Özet
Nano materyallerin günümüzde üretimleri ve kullanımları artmaktadır. Birçok alanda kullanımı artan nano materyallerin boya ve kaplamalar içerisinde kullanımı için çeşitli çalışmalara devam edilmektedir. Korozyon önleyici boya ve kaplamalar içerisinde çinko kullanımı nano çinko oksit üretiminin ve kullanımının önünü açmıştır.
Giriş
Geçmişten günümüze dünya genelinde bir problem olan korozyonun önlenmesi için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Organik korozyon inhibitörleri düşük kullanımları ile yüksek koruma özelliği sağlamaktadır. Buna rağmen nano materyallerin artışı korozyon önleyici malzeme arayışı ve araştırmasına kapı açmıştır. Teknolojinin gelişimi yeni nesil malzemelerin üretimini sağlamaktadır. Boyutu en az bir boyutu 1 ila 100 nanometre aralığında olan malzemelere nanomalzeme denmektedir.
ZnO nanopartiküller 1-100 nm boyutlarında yüksek yüzey-hacim oranına, yüksek UV absorbsiyonuna ve fotokatalitik özelliğe sahiptir. Genel olarak kozmetik alanında güneş kremi formülasyonlarında kullanılır. Antibakteriyel, mantar önleyici ve kanser önleyici özelliği mevcuttur. İnsan hücreleri için çok düşük toksik özelliği vardır. Bu alanların dışında seramik ve elektronik alanlarında kullanımı mevcuttur. Boya ve kaplamalar içerisinde kullanımında üretici ve son kullanıcı için toksik özellik oluşturmamaktadır. Boya ve kaplamalarda UV absorbant özelliği ile güneşe dayanıklı formülasyonlar oluşturulmuştur. Orbital dizilimlerinin sağladığı bu özelliği aynı zamanda korozyon dayanıklılık sağlamaktadır.
Sentezi için çeşitli yöntemler bulunmaktadır;
1) Doğrudan Çöktürme Yöntemi: Bu yöntemde çinko nitrat ve potasyum hidroksit çözeltileri hazırlanır. Hızlı bir karışım altında çinko nitrat çözeltisi içerisine potasyum hidroksit çözeltisi yavaşça ilave edilir. Oluşan beyaz süspansiyon santrifüj ile ayırılır, saf su ve etanol ile yıkanarak 500 °C fırında 3 saat kalsinasyon yapılır.
2) Hidrotermal Metot: Teflon kaplı otoklav kullanılması gereken bu yöntemde; çinko kaynağı olarak kullanılacak çinko asetat, çinko nitrat vb. bir solvent içerisinde çözülür. Bir önceki yöntemde olduğu gibi potasyum hidroksit, sodyum hidroksit veya amonyum hidroksit gibi bazik bir ajan şiddetli karıştırma sırasında yavaşça eklenerek beyaz süspansiyon elde edilir. Oluşan süspansiyon teflon kaplı otoklav içerisine konularak 100-200 °C arasında 12-24 saat ısıtılır. Elde edilen ürün santrifüjlenir, su ve etanol ile yıkanır ve kurutulur.
3) Sol-Gel Metodu: Çinko asetat dihidrat, etanol veya metanol içerisinde homojen olacak şekilde çözülür. Baz olarak kullanılacak sodyum hidroksit veya amonyum hidroksit çinko çözeltisine yavaşça eklenir. pH 9-12 olana kadar bu işlem devam edilir. Elde edilen karışım 2-6 saat arasında karıştırılarak tamamen hidrolize ve jelleşme beklenir. Oluşan jel su ve etanol ile yıkanarak kirlilikten arındırılır ardından 60-100 °C arasında kurutulur. Kuruyan jel 300-600 °C arasında ısıtılarak ZnO kristalleri elde edilir.
4) Yeşil Sentez: Bitkilerden elde edilen ekstraktlar baz kaynağı olarak kullanılarak çinko nitrat çözeltisi içerisine ilave edilir. Bu yöntemin kullanılma sebebi doğal ürünlerden elde edilen kaynakların kullanılması sonucu elde edilen ZnO nanopartikülleri ilaç, kozmetik ve gıda alanlarında rahatlıkla kullanılabilmektedir. Biyo-uyumlu olarak kullanılabilmesini sağlayan bu yöntem için domates, papatya ve zeytin yaprakları gibi bitkisel kaynaklar kullanılmaktadır.
5) Mikroorganizmalar ile Sentez: Mantar, bakteri, maya ve faj kullanımı ile farklı şekil ve boyutlarda ZnO nanopartikülleri sentezlenebilmektedir. Seçilen mikroorganizma ile farklılık göstermesi bu yöntemin ideal olmasını göstermesine rağmen uygulama sırasında kullanılan hücre kültürlerinin hazırlığı, hücre içi sentez ve birden çok temizleme işlemi bu yöntemi zorlu ve maliyetli kılmaktadır.
Sentezleme yöntemi sırasında kullanılan karıştırıcı yerine ultrasonik homojenizatör kullanımı ile daha stabil ve küçük boyutlu ZnO nanopartiküller elde edilebilmektedir. Sono kimyasal yöntem olarak geçen bu yöntem ile yeşil sentez dediğimiz doğaya uygun sentezler yapılabilmektedir.
Sonuç
Elde edilen ZnO nanopartiküller bir dolgu olarak boya ve kaplama formülleri içerisine entegre edilerek korozyon direnci yüksek boya ve kaplama elde edilebilir. Aynı zamanda UV koruma özelliğinin olması güneşe karşı direnç artıracaktır.
Teknolojinin ilerlemesi ile nanomalzemelerin sanayi içerisinde kullanımı artmaktadır. Üretim yöntemlerinin çok zor olmaması birçok nanomalzemenin firmalar tarafından sentezlenebilmesine olanak sağlamaktadır.
Kaynakça
[1] Zhou, X.-Q.; Hayat, Z.; Zhang, D.-D.; Li, M.-Y.; Hu, S.; Wu, Q.; Cao, Y.-F.; Yuan, Y. Zinc Oxide Nanoparticles: Synthesis, Characterization, Modification, and Applications in Food and Agriculture. Processes 2023, 11, 1193. https:// doi.org/10.3390/pr11041193
[2] https://doi.org/10.1016/j.ipha.2024.08.004
