Doğada, kalsiyum karbonat bazlı malzemelerin büyük bir kısmı mükemmel mekanik özellikler sergiler. Basit bir bileşime sahip olması, bilim insanlarının geniş ilgisini çekmektedir. Kalsiyum karbonatın çekirdeklenme ve büyüme mekanizmaları üzerine yapılan derinlemesine araştırmalar sayesinde, biyomineralizasyon kontrolü sağlanmıştır. Bu da kirlenmeyi önleme, kireç oluşumunu engelleme, kendi kendini temizleme ve yağ-su ayrımı gibi geniş uygulama olanakları sunmaktadır.
Süperhidrofobik yüzeyler, benzersiz özellikleri nedeniyle su geçirmezlik, buğu önleme, kendi kendini temizleme, korozyon direnci, buzlanmayı önleme ve sürtünmeyi azaltma gibi geniş uygulama alanlarına sahiptir. Bununla birlikte, düşük maliyetli, düşük toksik etkili, kolay uygulanabilir ve yüksek dayanıklılığa sahip süperhidrofobik kaplamaların büyük ölçekli üretimini sağlamak önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Çok sayıda çalışma, düşük yüzey enerjisi ve pürüzlü yapıların süperhidrofobik performansı etkileyen başlıca faktörler olduğunu göstermiştir. Bu, kalsiyum karbonat modifikasyon teknolojisinde önemli bir araştırma alanıdır. Basitçe ifade etmek gerekirse, kalsiyum karbonat modifikasyonu, dağılımı korurken yüzey enerjisini azaltmayı, temas açısını artırmayı ve hidrofobikliği sağlamayı amaçlar.
Fonksiyonel kaplamalar için hangi kalsiyum karbonat türü daha uygundur? Nasıl modifiye edilmelidir? Gerçek etkileri nelerdir?
Gu Weile ve meslektaşları, kalsiyum karbonat tozunun iki farklı kristal formunu sentezlediler. Bunlar, düşük yüzey enerjili polidimetilsiloksan (PDMS) ile karıştırılarak püskürtme yöntemiyle süperhidrofobik kaplamalar oluşturuldu. Daha sonra bu kaplamaların kendi kendini temizleme yeteneği ve darbe direnci test edildi.
Deneysel sonuçlar, 5% sodyum stearat (NaSt) veya 5% sodyum oleat (NaOL) yüzey aktif maddesi kullanıldığında en iyi modifikasyon etkisinin ve en iyi hidrofobikliğin elde edildiğini göstermiştir. Spesifik olarak, 5% sodyum stearat ile modifiye edilmiş aragonit tipi kalsiyum karbonatın temas açısı 127,5° iken, 5% sodyum oleat ile modifiye edilmiş kalsit tipi kalsiyum karbonatın temas açısı 115,4° olmuştur.
Daha ileri çalışmalar, kalsiyum karbonatın farklı kristal formlarının kaplamaların hidrofobik performansı üzerindeki etkisini araştırdı. Kalsit bazlı ve aragonit bazlı kalsiyum karbonat kaplamaların temas açıları sırasıyla 151,4° ve 153,2° olarak bulundu.
Son olarak, süperhidrofobik kaplamaların kendi kendini temizleme ve darbe direnci incelendi. Sonuçlar, 500 mL su damlası darbe testinden sonra bile her iki kristal formun temas açılarının 140°'nin üzerinde kaldığını ve mükemmel hidrofobik özelliklerini koruduğunu gösterdi.
Cheng Yuan ve arkadaşları, süperhidrofobik kaplamalar hazırlamak için dolgu maddesi olarak kalsiyum karbonat bıyıkları (CCW) ve nano-kalsiyum karbonat (CCNP) kullandılar. Toz yüzey modifikasyonunu, kaplama formülasyonunu ve uygulama tekniklerini optimize ettiler. Bu, kaplama yapımında yaygın olarak kullanılan "astar-son kat" yaklaşımı ve parlatma yöntemlerinin benimsenmesiyle gerçekleştirildi. Çalışma, 15 sürtünme döngüsünden sonra kaplamanın 153,88°'lik bir temas açısı ve 9,20°'lik bir yuvarlanma açısı elde ettiğini, mükemmel kendi kendini temizleme özellikleri ve yapay olarak onarılabilirlik gösterdiğini ortaya koydu.
