçı M., “Ağaç işlerinde üstyüzey işlemleri ІІ., Koruyucu katman ve boya/vernik sistemleri”, Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Sevgi Ofset, Ankara, (2004).
6. [6] Overbeek A., “Polymer heterogeneity in waterborne coatings”, Journal of Coatings Technology and Research, 7(1): 1-21, (2010).
7. [7] Pelit H., “Yoğunlaştırma ve ısıl işlemin doğu kayını ve sarıçamın bazı teknolojik özellikleriyle üstyüzey işlemlerine etkisi”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2014).
8. [8] Yakın M., “Su bazlı verniklerde sertlik, parlaklık ve yüzeye yapışma mukavemetinin tespiti”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2001).

9. [9] Budakçı M., Sönmez A., “Bazı ahşap verniklerin farklı ağaç malzeme yüzeylerindeki yapışma direncinin belirlenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 25(1): 111-118, (2010).
10. [10] Çakıcıer N., Korkut S., Korkut D.S., “Varnish layer hardness, scratch resistance, and glossiness of various wood species as affected by heat treatment”, BioResources, 6(2): 1648-1658, (2011).
11. [11] Keskin H., Tekin A., “Abrasion resistances of cellulosic, synthetic, polyurethane, waterborne and acidhardening varnishes used woods”, Construction and Building Materials, 25(2): 638-643, (2011).
12. [12] Söğütlü C., Nzokou P., Koc I., Tutgun R., Döngel N., “The effects of surface roughness on varnish adhesion strength of wood materials”, Journal of Coatings Technology and Research, 13(5): 863-870, (2016).
13. [13] Altun S., Esmer M., “Isıl İşlemin Bazı Ağaç Malzemelerde Yüzey Pürüzlülüğü ve Vernik Yapışma Direncine Etkisi”, Politeknik Dergisi, 20(1): 231-239, (2017).
14. [14] Atar M., Peker H., “Effects of impregnation with boron compounds on the surface adhesion strength of varnishes used woods”, African Journal of Environmental Science and Technology, 4(9): 603-609, (2010).
15. [15] Peker H., “Atık çay ekstrakt boyasının çeşitli mordan-su çözücülü vernikle ahşapta kullanımı ve sertlik değişimine etkisi”, Politeknik Dergisi, 18(2): 73-78, (2015).
16. [16] Keskin H., Atar M., “Impact of impregnation chemical on surface glossiness of synthetic, acrylic, polyurethane, and water‐based varnishes”, Journal of Applied Polymer Science, 108(5), 3361-3369, (2008).
17. [17] Budakçı M., Uysal B., Esen, R., “Borik asit modifikasyonunun su bazli verniğin sertlik değerine etkisi”, 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, Türkiye, 13-15 Mayıs, (2009).
18. [18] Geim A.K., Novoselov K.S., “The rise of graphene”, Nature Materials, 6 (3): 183-191, (2007).
19. [19] Bozkurt A. (2015). Bir konu: Geleceğin malzemesi grafen. Bilişim Dergisi.
20. [20] Nuraje N., Khan S.I., Misak H., Asmatulu R., “The addition of graphene to polymer coatings for improved weathering”, Int. Sch. Res. Notices, 2013: 1-8, (2013).
21. [21] Li P., Ren H., Qiu F., Xu J., Yu X., Yang P., Xu B., Jiang Y., Dongya Y., “Preparation and properties of graphene oxide-modified waterborne polyurethane-acrylate hybrids”, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 53(13): 1408-1416, (2014).
22. [22] Sangermano M., Malucelli G., Amerio E., Priola A., Billi E., Rizza G., “Photopolymerization of epoxy coatings containing silica nanoparticles”, Progress in Organic Coatings, 54(2): 134-138, (2005).
23. [23] Mirabedini S.M., Mohseni M., Pazoki F.S., Esfandeh M., “Effect of TiO2 on the mechanical and adhesion properties of RTV silicone elastomer coatings”, Colloids and Surfaces A, 317(1-3): 80-86, (2008.
24. [24] TS 2470, “Odunda fiziksel ve mekaniksel deneyler için numune alma metotları ve genel özellikler”, (1976).
25. [25] TS 2471, “Odunda, fiziksel ve mekaniksel deneyler için rutubet miktarı tayini”, (1976).
26. [26] ASTM D3023-98, “Standard practice for determination of resistance of factory-applied coatings on wood products to stains and reagents”, (2011).
27. [27] TS EN ISO 3251, “Boyalar, vernikler ve plâstikler-Uçucu olmayan madde içeriğinin tayini”, (2012).
28. [28] ASTM D 6132-13, “Standard test method for nondestructive measurement of dry film thickness of applied organic coatings using an ultrasonic coating thickness gage”, (2013).
