Design, synthesis and characterization of functional glass-ceramic coatings for anti-fouling surface applications
Kirlenme önleyici yüzey uygulamaları için fonksiyonel cam-seramik kaplamaların tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 793867
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BUĞRA ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 141
Özet
Bir akış hızına sahip sıvı ile temasta olan yüzeylerdeki biyolojik kirlenme, endüstriyel su arıtma ve deniz taşımacılığında önemli bir sorun olmuştur. Biyokirlenme, yüzeylerde mikroorganizmaların birikmesi, mühendislik özellikleri ve enerji verimliliği üzerinde olumsuz etkilere sahiptir. Biyokirlenmeyi etkileyen faktörler arasında sıvı-substrat etkileşimleri, sıvı akış hızı, mikroorganizma içeriği, besin seviyeleri, sıcaklık ve güneş radyasyonu yoğunluğu yer almaktadır. Endüstriyel yüzeyler öncelikle sıvı hızı, sıvının sağladığı besin, sıvını taşıdığı organizma oranları ve sıcaklıktan etkilenmektedir. İkincil etkiler ise güneş radyasyonu, derinlik ve organizma tür çeşitliliğidir. Yüzeyleri korumak için birçok yöntem kullanılmıştır, ancak bunlar genellikle çevre ve insan güvenliği üzerinde zararlı etkileri olabilecek toksik kimyasalların kullanımını içermektedir. Biyolojik kirlenme genel olarak dört aşamaya ayrılır: bileşiklerin tutunmasıyla bir koşullandırma tabakasının oluşumu, birincil kolonizörlerin (bakteriler, mayalar ve diyatomlar), ikincil kolonizörlerin (protozoa, mantarlar ve makroalgler) ve üçlü kolonizörlerin (omurgasız larvalar) yapışması. Ancak bazı koşullarda süreç her zaman bu sıra ile gerçekleşmemektedir. Bu çalışma, deniz, nehir ve göl ortamlarına zarar verebilen ve insan güvenliğini etkileyebilen geleneksel antifouling kaplama veya boyalara alternatif olarak çevre dostu bir cam-seramik kaplama tasarlamayı ve değerlendirmeyi amaçlamıştır. Bu çalışmada, cam-seramik kaplamalar olarak TiO2 bazlı (TiBPG), astar kaplama (APG) ve alkali dirençli (ARPG) kirlenme önleyici özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Fritler, suya dökülme işlemi öncesinde 1350 °C'de 45 dakika ergitilmiştir ve sulu sprey uygulama yöntemi kullanılarak kaplanmıştır. Kaplamalar, XRF, XRD, ısı mikroskobu, TG-DTA ve dilatometrik analizler dahil olmak üzere çeşitli teknikler kullanılarak analiz edilmiştir. Yüzeyler ayrıca yapısal faz, renk, parlaklık, asit direnci, darbe direnci, temas açısı ve yüzey gerilimi özellikleri açısından değerlendirilmiştir. Ek olarak, kaplamalar hızlı bir zehirli boya yöntemi kullanılarak test edilmiştir ve testten önce ve sonra SEM ve EDS kullanılarak karakterize edilmiştir. Sonuçlar, TiBGCC ve AGCC'nin, negatif referans ve ARGCC'ye kıyasla daha düşük midye yoğunluğuna sahip olduğunu göstermiştir. Midye yoğunluğu her kaplama için hesaplanmıştır; TiBGCC 73.9 midye/cm2 , AGCC 68.9 midye/cm2 ve ARGCC 88.7 midye/cm2 yoğunluk göstermiştir. Genel olarak sonuçlar, TiBGCC kaplamanın, değerlendirilen diğer kaplamalara kıyasla üstün kirlenme önleyici özelliklere sahip olduğunu göstermiştir. Bu çalışma, bu kaplamaların çevre dostu ve uzun ömürlü çürüme önleyici bir çözüm olarak güçlü bir potansiyele sahip olduğunu bulmuştur. Ancak, farklı endüstriyel uygulamalar ve deniz ekosistemleri için kaplamaları optimize etmek için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Gelecekteki çalışmalar ayrıca bu kaplamaların uzun vadeli etkinliğine odaklanmalı ve cam-seramik malzemeleri içeren diğer çürüme önleyici kaplama türlerini keşfetmelidir. Genel olarak, bu çalışma biyolojik kirlenmeyi önlemek için daha verimli çözümlerin geliştirilmesi için bir başlangıç noktası sağlamaktadır.
