Anasayfa » Sektörler » Boya ve Kaplama Teknolojileri » Kendi Kendini Temizleyen Boyaları Tanıyalım

Kendi Kendini Temizleyen Boyaları Tanıyalım

Etrafımıza baktığımızda çoğu boyalı yüzeyde görebileceğimiz gibi geleneksel boyalar kirletici maddeleri yüzeylerinde tutarlar ve bu maddeleri yüzeyden uzaklaştırıp kendilerini temizleme yeteneğine sahip değillerdir. Gelişen boya ve kaplama teknolojileri sayesinde boyalı yüzeylerin kendi kendini temizleyebilmesi artık mümkün.

Peki, günümüzde kullanılmaya başlanan ve gelecekte de geliştirilerek yaygınlaştırılacağı öngörülen bu boyalar kendilerini nasıl temizliyorlar ?

Kendini temizleyen boyaların işleyiş prensibi temel olarak hidrofobik (suyu iten) ya da hidrofilik (suyu seven) teknolojiler üzerine kuruludur. Su ve sulu atığın uzaklaştırılmasına ek olarak yağa karşı da dayanıklı bir yüzey elde edilmesi arzu ediliyorsa yüzeyler oleofobik (yağı iten) kimyasallarla da kaplanabilmektedir.

İlk olarak, hidrofobik yöntemde doğadan ilham alınarak özellikle nilüfer (lotus) çiçeğinin yapraklarının yapısından yararlanılmıştır. Bu yeni teknolojiye ışık tutan nilüfer yaprakları kendini temizleyebilme yeteneğini, yaprak yüzeyinin özel nano yapısından almaktadır. Lotus çiçeği  ultrahidrofobiktir, bu özelliği sayesinde suyu ve çamuru üzerinde tutmaz. Doğada lotus gibi ultrahidrofobik veya süperhidrofobik yüzeye sahip olan nilüfer dışında yaklaşık olarak 300 bitki türü daha bulunmaktadır. Ayrıca, kelebek ve yusufçukların kanatları da bu özelliğe sahiptir. Pek çok alanda olduğu gibi ürün geliştirme konusunda doğa ana yine yol göstericimiz olmuştur. Kendini temizleyebilen boyaları anlayabilmek için öncelikle ilham kaynağı olan nilüfer yapraklarının temizlenme mekanizmasını incelemek yerinde olacaktır.

kendini-temizleyen-boyalari-taniyalim-0

Özellikle birçok Asya ülkesinde temizliğin sembolü olarak bilinen nilüfer kendini temizleyebilme özelliğini temel olarak yüzeyinde bulunan nano ve mikro yapılardan almaktadır. Yapılan incelemeler sonucunda, lotus yaprağı yüzeyinde suda çözünmeyen kütin polimeri içeren mumsu kütikula tabakasının oluşturduğu nano yapılar bulunduğu gözlemlenmiştir. Aşırı hidrofob olan bu tabaka özellikle kurak bölge bitkilerinin su kaybı kontrolünde ve su bitkilerinin ıslanmamasında önemli rol oynarken bizim geliştirdiğimiz ürünler için de benzer fiziksel mekanizma uzun ömürlü bir temizlik anlamına gelmektedir. Kir parçacıkları yüzey alanı çok küçük olan bu mum kristallerinin üzerine yerleşmektedirler. Yüzeye damlayan su yüzey ile 180 dereceye yakın bir temas açısı oluşturarak adhezyon (suyun su haricinde bir maddeye tutunma yetisi) için gerekli alanı oluşturamamakta böylece su damlacığı yuvarlanırken yüzeyde bulunan kir ve mikroorganizmalara da yapışıp yuvarlanarak yaprak yüzeyini terk etmekte yani temizlemektedir. Kısaca, kimyasal yapı ve büyüklükten bağımsız olarak bu partiküller, yağmur damlacıkları ile süperhidrofob yüzey sayesinde uzaklaştırılmaktadır. Bu olay lotus etkisi olarak adlandırılmaktadır.

Doğadan edinilen bu bilgiler ışığında üretilen ve şu anda da kullanımı çok yaygın olan ilk ticari boya silikon reçine boyalar olmuştur. Bu boyanın içeriğinde bulunan silikon nanopartiküller lotus yüzeyine benzer mikro yapılanmayı oluşturmaktadır. Boyalardaki kullanımının yanında; lotus etkisinden yararlanılarak kiremitlere ve camlara da kaplama yapılmaya başlanmış ve bazı nesneler üzerine uygulandığında geçici olarak su geçirmezlik sağlayan spreyler üretilmiştir. Bir başka kaplama uygulaması olarak da nanopartiküller içeren kompozit malzemeler kullanılmaya başlanmıştır.

kendini-temizleyen-boyalari-taniyalim-2

Hidrofil teknolojilere gelecek olursak, lotus etkisinin aksine bu boyalarda durumun tam tersi söz konusu olacaktır. Bu kaplama teknolojisinde TiO2 kullanılmaktadır çünkü titanyum dioksit yüksek yüzey enerjisi sayesinde yüzeyin aşırı hidrofilik olmasını sağlamaktadır. Bu durumda da adhezyon kuvveti o kadar güçlüdür ki kohezyon kuvvetinin etkisini güçlü oranda bastırır ve küre şeklinde damlacık oluşumunu engeller. Diğer bir deyişle su molekülleri ile TiO2 kaplı yüzey arasındaki çekim çok güçlüdür bu yüzden damla oluşumunun engellendiği bu durumda su katmanı ince bir film şeklinde oluşacaktır. Bu teknolojinin temelini oluşturan titanyum dioksitin fotokatalitik özellikleri Akira Fujishima  tarafından keşfedilmiştir dolayısıyla bu etki de Honda- Fujishima Efekti olarak bilinmektedir. Fotokatalitik TiO2‘in hidrofilik özelliğinin yanında diğer niteliklerinden de bahsetmemiz yerinde olacaktır. Saydam olan bu madde ile camların kaplanması da mümkündür. Fotokatalitik özelliğini açıklamak gerekirse; TiO2 su ve UV varlığında organik maddelerin ayrıştırılmasını sağlayan oksijen radikalleri üretmektedir. Bu madde özellikle nano formda iken reaktiftir. Bu özelliği sayesinde yağmur yağdığı zaman bu kaplama, boya üzerindeki organik kirleri su tabakasında çözecek ve bu karışım su akışıyla yüzeyden uzaklaştırılacaktır. Ancak bu teknolojinin bazı zorlukları bulunmaktadır. Organik ve polimer yüzeylere direk TiO2 kaplama yapıldığında uygulandığı yüzeyi de ayrıştırır. Bunu engellemek için bu uygulamadan önce yüzeyde inorganik bariyer katmanı oluşturulmaktadır. Ayrıca bu teknolojinin UV ışınlarına duyulan gereksinimden dolayı sadece dış mekanlarda kullanılması uygun olacaktır. Taşıtların ayna ve camlarında, kiremitlerde, levhalarda, plastiklerde ve dış cephe boyalarında kaplama olarak kullanılmaktadır. Hidrofilik ve hidrofobik teknolojiyi karşılaştıracak olursak daha ucuz olduğu ve daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşen daha verimli prosesler içerdiğinden hidrofobik teknoloji daha çok tercih edilmektedir.

Bilim dünyası nanoteknolojideki gelişmeler ile çok güzel inovasyonlara adım atmaya, teknoloji de kendi kendini temizleyen boyalar ile olduğu gibi hayatımızı kolaylaştırmaya bütün hızıyla devam etmektedir.

Kaynaklar:

Send this to friend