SiO2 nanopartikül üretimi ve SiO2 nanopartikül katkılı yüzey kaplamaları
Fabrication of the SiO2 nanoparticles and SiO2 nanoparticle embedded surface coatings
Yazar: BİLGE BOYLU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN ARSLAN
İstanbul Sabahattin Zaim Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya = Chemistry ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışmada gıda endüstrisinde sıklıkla kullanılan paslanmaz çelik metal yüzeylerinin fonkiyonelleştirilmesi, hijyenik dizaynı destekleyici nitelikteki yapıların, gıdalarda bulunan polimerler, hidrofilik hidroksit, amin, karboksilik asit vb. gibi yüzeye tutunan grupları engelleyen organik-inorganik hibrit yüzeylerin üretilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda sıcaklık, konsantrasyon ve reaksiyon süresi, yüzey modifikasyonu gibi parametrelerinin kontrolü ile Stöber metodu kullanarak nanoboyutta SiO2 nanopartiküllerinin üretilmesi gerçekleştirilmiştir. Bu nanopartiküller kullanılarak organik-inorganik hibrit kaplama sentezi gerçekleştirilmiş, aşınma çizilme, korozyon dayanımı testleriyle endüstriyel boyutta, hidrofobik-süperhidrofobik ve kendini temizleyebilen paslanmaz çelik metal yüzeyler elde edilmiştir. SiO2 nanopartikülleri, monodispers, boyutları istenildiği gibi kontrol edilebilen, yüzeyinde oktil grupları içeren bir yapıda yüksek sıcaklıklar veya ekstra soğutma yöntemi gerektirmeden hassas bir şekilde elde edilmiştir. Elde edilen nanopartiküllerlerin fiziksel ve kimyasal yapısını analiz için FT-IR, XPS, XRD, TGA analizleri partikül boyutları ve yüzey morfolojisini tanımlamak için SEM-EDX ve hassas analizler için atomik haritalama, yüzey kontak açısı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Yüzeyi uzun oktil grupları ile modifiye olan SiO2 nanopartikülleri yüzey kaplamalarında kullanılarak kontak açılarının değişimi sağlanmıştır. Ayrıca ağ dönüştürücü FAS ve OCTEO ilavesi vasıtasıyla hidrofobik yüzeyler modüle edilmiştir. Hibrit kaplamalarda modifiye olmayan partiküllerin genellikle bu ağ dönüştürücüler ile birlikte kullanılması gerekliliği fomülize edilmiştir. Bu sayede organik yağlar, yağ-su karışımları veya fonksiyonel grup içeren gıdaların kirletme oluşturmayacağı nanomalzemeler üretilmiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to create structures that support hygienic design by functionalizing stainless steel metal surfaces, which are frequently used in the food industry. It is aimed to produce organic-inorganic hybrid surfaces that prevent the functional groups attached to the surface such as polymers, hydrophilic hydroxide, amine, carboxylic acid in foods. In this context, nano-sized SiO2 nanoparticles were produced using Stöber method by controlling parameters such as temperature, concentration and reaction time, surface modification. Organic-inorganic hybrid coating synthesis was carried out using these nanoparticles, and industrial-sized, hydrophobic-superhydrophobic and self-cleaning stainless steel metal surfaces were obtained with wear, scratch and corrosion resistance tests. SiO2 nanoparticles were precisely obtained in a monodisperse structure with octyl groups on the surface as desired manner without high temperatures or extra cooling method. FT-IR, XPS, XRD, TGA analyzes were performed to analyze the physical and chemical structure of the obtained nanoparticles, SEM-EDX to define particle sizes and surface morphology, and atomic mapping and surface contact angle measurements for precise analysis. SiO2 nanoparticles, the surface of which was modified with long octyl groups, were used in surface coatings to change contact angles. In addition, hydrophobic surfaces were modulated by the addition of network converter FAS and OCTEO. The necessity of using unmodified particles in hybrid coatings generally with these network converters has been formulated. In this way, nanomaterials were produced in which organic oils, oil-water mixtures or functional groups in foods would not cause contamination on the surface.