Özet (Çeviri)
The problem of biological fouling on surfaces exposed to fluid flow has been a significant issue in industrial water treatment and navigation since the development of these technologies. Biofouling, the accumulation of microorganisms on surfaces, can have negative effects on engineering properties and energy efficiency. Factors that affect biofouling include fluid-substrate interactions, fluid flow velocity, microorganism content, nutrient levels, temperature, and solar radiation intensity. While industrial surfaces are primarily affected by fluid velocity, nutrient and organism ratios, temperature, and marine surfaces also consider factors such as solar radiation, depth, organism species, and density. Many systems have been employed to protect surfaces, but these often involve the use of toxic chemicals, which can have harmful effects on the environment and human safety. Biofouling is generally categorized into four stages: the formation of a conditioning layer by adherence of organic compounds, the adherence of primary colonizers (bacteria, yeasts, and diatoms), the secondary colonizers (protozoa, fungi, and macroalgae), and ternary colonizers (invertebrate larvaes). However, depending on the situation, this process may not always occur in order. This study aimed to design and evaluate an environmentally friendly glass-ceramic coating as an alternative to traditional antifouling coatings or paints, which can cause harm to marine, river and lake environments and affect human safety. In this study, a TiO2-based precursor glass (TiBPG), an adhesive coat precursor glass (APG), and an alkaline resistant precursor glass (ARPG) were evaluated for their antifouling properties as glass-ceramic coatings. The precursor glass batches were melted at 1350 °C for 45 min before being quenched and were applied using a wet spray application method. The coatings were analyzed using various techniques, including XRF, XRD, heating microscopy, TG-DTA, and dilatometric analyses. The surfaces were also evaluated for structural phase, color, gloss, acid resistance, impact resistance, contact angle, and surface tension properties. In addition, the coatings were tested using a rapid antifouling method and characterized before and after the test using SEM and EDS. The results showed that the TiBGCC and AGCC had a lower density of barnacles compared to the negative reference and the ARGCC. The barnacle density was calculated for each coating, with the TiBGCC showing a density of 73.9 barnacles/cm2 , the AGCC showing 68.9 barnacles/cm2 , and the ARGCC showing 88.7 barnacles/cm2 . The deviation between the replicates of the panels was found to be negligible, indicating that the outcome was evaluable. Overall, the results showed that the TiBGCC coating has superior antifouling properties compared to the other coatings evaluated. This study found that these coatings have strong potential as an environmentally friendly and long-service life antifouling solution. However, further research is needed to optimize the coatings for different industrial applications and marine ecosystems. Future studies should also focus on the long-term effectiveness of these coatings, and explore other types of antifouling coatings that incorporate glass-ceramic materials. Overall, this study provides a starting point for the development of more efficient solutions for preventing biofouling.
Benzer Tezler
- İyon seçici sol-jel film sentezi ve optik sensör olarak kullanmı
Ion selective sol-gel film synthesis and usage as optical sensor
MERVE UMUTLU
- Development of novel thermal conductive polymer nanocomposites
Yeni nesil termal iletken polimer nanokompozitlerin geliştirilmesi
ELİFTEN SEMERCİ
Doktora
İngilizce
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
DOÇ. DR. TUBA ERDOĞAN BEDRİ
- Katyonik UV polimerizasyon ile vinil eter bazlı yapıştırıcıların sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
Synthesis and characterization of cationically curable vinyl-ether functional urethane oligomers
AYLİN AMANOEL
- UV-ışınları ile sertleşebilen akrilat/vinil eter bazlı iç içe girmiş polimerik ağ yapıların (IPN) sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of UV-curable interpenetrating polymer networks (IPNs) based on acrylate/vinylether functionalized urethane oligomers
RAMAZAN DEMİRCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
KimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA GÜNGÖR
DOÇ. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
- Çizilme direnci arttırılmış biyoesaslı aşırı dallanmış poliesteramid reçine sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of biobased hyperbranched polyesteramide resin with improved scratch resistance
FEVZİ GÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN EMİK