Yalıtım Dergisi 128. Sayı (Kasım 2014)

36 Kasım 2014 • www.yalitim.net 2.1.1. Süperhidrofobik Yüzeyli Kendini Temizleyen Cephe Sistemleri θ > 90° olan yüzey hidrofobik (su-sevmez) olarak isim- lendirilir; özel bir durum olarak θ > 150° ise yüzey süper- hidrofobik adını alır [4]. Süperhidrofobik (yüksek derecede su-sevmez) bir yüzeyin suyla kendini temizleme özelliği ilk kez 1977’de Barthlott ve Ehler tarafından lotus (nilüfer çiçeği) yaprakları üzerinde elektron mikroskobuyla gözlenerek “Lotus Etkisi” olarak isimlendirilmiştir [5]. Lotus etkisi görülen yüzeylerde, yüzeyin nano/mikro ölçek tepeciklerden oluşan karmaşık yapısı nedeniyle kirleticiler, yapışması (adezyon) azalan yüzeye tutunamaz. Aynı mekanizmanın suyun kapiler çekim tutunmasına da engel olması nedeniyle yüzeyde kalan kirleticiler su ile birlikte yüzeyden akarak temizlenir (Şekil 1.a). Kelebek, kızböceği gibi böceklere kanatlarını temiz tutmak, bitkilere mantar, alg kaynaklı zararlı etkilerden korunmak, fotosentez yüzeyinin kirlenerek azalmasına engel olmak gibi faydalar sağlayan bu biyolojik mekanizma, 1990’lardan itiba- ren biyotaklit yoluyla malzeme teknolojisine de uyarlanmıştır. Bu amaçla kullanılan teknolojiler, malzeme yüzeyine pürüz vererek lotus etkisi sağlamak üzere yüzeyin nano ve/veya mikro strüktürünün yeniden düzenlenmesine dönüktür (Şekil 1.b). Yüzeyde pürüzlülük olmadan (düz yüzey) ulaşılabilecek maksimum değme açısı hidrofobik bir yüzey için 120°yi geçe- mez. Nano ve/veya mikro strüktür düzenlemesiyle sağlanan pürüzlülük, yüzeyle su damlası arasında hava sıkışmasını sağ- layıp yüzey etkileşimini azaltarak, değme açısını artırmaktadır. Lotus etkisini bulan ve isimlendiren araştırmacılardan Bart- hlott, 1998 yılında “süperhidrofobik, mikro/nano strüktürlü kendini temizleme özellikli yüzey uygulaması” için “Lotus- Effect” adıyla Avrupa’da ticari patent almıştır. Bu ticari patent günümüzde yapı dış cepheleri için kendini temizleyen boya ve sıva olarak iki uygulamayla piyasaya sürülmüştür (Şekil 2). Mekanizma kendini temizlemek için suya ihtiyaç duyması nede- niyle ancak yağmura açık -dış- yüzeylerde kullanılabilmektedir. Lotus etkisi kullanılan silikon reçine esaslı, mikro-ölçek tanecikler içeren bir dış cephe boyası günümüzde kullanım- dadır. Boya kaplandığı yüzeyde dalgalı bir mikrostrüktür oluşturarak lotus etkisi yaratmaktadır; yüzey ile üzerine düşen su damlası arasında 140° temas açısı oluşturarak ört- tüğü yüzeyi süperhidrofobik yapar. Kâgir yüzeylere (beton, yığma vb.) fırça, rulo veya havasız spreyle uygulanabilen mat renkli boya, ahşap ve metal yüzeye uygulanamamaktadır [6]. Bu malzemenin kullanıldığı yapıların en bilineni Ara Pacis Müzesi (Roma, İtalya, 2006, Richard Meier) yapısıdır (Şekil 3). Projelerindeki beyaz renk kullanımını alâmetifarika haline getiren mimar Richard Meier tarafından tasarlanan yapı, Roma döneminden kalma “Ara Pacis Augustae” sunağını korumak ve sergilemek üzere şehrin tarihi merkezinde çelik, traverten ve cam ile inşa edilmiştir. Sergilediği sunak ile yarışmamak ve etkin ışık alımını sağlamak üzere yapının tasarımında sadece beyaz renk kullanılmıştır. Roma şehrinin havasının çok kirli olması nedeniyle cephede beyaz rengi kirlenmekten korumak üzere bu cephe malzemesi seçilmiştir. Luminart Binası (Pula, Hırvatistan, 2006, Andrija Rusan) (Şekil 4.a) ve Strucksbarg Konutları (Hamburg, Almanya, 2007, Renner Hainke Wirth) (Şekil 4.b) lotus etkili kendini temizleyen dış cephe boyası kullanılan dikkate değer diğer yapılardır [7]. Tasarımcıları tarafından özellikle beyaz olması istenen bu yapıların cepheleri günümüz itibariyle hâlâ ilave bakım ve temizlik gerektirmeden kullanılmaktadır. Bu boyanın günümüze kadar dünyada 500,000 yapıda kullanıldığı tahmin edilmektedir [1]. Lotus etkisi patentiyle piyasaya sunulmuş silikon katkılı akrilik reçine esaslı bir dış cephe sıvası da vardır. Bu sıva da Tablo 1: Bazı yüzeyler için değme açıları Yüzey Değme Açısı ( θ ) Aslanpençesi yaprağı 180° Lotus yaprağı 150°-170° Politetrafloroetilen (PTFE) (Teflon) 108-112° Etilentetrafloroetilen (ETFE) 99° İnsan derisi 75-90° Silikon 86-88° Çelik 70-75° Cam <15° Şekil 1: (a) Aslanpençesi bitkisinin yaprağı üzerinde lotus etkisi (http://www.flickr.com/photos/edibleoffice/2721279761) (b) Lotus etkisi sağlamak üzere yüzey strüktürünün düzenleniş olanakları Şekil 2: Lotus etkili cephe boyaları ve sıvalar için “kendini temizleme” mekanizması [8] Şekil 3: Ara Pacis Müzesi (http://www.mimoa.eu/projects/Italy/Rome/ Ara_Pacis_Museum) MAKALE