Kalsiyum karbonat fonksiyonel kaplamalar hangi yüzeylere uygulanabilir?
Lifler
Poliamid atık liflerine dayalı ıslak kaplama teknolojisi, marka kurdeleleri gibi kaplanmış tekstil ürünlerinin üretiminde kullanılan başlıca yöntemdir. Aynı zamanda poliamid liflerinin fiziksel olarak geri dönüştürülmesinin de önemli bir yoludur. Düşük üretim maliyetleri ve mükemmel ürün performansı gibi avantajlar sunar. Ucuz, toksik olmayan ve çevre dostu bir inorganik toz olan kalsiyum karbonat, poliamid atık liflerinin ıslak kaplama işleminde dolgu maddesi olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Marka kurdelelerinin kaplanmış yüzeyinin kalınlığını, beyazlığını ve mukavemetini artırır.
Lei Pengfei ve arkadaşları, yerinde oleik asit yöntemi kullanarak kalsiyum karbonatı kaplama dolgu maddesi olarak sentezlediler ve bunu poliamid ıslak kaplamalara uyguladılar. Sonuçlar, kaplama filminin temas açısının 8,29° azaldığını, kaplanmış kumaş üzerindeki mürekkep izi uzunluğunun 10,42 mm kısaldığını ve kumaşın pH değerinin 7,27'ye düştüğünü, böylece mürekkep emiliminin iyileştirildiğini ve pH'ın tekstil güvenlik standartlarına daha uygun hale geldiğini gösterdi.
Jiang Jikang ve arkadaşları, kalsiyum karbonatı sentetik modifiye edici DOPO ile aşılayarak poliamid kaplamalarda homojen bir dağılım elde ettiler. Kaplama, kabarık bir dokuya sahip, berrak ve gözenekli bir yapı sergiledi. Nemli koşullar altında, kaplanmış kumaş 7,02 pH değerini koruyarak çevre standartlarını karşıladı. Mürekkep emme süresi 89 saniye, mürekkep izi uzunluğu ise 53,4 mm oldu. Baskılı barkod net ve kesintisiz kaldı ve A sınıfı bir derecelendirme elde etti.
Chen Zhijie ve arkadaşları, dağılımı artırmak ve alev geciktirici özellikler kazandırmak amacıyla kalsiyum karbonatı silikon-fosfor alev geciktirici bir bağlayıcı madde ile yüzey aşılama yöntemiyle modifiye ettiler. Bu yaklaşım, kumaşlar üzerinde pürüzsüz, ince ve gözenekli bir poliamid kaplama oluşturmayı başardı. Çalışma, modifiye edilmiş kalsiyum karbonatın mükemmel oleofilik özellik gösterdiğini ve elde edilen poliamid 6 kaplı kumaşın önemli alev geciktirici etkiler sağladığını gösterdi.
Beton
Yüzey kaplama teknolojisi, betonun dayanıklılığını artırmak için etkili bir yöntemdir. Su geçirmezlik, buzlanmayı önleme ve kendi kendini temizleme özelliklerine sahip süperhidrofobik kaplamalar, günümüzde en aktif olarak araştırılan konular arasındadır.
Xu Huafeng ve arkadaşları, polidopamin kullanarak beton yüzeylerde kalsiyum karbonat mineralizasyonunu tetiklerken, gümüş iyonlarını yerinde nanogümüşe indirgeyerek mikro-nano kompozit pürüzlü bir yapı oluşturdular. Daha sonra yüzey, düşük yüzey enerjili silan ile modifiye edilerek fonksiyonelleştirilmiş biyomimetik süperhidrofobik kalsiyum karbonat kaplama elde edildi. Sonuçlar, kompozit kaplı numunenin su emme oranının normal ortamlarda 90,3% ve simüle edilmiş deniz suyu ortamlarında 93,44% azaldığını göstererek, mükemmel su geçirmezlik ve penetrasyon direnci sergilediğini ortaya koydu. Zımpara kağıdı üzerinde beş metrelik eşdeğer bir mesafede tekrarlanan sürtünmeden sonra, kaplamanın temas açısı 140°'nin üzerinde kaldı ve sadece 6,87%'lik bir azalma göstererek güçlü aşınma direncini ortaya koydu.
