Cephe malzemeleri ve nanoteknoloji çalışmaları
Facade materials and nanotechnology studies
Yazar: BAHADIR BÜYÜKCİNGİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HALET ALMILA BÜYÜKTAŞKIN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Bina cephesi = Building facade ; Cephe malzemeleri = Facade materials ; Mimari malzeme = Architectural material ; Nanoteknoloji = Nanotechnology ; Yalıtım malzemeleri = Insulating materials ; Yüzey malzemeleri = Surface materials ; İnşaat malzemeleri =

Özet:
Kaynakların  verimli kullanılmasının önem kazandığı günümüzde, yeni malzemelerin geliştirilmesi ve mevcut malzemelerin niteliklerinin geliştirilmesi hedeflenen malzeme çalışmaları yürütülmektedir. Nano maddelerin de bu alanda yürütülen malzeme çalışmalarında kullanıldığı bilinmektedir. Nano maddelerin cephe malzemelerine yönelik malzeme çalışmalarında, mevcut ticari ürünlerde ve uygulamalarda kullanımının irdelenmesi, ülkemizde nano maddelere sahip olan cephe malzemeleri özelinde mevcut durumun ve malzemelere yönelik öngörü-beklentilerin belirlenmesi amacıyla tez çalışması yürütülmüştür. Bu kapsamda konu alanında araştırmacılara, tasarımcı ve uygulamacılara yararlanabilecekleri teknik ve pratik bilgileri içeren Türkçe kaynak oluşturulması hedeflenmiştir.
Tez çalışması kapsamında cephe tanımı yapılmış, tanımlama çerçevesinde cephenin katmanları; kaplama, gövde ve yalıtım katmanları olarak ele alınmıştır. Kaplama katmanı iç ve dış kaplamalar olarak sınıflandırılırken, gövde; yüzeyinin kaplanma durumuna göre sınıflandırılmıştır. Yalıtım katmanı ise ısı, ses ve yangın gibi yalıtılması hedeflenen etkenlere göre alt başlıklar altında incelenmiştir. Söz konusu katmanların oluşturulmasında kullanılan ve konuya ilişkin kaynaklarda sıklıkla irdelenen malzemelere ait bilgiler incelenerek nano maddelerin kullanıldığı çalışmaların daha rahat takip edilebilmesi ve örnek malzemelerin niteliklerinin kolaylıkla anlaşılabilmesi amaçlarıyla malzemeler rehber niteliğindeki kaynaklardan yararlanılarak sınıflandırılmış, niteliklerine kısaca değinilmiştir. Çalışma kapsamında malzemelerin üretimleri, uygulamaları ve nitelikleri üzerinde durulmuştur. Derleme sonucu elde edilen bilgiler, cephe malzemelerinin kullanıldıkları katmanlar ve üretimlerinde kullanılan malzemelere göre alt başlıklar altında paylaşılmıştır.
İlgili cephe malzemesi başlıkları altında malzeme çalışmalarında tercih edilen bir yöntem olan nanoteknoloji çalışmaları incelenmiştir. Bölüm, nanoteknolojiye dair; tanımlar, sınıflandırmalar, kısa tarihçe, inşaat alanında kullanımı, konu hakkındaki riskler-belirsizlikler ve bölümde değinilen malzemelere yönelik örnek çalışmalardan oluşan derlemeyi içermektedir. Derleme çalışması nano maddelerin malzeme çalışmalarında kullanımlarının ve başarılarının belirlenmesi amacıyla yürütülmüştür.  Derleme çalışmasında; 2000-2021 yılları arasında yayımlanmış ve nano maddeler kullanılarak çeşitli sonuçlara ulaşılmış örneklere yer verilmiştir. Örnek çalışmalar, taranan makaleler arasından sonuçlarını neden-sonuç ilişkisiyle rahatlıkla aktaran örneklerden seçilmiştir. Ayrıca seçim sırasında ilgi çeken sonuçlara ve yöntemlere sahip makalelere de yer verilmiştir. Çalışmalar cephe katmanları ve malzeme alt başlıkları altında sınıflandırılarak aktarılmıştır. Malzeme grupları ve cephe katmanına özel olarak üzerinde durulan nitelikler ve bu niteliklerin nasıl geliştirilebileceğine yönelik temellere değinilmiştir. Çalışma bulgularından hangi nano maddelerin hangi amaçlarla kullanıldığı çıkarımı yapılmıştır. Derleme çıktıları, bölüm sonunda tablolar halinde paylaşılmıştır. Tablolarda nano maddelerin kazandırmış oldukları yeni ve geliştirilmiş niteliklere yer verilmiştir.
