Çeşitli bor minerallerinden hidrofobik çinko borat üretim yöntemlerinin geliştirilmesi
The development of production methods for hydrophobic zinc borate by using various boron minerals
Yazar: MELEK BARDAKCI
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURCAN TUĞRUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Hidrofobisite = Hydrophobicity ; Verim = Yield

Özet:
Türkiye, dünyada en yaygın kullanım alanına sahip elementlerden biri olan bor, toplam dünya rezervlerinin %72'sine sahiptir. Bor mineralleri endüstride bazı sektörlerde hammadde olarak kullanılırken, bazı sektörlerde ise yarı işlenmiş ve işlenmiş formları kullanılmaktadır. Bor minerallerinin işlenmiş bir formu olan boratlar birçok sektörde geniş kullanım alanına sahiptir. Boratlar, alev geciktirici ve ahşap koruyucu olarak artan oranlarda kullanılmakta ve bu amaç için kullanılan bor bileşiklerinin başında Çinko Borat gelmektedir.Çeşitli kristal yapılarda bulunan, özel bor kimyasallarından Çinko Borat, sentetik bir metal borattır. Çinko Boratlar bir çok ticari plastik üründe, otomobil/uçak iç aksamlarında, polimerlerde ve kaplamalarda, seramik, boya, kablo, elektrik izolasyonu, çimento, ilaç, tekstil ve kağıt gibi çok farklı sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. En yaygın uygulama alanlarında özellikle Çinko Boratın alev geciktirici ve ahşap koruyucu özelliklerinden yararlanılmaktadır.Bu çalışma, borat kaynağı olarak çeşitli bor mineralleri ile farklı modifiye ajanların, Çinko Boratın özellikleri üzerine etkilerinin araştırılmasını kapsamaktadır. Ayrıca bu çalışmada, incelenen her bir parametrenin yüksek verim ve düşük maliyet sağlayacak şekilde geliştirilmesi hedeflenmiştir. Öncelikle, Çinko Borat sentezinde, reaksiyon süresi, reaktan oranı, aşı oranı, reaksiyon sıcaklığı, karıştırma hızı ve soğutma sıcaklığı gibi reaksiyon parametrelerinin verim üzerine etkileri araştırılmıştır. Daha sonra reaksiyona eklenen farklı modifiye ajanlar (propilen glikol, kerosen, oleik asit) ile çözücülerin (izopropil alkol, etanol, metanol), elde edilen Çinko Boratın hidrofobisitesi üzerine etkileri karşılaştırılarak incelenmiştir. Ayrıca, belirlenen reaksiyon koşullarında, modifiye ajan kullanıldığı ve kullanılmadığı durumlarda hem manyetik hem de mekanik karıştırmalı sistemlerde reaksiyonlar gerçekleştirilerek sonuçlar karşılaştırılmıştır. Elde edilen Çinko Borat, analitik yöntemler, XRD (X-Işını Kırınımı), FT-IR (Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi), TG/DTA (Diferansiyel Termal Gravimetrik Analiz) teknikleri ile karakterize edilmiş ve ürünlerin hidrofobisite ölçütü olan temas açısı ölçümleri yapılmıştır.Sonuç olarak, yüksek verimli Çinko Boratın başarıyla sentezlendiği, reaksiyon parametrelerinin verimi, çeşitli modifiye ajan ve çözücü kullanımının ise hidrofobisiteyi önemli ölçüde değiştirdiği gözlenmiştir.

Abstract:
Turkey has 72 % of total world reserves of boron which is one of the elements that has the widest range of application. Boron minerals can be used in some sectors in the industry as crude minerals wheras in some sectors semi-refined and refined forms are used. Borates that are a refined form of boron minerals have a wide range of applications. In recent years increasing amounts of borates are being used as flame retardant additives and wood preservative and for this application, the most widely used ones are zinc borates.Zinc borate which is one of the special boron products having different crystal structures is a synthetic metal borate. Zinc borates are used widely in various applications such as many commercial plastic products, inner parts of automobiles/planes, polymers and coverings, ceramic, paint, cable, electric insulation, cement, medicine, textile and paper. Flame retardant and wood preservative properties of zinc borate are especially used in most common application areas.The present study includes the investigation of different boron minerals and modifying agents that effected zinc borate products. It is also aimed to high yield and low cost in this study. Firstly, the effects of reaction parameters such as reaction time, reactant ratio, seed ratio, reaction temperature and stirring rate on yield were investigated. Afterwards the effects of different modifying agents (propylene glycol, kerosene, oleic acid) with solvents (isopropyl alcohol, ethanol, methanol) added to reaction on hydrophobicity were investigated comparingly. Furthermore, reactions were carried out under determined reaction conditions with or without modifying agent in both magnetically and mechanically stirred systems.Zinc borate produced was characterized by analytical methods, XRD (X-ray Diffraction), FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), TG/DTA (Thermogravimetric Differential Thermal Analysis) techniques and measurement of contact angle which identified hydrophobicity was carried out.In conclusion, it was observed that zinc borate was synthesized successfully. Reaction parameters, usage of modifying agent with solvent effected the yield and hydrophobicity, respectively.