29. [29] TS EN ISO 2808, “Boyalar ve vernikler-Film kalınlığı tayini”, (2007).
30. [30] ASTM D 3924, “Standard specification for standard environment in conditioning and testing stain varnish. lacquer and related materials”, (1996).
31. [31] TS EN ISO 2813, “Boyalar ve vernikler-metalik olmayan boya filmlerinin 20, 60 ve 85 açılarda parlaklık tayini”, (2014).
32. [32] Sönmez A., Ağaçtan yapılmış mobilya üst yüzeylerinde kullanılan verniklerin önemli mekanik, fiziksel ve kimyasal etkilere karşı dayanıklılıkları. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (1989).
33. [33] TS 2495 EN ISO 3274, “Geometrik mamul özellikleri (gmö) - yüzey yapısı: profil metodu - temas uçlu (iğneli) ölçme cihazlarının anma karakteristikleri”, (2005).
34. [34] TS 6212 EN ISO 4288, “Mamulün Geometrik Özellikleri (gps)- Yüzey yapısı: profil metodu- yüzey yapısının değerlendirilmesi için kurallar ve işlemler”, (1999).
35. [35] Söğütlü C., “Bazı faktörlerin zımparalanmış ağaç malzeme yüzey pürüzlülüğüne etkisi”, Politeknik Dergisi, 8(4): 345-350, (2005).
36. [36] TS EN ISO 1522, “Boyalar ve vernikler - sarkaç sönümleme deneyi. (2007).
37. [37] ASTM D 4541, “Standard test method for pull-off strength of coatings using portable adhesion testers”, (2009).
38. [38] ASTM D 2244-15a, “Standard practice for calculation of color tolerances and color differences from ınstrumentally measured color coordinates, (2015).
39. [39] Söğütlü C., Sönmez A., “Değişik koruyucular ile işlem görmüş bazı yerli ağaçlarda UV ışınlarının renk değiştirici etkisi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21(1): 151-159, (2006).
40. [40] Johansson D., “Strenght and colour response of solid wood to heat treatment”, Licentiate Thesis, Luleå Teknoloji Üniversitesi, Department of Skellefteå Campus, (2005).
41. [41] Şanıvar N. Ağaçişleri üstyüzey işlemleri. Dördüncü Baskı, İstanbul: Milli Eğitim Basımevi, (2001).
42. [42] Peters C.C., Cumming J.D., “Measuring wood surface smoothness: A review”, Forest Products Journal, 20(12): 40-43, (1970).
43. [43] Xuczeng Z., Study on measurement of wood surface roughness by computer vision, Journal Northeast Forestry University, 3(1): 75-81, (1992).
44. [44] Pelit H., Sönmez A., Burdurlu E., Usta İ., “Determining the surface hardness of some densified and heat treated woods after water -based varnishing” The 27th International Conference Research for Furniture Industry, Ankara, 554-563, (2015).
45. [45] Dato A., Lee Z., Jeon K.J., Erni R., Radmilovic V., Richardson T.J., Frenklach M., “Clean and highly ordered graphene synthesized in the gas phase”, Chemical Communications, (40): 6095-6097, (2009).
46. [46] Cardinali M., Valentini L., Kenny J.M., Mutlay İ., “Graphene based composites prepared through exfoliation of graphite platelets in methyl methacrylate/poly (methyl methacrylate)”, Polymer International, 61(7): 1079-1083, (2012).
47. [47] Sheshmani S., Amini R. “Preparation and characterization of some graphene based nanocomposite materials”, Carbohydrate Polymers, 95(1): 348-359, (2013).
48. [48] Kugler S., Kowalczyk K., Spychaj T., “Hybrid carbon nanotubes/graphene modified acrylic coats”, Progress in Organic Coatings, 85: 1-7, (2015).
49. [49] Stankovich S., Dikin D.A., Dommett G.H.B., Kohlhaas K.M., Zimney E.J., Stach E.A., Piner R.D., Nguyen S.T., Ruoff R.S., “Graphene-based composite materials”, Nature, 442: 282-286, (2006).
50. [50] Örs Y., Keskin H., “Ağaç Malzeme Teknolojisi”, Öz Baran Ofset Matbaacılık, (2008).
51. [51] Örs Y., Keskin H., “Ağaç Malzeme Bilgisi”, Ders Kitabı, Gazi Üniversitesi Yayın No: 2000/352, Atlas Yayıncılık, İstanbul, (2001).
52. [52] Bozkurt A.Y., Erdin N., “Ağaç Teknolojisi Ders Kitabı”, 2. Basım, Yayın No: 5029, İstanbul Üniversitesi Orman Fakültesi Yayınları, İstanbul, (2011).
53. [53] Rowell R.M., “Handbook of wood chemistry and wood composites”, CRC press, Boca Raton, Florida, (2005).