Çalışmaların derlenmesi sürecinde sıklıkla görülen akademik bulguların, uygulama alanına yansımalarının değerlendirilmesi amacıyla örnek projeler incelenmiş popüler akademik bulgular daha detaylı olarak irdelenmiştir. Nano maddeler içeren malzemelerin kullanıldığı uygulamalara ve popüler niteliklere yer verilmiştir. Bölüm içerisinde; kendi kendini temizleme, su iticilik, anti bakteriyellik, üstün ısı yalıtımı ve anti grafiti gibi yeni veya geliştirilmiş nitelikler; örnekler ve temel çalışma prensipleriyle açıklanmıştır.
Derleme, örnek proje incelemesi ve anket sürecinde ön plana çıkan nano maddelere sahip boyaların ülkemizdeki mevcut durumumun belirlenmesi amacıyla, anket katılımcıları tarafından belirtilen ürünler üzerinde üreticilerinin 2019-2020 katalogları ve teknik bilgi föyleri üzerinde tarama yapılmıştır. Bu çerçevede 8 markaya ait 35 ürün grubundan 75 ürüne ait üretici verileri bir araya getirilerek, sektörde nano maddelerin yaygınlık durumu irdelenmiştir. Çalışma sonucunda 23 ürüne ait üretici açıklamaları, teknik belge ve pazarlama enstrümanlarında nano obje, nano içerik veya nanoteknolojik ifadelerinin kullanıldığı görülmüştür. Bu kapsamda "dış cephelerde ve iç mekanlarda kullanılan boyaların oluşturduğu sektörde nano maddelerin ticari olarak kullanımının yaygınlaştığını söylemek mümkündür" yargısına ulaşılmıştır.  
Ülkemizdeki nano nesnelere sahip cephe malzemelerinin mevcut durumu ve malzemelere yönelik öngörü-beklentilerin sağlıklı bir şekilde belirlenebilmesi amacıyla anket çalışması yürütülmüştür. Çalışma alanı olarak 01-04 Nisan 2021 tarihleri arasında gerçekleştirilen "43. Yapı Fuarı-Turkey Build İstanbul" fuarı, ülke genelinden örnek grubu oluşturmaya elverişli katılımcı ve ziyaretçi sayısına sahip olması ve sektör içerisinde farklı mesleki faaliyetler yürüten katılımcıların bir araya getirebilmesi nedeniyle seçilmiştir. Anket soruları 200 katılımcıya yöneltilerek örnek grup oluşturulmuştur. Anket katılımcılarının mesleki olarak cephe malzemelerinin üretim, ithalat, tasarım ve uygulama aşamalarından en az birinde rol almış olmalarına özen gösterilmiştir. Cevaplar, örnek grubun mesleki faaliyetleri göz önünde tutularak oluşturulan profillere göre değerlendirilmiştir. Anket formu çoktan seçmeli, Likert Ölçeği ve basit evet/hayır seçimleri içeren sorularla oluşturulmuştur. Sorular; mesleki profillerin cephe malzemeleri üzerine ilgi ve beklentilerini belirlemek üzere sıralanmıştır. Anket sonuçları üzerinde frekans ve tek yönlü varyans analizleri yapılmış, elde edilen veriler grafiklerle aktarılmıştır. Katılımcıların nano maddelere sahip malzemeleri kullanıp kullanmadıkları sorularak malzemelerin tasarımcı-uygulamacı profilindeki popülerliği araştırılmıştır. Üretici-ithalatı profilindeki katılımcılara da aynı amaçla ürün kataloglarında söz konusu ürünlerin bulunup bulunmadığı sorulmuştur. Tüm katılımcılara yöneltilen sorulardan malzemelerin gelecekte ne kadar popüler olabileceği yönünde çıkarımlar yapılmıştır. İki profil arasında en farklı görüş; malzeme seçiminde maliyetin rolü üzerine olmuştur. Tasarımcı-uygulamacı profili daha çok nitelikleri ön planda tutarken üretici-ithalatçı profilinin maliyet konusunu daha ön planda tuttuğu anlaşılmıştır. Ortak olarak her iki profil de yeni malzemeleri deneyimlemeye açık olduklarını belirtmiştir. Her iki grup, nano maddelerin kullanıldığı malzemelere yönelik olarak "boya" örneğini göstermiştir. Tek yönlü varyans analizlerinde ise 
