Yapı Yüzeylerinin Ömrünü Uzatan Kaplama Sistemi
Bowling Green State Üniversitesi Fotokimyasal Bilimler Merkezi’ndeki araştırmacılar, tarihi eserlerin ve benzer birçok yapının korunmasında umut vaat eden bir kaplama sistemi geliştirdi. Çalışma Coatings dergisinde yayımlandı.
BGSU’da kimya yardımcı doçenti olan Dr. Joe Furgal, doktora öğrencisi Cory Sims ve doktora sonrası araştırmacı Dr. Chamika Lenora’dan oluşan bir ekip, ulusal anıtlar, tarihi yapılar, heykeller, mezar taşları ve binalar da dahil olmak üzere yüksek düzeyde erozyona
maruz kalan çok sayıda yüzeyin ömrünü uzatabilecek hibrit bir organo-silikon kaplama sistemi geliştirmek için üç farklı kimyasal yöntem kullandı.
National Park Service, ABD İçişleri Bakanlığı ve Ulusal Koruma Teknolojisi ve Eğitim Merkezi tarafından desteklenen araştırma ekibi, bir yandan çevresel hasarı azaltmanın bir yolunu ararken, diğer yandan da hızlı kürlenen ancak uzun ömürlü olan ve birden fazla şekilde uygulanabilen bir kaplama geliştirdi. Şimdiye kadar elde ettikleri sonuçlar hem cesaret verici hem de ödüllendirici oldu. Araştırmayı Case Western Üniversitesi’nde düzenlenen Kuzeydoğu Ohio Polimer Girişimi (PiNO) konferansında sunan Sims, PPG Choice Poster Ödülü’nü kazandı.
Başlangıçta Furgal, tekne yüzeylerini daha hidrofobik veya su itici hale getirmek için bir kaplama sistemi geliştiriyordu, ancak park hizmetinin malzemelerin erozyona karşı dayanıklı olmasını sağlamak için araştırma arayışında olduğunu gördü.
Furgal, “Bu kaplama sistemini buldum ve aslında tekneler için tasarladım, ancak o zamanlar sadece bir tasarıydı ve henüz hiçbir şey yapmamıştık” dedi. “Milli Park hibesini gördüğümde, ‘Acaba bu tür bir kaplamayı anıtların korunması için kullanabilir miyiz’ diye düşündüm.”
BGSU araştırmacıları, bir yıl süren testlerin ardından sistemlerinin çok çeşitli yüzeyler üzerinde etkili olduğunu keşfettiler. Sims, “Taş, çelik, demir, cam, beton, tuğla, ahşap - kumaşlar hariç hemen hemen her şey üzerinde kullanabilirler” dedi. “İdeal olarak, erozyonu
azaltabilir ve grafiti konusunda yardımcı olabilir çünkü kaplama uygulandıktan sonra Sharpie veya sprey boyayı sadece biraz dirsek yağıyla silebilirsiniz.”
BGSU ekibi, her bir yöntemin istenilen niteliklerini elde ederken daha az arzu edilen niteliklerini azaltmak için üç farklı kimyasal yöntem (UV ile başlatılan tiyol-ene reaksiyonu, amin/epoksi reaksiyonu ve alkoksisilan sol-jel kürleme) kullandı. Akriliklerin uzun kürlenme sürelerine ihtiyacı vardır, bu da zaten açık havada olan yüzeylerde kullanılmalarını
zorlaştırabilir.
Teflon gibi floropolimerler çevresel kaygıları beraberinde getirir ve tüm yüzeylerde kullanılamazken, bazı epoksiler erozyona uğradıkça oksitlenmeye ve renk değiştirmeye eğilimlidir. Ayrıca, çeşitli aşırı iklim koşullarını test etmek için kaplamalar üzerinde güneşe maruz kalmayı simüle eden bir ultraviyole yaşlandırma tekniği olan hava ölçerden yararlanmadan kaplamayı nasıl test edecekleri konusunda da zorluklarla karşılaştılar, bu yüzden doğaçlama yaptılar.
Furgal, “Başlangıçta kendi hava sistemlerimizi yapmak zorundaydık, ancak sonunda bina içinde test yapmanın mümkün olmadığına karar verdik” dedi. “Bunun yerine, binanın çatısına çıkmaya ve onları gerçek dünyaya çıkarmaya karar verdik. Herhangi bir şey yayınlamadan önce bir yıllık gerçek dünya çalışmamız vardı.”
Taş ve cam da dahil olmak üzere kaplanmış yüzeyleri kampüsteki Fizik Bilimleri Laboratuvar Binasının çatısına taşıyarak coğrafi avantajlarından birine maruz bıraktılar: Kuzey Ohio havası birçok erozyon türüne olanak sağlamaktadır.
Sims, “Neyse ki Ohio’da her şey var: Bol yağmur, bol buz, bol kar, aşırı sıcak, biraz da aşırı soğuk. Orman yangınlarımız ya da kum fırtınası tipi koşullarımız yok, ama hemen hemen her şeyi gördüler.”
Test sırasında, tri-sistem kaplama numuneleri cam, çelik, ahşap, mermer, granit, tuğla ve nitril gibi birçok yüzeyde gelişmiş hidrofobiklik ve çoklu erozyon türlerine karşı daha az erken reaktivite gösterdi ve bunların hepsi kaplamadan yararlandı.
Ahşap, hem gözenekli hem de yanıcı olduğu için bakımı zor olabilen birçok tarihi bina için birincil yapı malzemesi olmaya devam etmektedir. Ancak tuğlada olduğu gibi örnekleme, yüzeyin kaplamayı emerek su hasarına karşı daha dirençli hale getirdiğini gösterdi. Ayrıca, aleve dayanıklılık testleri de umut verici olmuştur.
Doğrudan alevlere maruz kalma sırasında, işlenmiş ahşap şeklini korudu ve alevler yatıştıktan 11 saniye sonra kendi kendine söndü; bu, işlenmemiş ahşaba göre %90 daha hızlıydı; bu da orman yangınlarına duyarlı bölgelerdeki ahşap yapılar için olası bir uygulama olduğunu gösteriyor.
Tüm yıl boyunca gözlemlenen kaplanmış taş yüzeyler, sıfırın altından 100 Fahrenheit derecenin üzerine kadar değişen sıcaklıklardaki açık hava ortamlarında bile uzun süreli stabilite göstermiştir, bu da onu mezarlıklar gibi taştan yapılmış anıtlar için ideal hale getirecektir.
Araştırma, Ulusal Park Servisi’nin bir sorununu çözmek için yola çıkmış olsa da, kaplama sisteminin daha geniş bir şekilde uygulanabileceğini de göstermiştir. Araştırmacılar şu anda patent başvurusunda bulunmuş durumda ve ticarileştirme için hem lisanslama hem de startup şirketi olasılıkları üzerinde çalışıyorlar.
Sims “İşe yaradığını gördük” dedi. “Bana bir yıl önce sorsaydınız, sadece taş üzerinde işe yararsa mutlu olacağımı söylerdim, ama bundan çok daha fazlası üzerinde işe yaradığını gördük.”
Akademik Referans:
Cory B. Sims et al, Hybrid Tri-Cure Organo-Silicon Coatings for Monument Preservation,
Coatings (2022). DOI: 10.3390/coatings12081098
Kaynak
