Bilgilendirme Boya Sektöründe Nano Teknoloji

Konu, 'Kimyasallar ile Çalışmada Emniyet' kısmında ErolD tarafından paylaşıldı.

Sayfayı Paylaş

  1. ErolD

    ErolD TÜİSAG Üyesi



    1635 yılında Galileo “Yeni bilimlerle ilgili dialoglar” çalışmasını
    tamamladı.
    Bu çalışma sonucunda iki soru ile iki yeni bilim ortaya çıktı ; 1. Katı
    malzemeler nasıl birarada durur? 2.Katı malzemeler birbirinden neden
    ayrılır? [1]Birinci soru yoğunlaştırılmış malzeme ile fizik biliminin
    anakonusunu oluşturdu. İkinci soru ise mühendislik bilimlerinin temel
    kavramlarına zemin oluşturdu.300 yıl sonra kuantum fiziği birinci
    sorunun cevabını başarı ile verdi. Enstrümental cihazların gelişimi ile
    malzemelerin nanometrik boyutta yapılarının gözlenmesi mümkün
    oldu. Atomların ve elektronların bağlarını incelemek yerine
    malzemelerin stres karşısındaki davranışları incelenmeye çalışıldı.
    Her iki sorunun cevabına yönelik çalışmalar nanoteknolojik
    kaplamaların ve nanokompozitlerin yolunu açtı.

    2000 li yıllara kadar ağırlıklı temel araştırmalar sürdürüldü. 21. yüzyıl
    “nanoteknoloji çağı” olarak öngörülmektedir.Nanobilim , fizik,
    kimya, biyoloji ve malzeme bilimlerinin doğruları ve yöntemlerini
    kullanarak atomların dizilişi, maddenin nanoboyutlarda yeniden
    yapılandırılmasını ve karakterizasyonunu incelemektedir. 2000 li
    yıllarda Nanoteknoloji ile nanobilimin bulguları ve geliştirdiği
    yöntemlerle mühendislik disiplini ürüne dönüştürmeye başladı.
    Ortaya çıkan ürünler bir çok disiplinin bir arada çalışmasını
    gerektirir. Örneğin ambalaj sektöründeki nanoteknolojik çalışmalar;
    malzeme bilimi, kimya ve biyokimya, biyoloji ve mikrobiyoloji, IT
    sistem mühendisliği, fizik mühendisliği, üretim mühendisliği gibi bir
    çok disiplini bir araya getirdi.
    Nanoteknoloji ile geleneksel tepeden aşağıya “top down” üretim
    metodları yerini aşağıdan yukarıya “bottom up” üretim metodlarına
    bırakmaktadır. Tepeden aşağıya metodları genelde yığın
    malzemelere uygulanan öğütme, kesme veya birleştirme gibi
    metodlardır. Aşağıdan yukarıya üretim metoduyla ise küçük
    parçacıklardan ,genellikle tek tek moleküllerden başlayarak farklı
    molekül veya atomları üzerine istenilen yönde inşa edilebilmektedir.
    Moleküler üretimler , solgel teknolojileri ve self assembly aşağıdan
    yukarıya üretimin temel yöntemleridir. Yukarıdan aşağıya
    yöntemlerden bir tanesi olan litografi ise nanoteknolojide yeni
    uygulamalarla hala önemini korumaktadır. Nanoteknolojik 2
    üretimlerde aşağıda belirtilen üç tip hareket ve çekim önemli rol
    oynamaktadır.
    .
    • Brownian hareketi ;Nanometrik boyuttaki parçacıklar ve yapılar su
    içinde diğer çevre moleküllerinin bombardımanına uğrar.
    Moleküllerin kontrol edilemeyen hareketine ve pozisyon almasına
    neden olur.Nano aletlerin üretiminde henüz bu mekanizma ile
    istenilene ulaşılamamıştır. Ancak biyolojik nano aletler, moleküler
    motorlar için temel üretim tekniğidir.
    • Quantum fiziği ;Metaller veya yarımetaller nanometrik boyutlara
    indirildiği zaman, enerji seviyelerindeki yükselme nedeni ile
    yörüngedeki hereketleri ve pozisyonları değişir ve yeni malzemelere
    dönüşürler
    • Yüzey Kuvvetleri ;Nanoboyutunda maddenin birbirine yüksek
    çekimden dolayı yapışma eğilimi yüksektir. Bu çekim atomların
    hareketini değiştirir.Proteinlerin vucuttaki davranışı buna örnektir.
    Şekil 1 de nanometrik boyutlardaki malzemeden yola çıkılarak
    yapılan kaplamalarda sertliğin önemli ölçüde arttığı görülmektedir.
    Diğer yandan nanoparçacıklar çok yüksek yüzey alanına sahiptir.
    Yığın malzemelerde parçacık yüzeyinde nanomalzemelere göre
    yüzdesel olarak çok daha az atom mevcuttur. Nanoparçacıkların
    yüzeyindeki atomlar malzemenin davranışını değiştirir. Yüzey
    özellikleri ,yüzey enerjisi, elektronik yapısı ve reaktivitesi mikron
    boyutundaki malzemelerden çok daha farklıdır.

