Seramik bünyeler için antibakteriyel sır üretimi ve karakterizasyonu
Antibacterial  glaze fabrication and characterization for the ceramic tile
Yazar: MERVE KILIÇ
Danışman: PROF. DR. YÜKSEL ABALI
Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalışmada; temel bileşen olan silika yanında Na, K, Ca ve oksitlerini içeren ticari seramik sır yapılarına değişik oranlarda ilave edilen bazı katkı maddelerinin, 1080-1200 °C'de sinterlenen seramik yüzeylere olan etkileri kimyasal ve fiziksel olarak incelenmiştir. Bu amaçla Serel Seramik A.Ş.'den temin edilen seramik sır karışımlarının içerisine H3BO3, ZnO, saf bor, TiO2, uleksit ve AgNO3 farklı yüzde oranlarında ilave edilerek geliştirilen katkılı sırlar, standart karo yüzeylerine uygulanarak yüksek basınç dayanımına sahip seramikler üretilmiştir. Optimum sinterleme koşullarını belirlemek için farklı sıcaklık rejimlerinde çalışılmış olup, katkısız ve katkılı sır kullanılarak elde edilen numunelerin mikro yapıları taramalı elektron mikroskobu (SEM), faz analizleri X ışını difraksiyonu (XRD) ve mukavemet testleri Schimatzu AG-I 250 kN üç nokta eğme cihazı ile incelenerek karakterizasyonu yapılmıştır. SEM analizleri yüzey özelliklerinin partikül dağılımlarının ve genel morfolojinin değişimi ile ilgili bilgiler vermiş, final kompozisyonunun büyük değişimlere uğramadığını göstermiş ve bu bilgiler XRD analizleri ile desteklenmiştir. Yapılan katkılarla beraber sinterleme sıcaklığı 1080 °C'ye kadar çekilerek yapılan yöntemle düşük maliyetli çevre dostu seramikler üretilmiştir. Katkısız olarak standart sır numunelerinin pişirme sıcaklığı endüstride 1200 °C'de yapılmakta olup bu sıcaklıkta basınç dayanımı 416.288 N/mm2 olarak ölçülmüştür. %5 ZnO ve %5 H3BO3 katkılı seramik numunelerinde ise daha düşük sıcaklıkta (1080 °C'de) daha yüksek basınç dayanımları (sırasıyla 425.938 ve 463.097 N /mm2 ) elde edilmiştir. Ayrıca basınç dayanımlarına ek olarak katkılı seramik örneklerinin antimikrobiyal aktiviteleri de incelenmiştir. Bu amaçla katkısız sır kullanılarak elde edilen seramik bünyelerinde Pseudomonas aeruginosa (P.a.) ve Staphylacoccus aureus (S.a.) bakterilerinin ekimi yapılmış olup, inkübasyon sonrası 3.5x105 bakteri sayısı belirlenmiştir (Negatif kontrol). Daha sonra sır numunelerine önce %0.2 AgNO3 katkısı [inhibisyon oranı (IO): P.a.= %29.58 ; S.a.= %4.65] ilave edilmiş  olup, takiben bu bünyeler üzerine sırasıyla %1 oranlarında TiO2 (IO: P.a. = %96.70 ; S.a. = %98.31), uleksit (IO: P.a. = %97.15 ; S.a. = %99.99) ve ZnO (IO: P.a.=%36.62 ; S.a.= %9.30) katılarak, 1200 °C de sinterlenmiş ve bakterilere karşı inhibisyon oranlarının arttığı tespit edilmiştir. Bu çalışmada, nanoteknolojik gelişmeler ışığında insan sağlığı için oldukça önem arz eden antibakteriyel özellik gösteren yeni seramik kaplama malzemelerinin üretimi ve karakterizasyonu yapılmıştır.

Abstract:
In this study, commercial ceramic glaze structures containing silica as a main component and Na, K, Ca oxides as flux provider, have been modified with different fillers, sintered at 1080 °C and 1200 °C and examined by chemical and physical techniques respectively. For this purpose, commercially available ceramic glaze solution obtained from Serel Ceramic Company, has been prepared with additional ingredients with different rates namely H3BO3, ZnO, pure boron, TiO2, ulexite and AgNO3 which can be introduced mechanically into the solution for a better mechanical resistivity. For determination of optimum sintering conditions at different temperature regimes has been studied, pure and doped samples have been analyzed with Scanning Electron Microscopy (SEM) for microstructures and by XRD for phase analysis and Schimatz AG-II 250 kN for three point bending test. SEM analysis provided information about the alteration of the surface properties with particle size distribution and overall morphology of the surface, these results indicated the final composition of samples was not undergo major changes and this information supported by XRD analysis. With the additive contribution sintering temperature was reduced to 1080 °C which can be highlighted as a method for low cost green ceramics. Industrial ceramics are sintered at 1200 °C and their pressure resistivity is measured as 416.288 N/mm2. Interestingly after additives; 5% ZnO and 5% of H3BO3 in a lower temperature (1080 °C), ceramic samples have better compressive strengths (425.938 and 463.097 N/mm2 respectively). Moreover, in addition to the compressive strength, the antimicrobial activity of ceramic samples was examined. For this purpose the bacteria; Pseudomonas aeruginosa (P.a) and Staphylacoccus aureus (S.a) were inoculated on pure ceramic body and after the incubation 3.5x105 bacteria was count (Negative control). Then firstly 0.2% AgNO3 was added to glaze samples as a additive [Inhibition ratio (IR): P.a. = 29.58% ; S.a. = 4.65%) and then following TiO2 (IR: P.a. = 96.70% ; S.a.= 98.31%), ulexite (IR: P.a. = 97.15% ; S.a. = 99.99%) and ZnO (IR: P.a.= 36.62% ; S.a.= 9.30%) were added at a rate of 1% on this structure, respectively, samples sintered at 1200 ° C and result showed that the inhibition rates against to bacteria was increased. In this study, new ceramic tile showing significant antibacterial activity that important for human health was produced and characterized in the light of the nanotechnological developments.