Dış mekan kumtaşı binalarının korozyon ve leke direnci özelliklerini artırmak için Wen Yaping ve arkadaşları, yağ asitlerinin hidrofobik değiştirici görevi gördüğü sıvı faz reaksiyonu kullanarak kalsiyum karbonat bazlı yağ asidi modifiye edilmiş bir kaplama sentezlediler. Çalışma, stearik asit modifiye edilmiş vaterit kalsiyum karbonatın daha büyük bir ortalama kristal tane boyutuna (31 nm) sahip olduğunu, kumtaşı yüzey pürüzlülüğünü önemli ölçüde değiştirdiğini, 119°'lik bir hidrofobik açıya ulaştığını, 5'lik bir leke direnci derecesi elde ettiğini ve su emilimini yalnızca 1,0%'ye düşürdüğünü buldu. Kumtaşı numuneleri üzerindeki işlenmemiş kaplamalarla karşılaştırıldığında, bu yöntem kumtaşı yüzeylerinin leke direncini etkili bir şekilde iyileştirdi.
Bardak
Yuan Zhiqing ve arkadaşları, polidimetilsiloksan (PDMS)/CaCO₃ bazlı süperhidrofobik kaplamalar hazırlamak için basit bir yöntem geliştirdiler. Elde edilen kaplamalar, kraft kağıdı, cam slaytlar ve bakır levhalar dahil olmak üzere çeşitli yüzeylere uygulanabilir nitelikteydi. Cam yüzeylere uygulandıktan ve oda sıcaklığında kurutulduktan sonra, kaplama 160°'lik bir temas açısı ve 3°'den daha düşük bir kayma açısı elde etti. Kayma testleri, süperhidrofobik P3 kaplamanın yüksek mekanik kayma direnci ve yapışma özelliği gösterdiğini ve kararlı bir süperhidrofobik yüzey sağladığını ortaya koydu. Dış mekan deneyleri, silikon reçine ve stearik asit modifiye kalsiyum karbonat kullanılarak hazırlanan kendi kendini temizleyen kaplamaların, cam panelin şeffaflığının 1'inden fazlasını koruduğunu, yaklaşık 110°'lik bir temas açısı elde ettiğini ve etkili buğulanma önleyici özelliklerini koruduğunu gösterdi. Dört aylık dış mekan maruziyetinden sonra, kaplamanın kendi kendini temizleme işlevi büyük ölçüde bozulmadan kaldı.
Metal
Duvar paneli malzemelerinde kendi kendini temizleme davranışı, genellikle hidrofobik yüzeyler oluşturularak elde edilen, önemli bir ilgi alanı haline gelmiştir. Liu Changyang ve arkadaşları, magnezyum-neodimyum alaşım yüzeyine 20 mikron kalınlığında homojen bir kalsiyum karbonat filmi kaplayarak, alaşımın simüle edilmiş klorür içeren beton gözenek çözeltilerindeki korozyon direncini iyileştirmişlerdir. Kaplamalı numunenin perflorodesiltrietoksisilan kullanılarak daha ileri kimyasal modifikasyonu, yüzeye kendi kendini temizleme yetenekleri kazandırmıştır.
Çözüm
Kalsiyum karbonat fonksiyonel kaplamalar, ambalaj, sofra takımı, inşaat malzemeleri, çevre koruma malzemeleri, tekstil, kaplamalar ve ilaçlar dahil olmak üzere birçok alanda uygulama alanı bulmuştur. Şirketler maliyetleri düşürmeyi ve verimliliği artırmayı hedefledikçe, kalsiyum karbonat fonksiyonel kaplamalara olan talebin artması ve uygulama teknolojilerinin giderek daha karmaşık hale gelmesi beklenmektedir.
Epic Powder, yüksek performanslı ürünlerin üretiminde uzmanlaşmıştır. kaplama makineleri Kalsiyum karbonatı modifiye etmek için tasarlanmıştır. Gelişmiş ekipmanımız, malzemenin dağılımını, hidrofobikliğini ve plastikler, kaplamalar ve yapıştırıcılar dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarla uyumluluğunu artırarak düzgün yüzey işlemi sağlar. Kaplama süreçleri üzerinde hassas kontrol ile Epic Powder, endüstri ihtiyaçlarını karşılamak için özelleştirilmiş çözümler sunar.
