Nanoteknoloji ve Boya Sektörü

21 Ocak 2000 tarihinde Bill Clinton’un Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünde
yaptığı konuşma 21. yüzyıl bilgi çağına başlangıcı simgelemiştir.Bu
konuşmasında Bill Clinton “ merakın besleyeceği, teknolojinin güçlendireceği
ve bilimin sürükleyeceği” diye tanımladığı yeni yüzyılı heyecanla
müjdelemiştir. 21. yüzyılın dünya tarihinde ilk defa bilimin ve keşiflerin çağı
olacağını belirttiği konuşmasında nanoteknoloji, bioteknoloji ve bilgi
teknolojilerini yeni dönemin teknolojileri olarak ilan etmiştir.
Nanometre metrenin milyarda biridir. Nano-malzeme veya ileri malzeme ,1-100
nanometre arası boyutlarda polimer, metal, seramik ya da nanokompozit
malzemedir. Malzemelerin işlenebildiği boyutlar sanayideki evrimlerin
göstergesi olmuştur. 1800’lerde başlayan endüstriyel çağda milimetrik boyutlar,
1950’lerde yarıiletkenler ve IT teknolojileri ile mikrometrik düzeyde
malzemenin işlenmesi , 2000’lerden sonra nanometrik boyutlar sanayi
devrimlerinin temel unsurlarını oluşturmuştur.

Malzemeler atomlardan oluşur, 1 nanometrede 3-5 atom vardır. Doğada atomlar
hiçbir zaman bozulmazlar. Bozulan aradaki bağlardır.Bu ölçeklerde tıpkı lego
yapmak gibi malzemeler yeniden tasarlanabilir.Aradaki bağlar çok fonksiyonlu
özellikler verecek şekilde oluşturulur .Nanobilim fizik, kimya, biyoloji ve
malzeme bilimlerinin doğruları ve yöntemlerini kullanarak atomların dizilişi,
maddenin nanoboyutlarda yeniden yapılandırılmasını ve karakterizasyonunu
inceler. Temel araştırmalar 1970’li yıllarda başlar , ilk endüstriyel ürün Eric
Drexler ve ekibinin 1988 yılında bulduğu içi boş karbon atomlarıdır. 2005
yılından sonra ürüne adaptasyonların hızla gerçekleşeceği 10 yıl sonrası pazarın
1 trilyon doların üzerinde olması beklenmektedir. Nanobilim ürüne dönüşürken
üretim prosesleri ile de nanoteknolojinin temellerini oluşturur. Nanoteknoloji
nanobilimin bulgularını ve geliştirdiği yöntemleri mühendislik disiplini ile
ürüne dönüştürür. Üretim teknolojilerinde de evrim başlamış “top-down” üretim
proseslerinden “bottom-up” proseslere geçiş başlamıştır. Geleneksel üretimleri
bilim adamları boks eldiveni ile lego yapmaya benzetmektedir. Geleneksel
teknolojilerde bulk malzemelerin kesilmesi, öğütülmesi gibi fire veren prosesler
yerini atomlardan başlayan ve moleküllerin kendilerini konumlandırmaları ile
malzemenin inşasına yönelik proseslere bırakacaktır. Bu üretim teknolojileri
moleküler üretimler ve sol-gel üretim teknolojileridir. Moleküler üretim kimya
ve fiziğin prensipleri, mekanik tasarım, yapısal analiz, kompüter bilimi, elektrik
mühendisliği ve sistem mühendisliğinin prensipleri ile birleştiren disiplinlerarası
bir alandır. Moleküler üretim, atomların işlenmesi ve yeniden düzenlenmesi için
düşünülen bir metoddur.

Nanoteknoloji hemen hemen tüm sektörlere olduğu gibi boya sektörüne de yeni
açılımlar getirmektedir. Önümüzdeki 25 yıllık beklentilere bakıldığında en hızlı
adaptasyonlar , 2006 ve 2011 yıllarında boya sektöründe beklenmektedir.

Boya ve kaplama sektöründe nanomalzemeler ile yangın geciktiricilik,
antimikrobiyel yapı, çizilmezlik, aşınmazlık, korozyon direnci, ses izolasyonu,
güneş ışığına dayanım, kendi kendini temizleme, kolay temizlenebilme, bariyer
özellik gibi pek çok fonksiyon bir arada ya da ayrı ayrı sağlanabilir. Bu
fonksiyonlar nanoboyutlarda titanyum dioksit, çinko oksit, aluminyum oksit,
fumed silika, kil , indiyum tin oksit, zirkonyum oksit, karbon gibi metal veya
minerallerle sağlanır. Nano boyutlardaki malzemelerin yüksek yüzey
aktiviteleri, tekrar biraraya gelmeye olan yatkınlıkları nedeni ile boyaya direkt
ilavesi ile verim almak mümkün değildir. Öncesinde Organo- Metalik matriks
oluşturmak gerekir. Bu da biraz önce bahsettiğim nanoteknolojik üretim
teknolojileri ile mümkündür.

Yaşar Boya ve Kimya Grubu olarak yaptığımız çalışmalar sonucu çeşitli metal
oksitlerle organo-metalik matriksler oluşturduk. Bu konuda iki adet patent
başvurumuz var. Dört adet yeni ürün geliştirdik. Kendi kendini temizleyen iç ve
dış cephe boyamız “ NANOTEX” ve “NANOMAT”. Bu ürünlerde nano
boyutta yarı iletken olan titanyum dioksitin fotokatalitik yapısından
yararlanılmıştır. Titanyum dioksit ultra viyole ışığına (λ<388 nm ) maruz
kaldığı zaman yüzeyde elektron ve boşluk çiftleri oluştururlar. Bu oluşum 2,8-
3,2 eV bir enerji aralığı oluşturur. Yüzeydeki bu oluşum havanın nemi ve
oksijenin yüzeydeki organik pisliklerin ve gazların yanarak parçalanmasına
neden olur:

Ultra viyole
Organik kirlilik + oksijen ----------------> karbon dioksit+su+ mineral asitler
Anatas
Titanyum dioksit

Kirli havanın deodarizasyonu, suyun temizlenerek içilebilir su elde edilmesi,
bakterilerin öldürülmesi nanoteknolojik kaplamalarla mümkün olabilecektir.

Bir başka ürünümüz “ NANOLACK” yüksek çizilme dirençli UV kürlendirmeli
vernik parke ve mobilya sektörü için geliştirilmiştir. Nanosilika esaslı ürünün
aşınma ve çizilme testi sonrası parlaklık kaybı sıfıra yakındır. Oysa
konvansiyonel sistemde % 30-40 lara varan parlaklık kaybı
görülmektedir.Vernikte oluşturulan sol-gel teknolojisi ile elde edilen organik ve
mineraloksit 3 boyutlu ağı organik malzemenin sağladığı esneklik ve mineral
oksitlerin sağladığı mukavemetle esnek ve çizilmez yapıyı sağlamaktadır. Aynı
ürün plastik filmlerin üzerine uygulandığı zaman bir kaç mikrometre kalınlıkta
çizilmeyen, katlandığı zaman çatlamayan kaplamalar vermektedir.
Yüksek silika oranına rağmen yüksek parlaklıkta ve şeffaf film elde edilmektedir.

NANOSÖN adlı yanmaya dirençli ürünümüzde yanma direnci alev sırasında
oluşan karbon köpüğü ile sağlanmaktadır. Nanomatriks ise ön kısımda bir
tabaka oluşturarak kalkan görevini üstlenmekte, ısıyı reflekte etmektedir.