    Nanometaloksitler, nanometaller , nanomineraller ve nanoyapılar ile
    esnek, sert ve hafif malzemeler elde etmek mümkündür. Ayrıca yarı
    iletken, iletken nano boyutundaki metaller ve biyolojik olarak
    bozunabilir moleküllerin getirdikleri yeni fonksiyonlarla aktif ve
    akıllı boyaların üretimleri başlamıştır. Solgel gibi üretim teknikleri ile
    kovalent bağlarla oluşturulan üç boyutlu networkler sayesinde
    nanoparçacıkların film içinde hareketi mümkün değildir.Bu durum
    parçacıkların etkinliğinin sürekli olmasını sağlar.
    Nanoteknoloji ve boya
    Avrupa , Amerika ve Uzakdoğu’da alınan patentler ve araştırmalar,
    ayrılan fonlar önümüzdeki dönemin nanoteknoloji dönemi olacağını
    göstermektedir.
    Metal veya minerallerin nanoboyutlarda farklı özellilkler kazanması
    ve elde edilen yüksek temas alanı ile tüketicinin beklentilerini bir
    sıçrama yaparak sağlamaktadır. Özellikle yarı iletken metaller güneş
    ışığı, düşük elektrik akımı veya ısı karşısında gösterdikleri tepkiler ile
    enerjinin depolanması, enerjinin elde edilmesi,renk değiştirme, kendi
    kendine temizleme gibi pekçok yeteneğe sahiptir. Bu özellikler farklı
    tasarımlar ve farklı metallerle biraraya getirilebilir veya ayrı ürünler
    olarak tasarlanır. Malzemeler yüzlerce değişik yapıda tasarlanabilir.
    Yanmazlık, parmak izi tutmama, güneş ışığına direnç,çizilmezlik, toz
    tutmama, havayı temizleme, su ve neme karşı bariyer özellik
    (özellikle gıda ambalajları için) . Hijyen ,antimikrobiyel özellik en
    büyük kazanımlardan biridir. Çünkü hiç bir organik malzeme
    kullanmadan kaplamanın yıllarca hijyenik kalması sağlanır. Klor
    içeren veya içermeyen diğer mevcut biyosidler , gümüş zamanla
    yüzeyden uzaklaşır. Oysa nanomineral ve metaloksitler ile kovalent
    bağlı yapılar istiridye kabuğunda olduğu gibi yüzeyden uzaklaşmaz
    ve dokunma ile insan vucuduna geçmez. Yüzeyin nanoboyuttaki
    pürüzlülüğü mikropların üremesini engeller. Ancak önümüzdeki
    dönemde nanoboyalardan en büyük beklenti enerji depolama ve
    havayı temizleme yönünde olacaktır. . Kaliteli hava insan sağlığı için
    elzemdir. Havanın içindeki nitrojen,oksijen, azot , nem dışındaki tüm
    gazlar insan sağlığını oranları nispetinde tehdit eder. Azot
    dioksit,karbon monoksit ve uçucu organik bileşenler savaşılması
    gereken zararlı gazlardır.Avrupa Birliği’nin hedefi 2010 yılında
    havadaki kirliliği 40 ppb limit değerinden 21 ppb(40µg/m3) değerine
    düşürmektir.Bugünkü hava kirliliği yalnızca insan sağlığını doğrudan
    tehdit etmemekte suları ve toprağı da kirlettiği için 10 yıl sonrasını
    da tehlike altına sokmaktadır.[4]
    Hedef çözüm üretirken, kullanırken atık da oluşturmamaktır elbette
    ancak oluşan atıkların temizlenmesinde yeni teknolojiler yeni umutlar
    doğurmaktadır. Daha az enerji kullanmak , temiz enerji kullanmak
    önümüzdeki 20 yıl içinde hızla şekillenecektir. Fotovoltaik 4
    kaplamalar , fotokatalitik boyalar sektörde yerini hızla alacaktır.
    İsimlerinden de anlaşıldığı gibi tükenmeyecek kaynak olan güneş