Tez kapsamında yürütülen derleme, katalog taraması, örnek proje incelemesi ve anket çalışmalarının bulguları tartışılmış, nano maddeler kullanılarak yürütülen malzeme çalışmalarının büyük çoğunluğunun başarılı sonuçları olduğu görülmüştür. Çalışmalarda hedeflenen çıktılara ulaşıldığı, ancak malzemelere yönelik uzun süreli ve büyük ölçekli testlerin yerine daha çok laboratuvar şartlarında ve ölçeğinde testlerin yürütüldüğü görülmüştür. Ayrıca malzemelerin niteliklerindeki gelişmelerin veya malzemelere kazandırılan yeni niteliklerin mali anlamda sağlayacakları kazançları, mevcut durumları ile karşılaştıran çalışmaların sayısının nispeten daha az olduğu görülmüştür. Bu kapsamdaki ekonomik benzetim çalışmalarının genellikle ısıl nitelikler üzerinde yürütüldüğü saptanmıştır. Dolayısı ile konu üzerinde olası kaynak tasarruflarının belirlenmesi için malzemelerin tüm yaşam döngüsünü içerecek benzetim çalışmalarının yürütülmesi ve kaynaklarda olası tasarruflar hesaplanırken mali kazançların da göz önünde bulundurulması gerektiği tez çalışması sonucunda gelecek çalışmalara öneri olarak sunulmuştur. Derleme sonucunda malzeme türünden ziyade nano maddelerin karakteristik özelliklerinin hedeflenen çıktılara ulaşılmasında etkili olduğu anlaşılmıştır. İncelenen uygulamalarda da farklı malzeme grupları ile aynı nano maddeler kullanılarak benzer çıktılara ulaşılabildiği görülmüştür. Bu bağlamda nano maddeler ölçeğinde geliştirilen yeni niteliklerin daha büyük ölçekteki cephe malzemeleri üzerinde uygulanabileceği ön görülmüştür. Tüm çalışmalarda nano maddelerin popüler olarak kullanıldığı görülen boya malzemeleri alanında ülkemizdeki eğilimin de bu yönde pozitif yönlü olduğu katalog taraması çalışmasıyla anlaşılmıştır. Anket çalışmasında toplanan yanıtlardan da ülkemiz inşaat sektöründe malzeme niteliklerinin geliştirilmesinde nano maddelere yönelik pozitif bir tutumun mevcut olduğu, gelecekte oluşacak yeni ihtiyaç ve beklentilerin karşılanması amacıyla nano maddelere sahip malzemelerin kullanımına olumlu bakıldığı kanısına varılmıştır.

Abstract:
Nowadays, efficient use of resources becomes important, therefore material studies are carried out by developing new materials and by improving the qualities of existing materials. It is known that nano-objects are also part of material studies conducted in this field. In the context of facade materials, a thesis study is conducted to examine the use of nano-objects in materials studies for existing commercial products and applications, to determine the current situation, foresight, and expectations on facade materials that contain nano-objects in our country. In thesis study, it is aimed to create a Turkish resource containing technical and practical information that researchers, designers, and practitioners in the subject area can use.
Within the scope of the thesis study, the facade definition is made and within the framework of the definition, the layers of the facade are considered as cladding, body, and insulation layers. The cladding layer is classified as internal and external claddings, while the body is classified according to the coating condition of its surface. The insulation layer is examined under sub-headings according to the factors intended to be insulated such as heat, sound, and fire. A review study is conducted on the materials to more easily follow the studies using nano-materials and to easily understand the qualities of the sample materials by examining the information about the materials used to create the layers and often examined in the sources related to the subject. Within the scope of the study, the production, applications, and qualities of materials are focused. The information obtained as a result of the review is shared under the subheadings according to the facade layers.
The material and layer headings also deals with nanotechnology, which is a preferred method in materials studies. The section includes a summary of definitions, classifications, brief history, usage in the field of construction, risks-uncertainties related to nanotechnology, and case studies on the materials examined in the previous section. The review study is carried out to determine the use and success of nanomaterials in material studies. In the review work; examples that have been published between 2000 -2021 and various results have been reached using nano-substances are included. Case studies are selected from the samples that decisively convey their results with a cause-effect relationship from among the scanned articles. In addition, articles with results and methods that are interesting during the election, are also included. The studies are classified under the sub-headings of facade layers and summarized. The material groups and the qualities that are specifically focused on the facade layer and the basics of how these qualities can be developed are discussed. From the study findings, it was inferred which nano-substances were used for which purposes. The review outputs are shared in tables at the end of the chapter. In the tables, the new and improved qualities that nanomaterials have acquired are shared.
To evaluate the reflections of academic findings, which are often seen in the process of review studies, on the field of application, case studies are conducted, and popular academic findings are examined in more detail. Applications and popular qualities using materials containing nanomaterials are included. In the section; new or improved qualities such as self-cleaning, water repellency, anti-bacterial, superior thermal insulation, and anti-graffiti are explained with examples and basic working principles.
In order to determine the current situation in our country of paints with nano-materials, which come to the fore in the review, case analysis, and survey process, the 2019-2020 catalogs and technical information sheets of the manufacturers are scanned on the products specified by the survey participants. In this study, manufacturer data for 75 products from 35 product groups belonging to 8 brands are collected and the prevalence of nano-substances in the sector is examined. As a result of the study, it is found that nano-objects, nano-content, or nanotechnological expressions were used in manufacturer descriptions, technical documents, and marketing instruments of 23 products. In this context, the judgment of "it is possible to say that the commercial use of nano-substances has become widespread in the sector formed by paints used on exterior facades and interiors" is reached.
To determine the current state of facade materials with nano-objects in our country and the foresight-expectations for the materials in a healthy way, a survey study is conducted on April 01-04, 2021. As the working area of the "43rd edition of the"43rd Edition of the "43rd Edition". Yapı Fair-Turkey builds Istanbul" fair is chosen because it has the number of participants and visitors from all over the country who are suitable for creating an exemplary group and that it can bring together participants who carry out different professional activities in the sector. Questionnaire questions are directed to 200 participants and a sample group is created. Special attention is paid to the fact that the survey participants are professionally involved in at least one of the stages of production, import, design, and application of facade materials.
The answers are evaluated according to the profiles created taking into account the professional activities of the sample group. The questionnaire form is created with multiple-choice, Likert scale, and simple yes/no choice questions. The questions are listed to determine the interests and expectations of professional profiles on facade materials. Frequency an done vay varience analysis are performed on the survey results, and the data obtained by comparing the number of choices in the responses to all the responses are transferred with graphics. The popularity of materials in the designer-practitioner profile is investigated by asking whether the participants used materials with nano-substances. Participants in the manufacturer-importer profile are also asked if there are such products in the product catalogs for the same purpose. From the questions posed to all participants, conclusions are drawn about how popular the materials could be in the future. The most different opinion between the two profiles has been on the role of cost in choosing materials. It has been understood that the designer-practitioner profile puts the qualifications at the forefront while the manufacturer-importer profile puts the cost issue at the forefront. In common, both profiles are indicated that they are open to experiencing new materials. Both groups have shown the example of "paint" for materials in which nano-substances are used.
The findings of the review, catalog scanning, case analysis, and survey studies carried out within the scope of the thesis are discussed, and it is seen that the vast majority of the material studies carried out using nanomaterials had successful results. In the studies, it is observed that the targeted outputs were achieved, but instead of long-term and large-scale tests for materials, tests were carried out mainly in laboratory conditions and at scale. In addition, it has been observed that the number of studies comparing the gains that improvements in the qualities of materials or new qualities given to materials will provide in terms of financial terms with their current status is relatively less. It has been determined that economic simulation studies in this context are usually carried out on thermal qualities. These draw-backs of the current studies are highligted and they also suggested as improveable subjects for future studies. 
As a result of the review, it is understood that the characteristics of nano-substances, rather than the type of material, are effective in achieving the targeted outputs. It has been observed that similar results can be achieved using the same nano-substances with different material groups. In this context, it has been foreseen that the new qualities developed on the scale of nanomaterials can be applied to larger-scale facade materials. It has been understood through the catalog scanning study that the trend in our country in the field of paint materials, where nano-substances are seen to be used popularly in all studies, is also in this direction. From the responses collected in the survey study, it is concluded that there is a positive attitude towards nano-materials in the development of material qualities in the construction sector of our country and that the use of materials with nano-substances is looked at positively to meet new needs and expectations that will occur in the future.