    ışığı(foto-) ve yarı iletken ve iletken nano metaller binaların geniş
    yüzeylerini kaplayarak binalar için gerekli enerjiyi toplayacaktır.
    Pahalı silikon esaslı güneş pilleri yerine daha ucuz tüm yüzeyleri
    kaplayan fotovoltaik yüzeyler temiz enerji sağlayacaktır. Havanın
    temizlenmesi binaların içinde ve dışında nanotitanyum dioksit ile
    sağlanmaktadır.
    Özetleyecek olursak; Şimdiye kadar boya üretme yöntemi
    organik ve inorganik boya hammaddelerinin fiziksel
    karışımlarıydı. Tabii ezme prosesleri ile birlikte.Ancak 1-
    100nm boyutlarındaki inorganik ya da organik parçacıkların
    farklı ve üstün özelliklere sahip olduğu görüldükten sonra
    nano yapıların en etkin, homojen olarak boya içerisinde
    dağıtılması önem kazandı. Basit karıştırma yöntemleri ile
    nanometrik boyuttaki malzemelerin boya içerisinde homojen
    dağılımları mümkün değildir. Nano parçacıklar oldukça yüzey
    aktiftirler ve tekrar biraraya gelerek oluşturdukları yapı
    nanometrik olmaktan çıkar.Boyadaki etkinlik en fazla yüzey
    alanı ile mümkündür ve bu da nanometrik boyutta dağılım ile
    mümkündür. Bu nedenle farklı üretim teknikleri ,top-down
    (tepeden aşağıya) yerine bottom-up (aşağıdan yukarıya)
    üretim yöntemleri ile nanoparçacıklardan başlayarak organik
    bağlarla 3 boyutlu yapılar ve kompozitler
    oluşturulmaktadır.(DYO bu konuda patent almıştır) Bu
    yapılarda nanoparçacıklar reçinelerin içerisinde
    sabitlenerek ağ oluşturulabilmektedir.Ya da ultrasonik
    uygulamalarla homojen dağılım sağlanabilmektedir.
    Egzos nedeni ile
    havakirliliğinin yüksek
    olduğu tüneller ve kapalı
    otoparklarda fotokatalitik
    boyalar ve ışıklandırma ile
    uygun hava temizliği
    sağlanacaktır.
    Nanometrik boyutta farklı katmanlar
    uygulama boyanacak yüzey üzerinde de tek tek
    oluşturulabilir. Nanometrik boyutlarda farklı malzemeleri
    üstüste uygulayarak üstün dayanım sağlayan kaplamalar
    yapılabilir. Ancak bu yöntem pahalı uygulama ekipmanları ve
    proseslerle mümkündür. Bu yöntemlere CVD kimyasal buhar
    çöktürme ya da basınçlı buhar uygulamaları örnek olarak
    verilebilir.
    BOYA SEKTÖRÜNDE NANOTEKNOLOJİ
    Gülsen Çeliker, Ar-Ge Koordinatörü
    Yaşar Boya ve Kimya Grubu
    gulsen.celiker@dyo.com.tr

    KAYNAKLAR
    [1] Nanostructured coatings, Hosson and Cavaleiro, Springer Science and
    Business media, 2006
    [2] Recent advances of superhard nanocomposite coatings, Zhang, Sun,
    Fu, a review, Surface Coat. Tech.,167,113-119 (2003)
    [3] Developments in Nanotechnology for Packaging Industry, Gulsen
    Celiker, International Packaging Congress 2007, İzmir
    [4] Optical efficiency and NOx reduction properties of photocatalytic Ti02
    nanoparticles activated in UV , Gulsen Celiker (DYO) , Dilek Yucel, Evren
    Mutlugun, Ibrahim Murat Soganci, Sumeyra Tek, Hilmi Volkan
    Demir(Bilkent), Nano and Hybrid Coatings Conference 2007,Brüksel



     
    Kaan SAKA bu yazıya teşekkür etti.
Yüklüyor...

Sayfayı Paylaş



Yandex.Metrica