Farklı formülasyonlarda çinko borat ilavesinin sentetik otomotiv boyasının yanmazlık özelliği üzerindeki etkileri
Effects of zinc borate supplementation in which different formulations  on synthetic automotive paint's nonflammability
Yazar: ZEYNEP GÜVEN
Danışman: DR. ERTUĞRUL ERKOÇ
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Çinko borat = Zinc borate

Özet:
Gelişen teknoloji ve artan sanayileşme ile birlikte, ülkemizde ve dünyada fonksiyonel malzeme bulma arayışında bor elementi büyük önem arz eden vazgeçilmez kaynakların başında gelmektedir. İçinde bulunduğumuz çağ, insan sağlığına zarar vermeyen, aynı zamanda herhangi bir tehlike anında koruma görevi gören veya yapısı gereği olası tehlikeleri sınırlandırarak durumun kolaylıkla kontrol altına alınmasını sağlayabilen yangına dayanıklı malzemelere olan ihtiyacı açıkça göstermektedir. Alev geciktirici katkı maddesi olarak birçok farklı alanda oldukça geniş bir kullanım alanına sahip olan bor bileşiklerinden çinko borat bu ihtiyacı karşılayabilecek niteliktedir.
Bu çalışmada, çöktürme yöntemi kullanılarak üretilen farklı formülasyonlara sahip çinko borat bileşiklerinin, otomotiv sektöründe son kat otomotiv boyası olarak kullanılan sentetik otomotiv boyasına ilavesinin, boyanın yanmazlık özelliği üzerindeki etkilerinin gerekli deneysel yöntemler ile incelenmesi ve otomotiv boyasında alev geciktirici katkı maddesi olarak kullanılabilecek en uygun çinko borat formülasyonunun elde edilmesi amaçlanmıştır.
Bu amaç doğrultusunda çinko borat bileşikleri belirlenen Zn/Boraks Dekahidrat oranlarında, çöktürme yöntemi kullanılarak, oda sıcaklığında (22℃) ve 1000 rpm'lik karıştırma hızında üretilmiş ve üretilen bileşiklerin karakterizasyonu için ICP-OES, FTIR, XRD, SEM ve TGA analizleri gerçekleştirilmiştir.
Yapılan FTIR, XRD ve SEM analizleri, üretilen çinko borat bileşiklerinin yapısal olarak standart çinko borat bileşikleri ile benzerlik göstermekte olduğunu kanıtlarken, ICP-OES ve TGA analizleri düşük %B2O3 oranına sahip, bozunmaya oldukça düşük sıcaklıklarda başlayan çinko borat bileşiklerinin oluştuğunu göstermiştir. 
Çalışmanın ikinci kısmında, üretilen farklı Zn/Boraks Dekahidrat oranlarına sahip çinko borat bileşikleri, belirlenen miktarlarda sentetik otomotiv boyası ve çözücü karışımına ilave edilerek, farklı formülasyonlarda çinko borat içeren boya karışımları hazırlanmıştır. Hazırlanan boya karışımlarının yanmazlık ve yanmaya karşı dayanım özelliklerinin belirlenebilmesi için Yatay Yanmazlık ve LOI (Limiting Oxygen Index) testleri yapılmıştır. Bu testler, test edilen numunelerin sınırlayıcı alev geciktirici özelliğe sahip olduğunu göstermiştir.  
Yapılan çalışma; uygun sıcaklık ve yeterli karıştırma süresi sağlandığı takdirde, %B2O3 oranı ve termal dayanımı yüksek çinko borat bileşiklerinin daha etkin alev geciktirici özelliğe sahip olacağını göstermektedir. Homojen bir karışım sağlanarak boya içerisine katılacak en uygun çinko borat miktarının belirlenmesi, otomotiv boya sektöründe etkin olarak kullanılabilecek yüksek yanma dayanımına sahip katkı maddelerinin elde edilebilmesi için büyük önem arz etmektedir. Bu doğrultuda gerçekleştirilen çalışma, önemli çıktıların elde edildiği bir basamak görevi görmektedir.

Abstract:
With the developing technology and increasing industrialization, boron element is one of the indispensable sources in the search for functional material in our country and in the world. The era in which we are clearly shows the need for fire-resistant materials that do not harm human health and at the same time protect themselves in case of danger or limit the potential hazards by their nature. As a flame retardant additive, zinc borate, which is one of the boron compounds which has a wide usage area in many different areas, is able to meet this need.
The aim of this study is to investigate the effects of zinc borate supplementation in which different formulations produced by the precipitation method, on the synthetic automotive paint's nonflammability with the necessary experimental methods and to obtain the most useful formulation which can be used as a fire retardant additives in the automotive paint.
For this purpose, zinc borate compounds were produced at the determined Zn/Borax Decahydrate ratios by used the precipitation method at the 1000 rpm mixing speed and 22℃ room temperature and ICP-OES, FTIR, XRD, SEM and TGA analyzes were carried out for the characterization of the produced zinc borate compounds.
The FTIR, XRD and SEM analyzes showed that the produced zinc borate compounds were similar in structure to the standard zinc borate compounds, whereas the ICP-OES and TGA analyzes showed that the produced zinc borate compounds had very low % B2O3 content and very low decompositon temperatures.
In the second part of the study, the produced zinc borate compounds with different Zn/Borax Decahydrate ratios were added to the synthetic automotive paint and solvent mixture in the determined amounts and the new paint mixtures containing zinc borate in different formulations were prepared. Horizontal Flammability and LOI (Limiting Oxygen Index) tests were conducted in order to determine the fire and combustion resistance properties of the prepared paint mixtures. These tests showed that the samples tested had a limiting flame retardant property.
The study show that; when appropriate temperature and adequate mixing time are provided, zinc borate compounds which have high B2O3% and thermal resistance will have more effective flame retardant properties. The determination of the most suitable zinc borate content to be incorporated into the paint by providing a homogeneous mixture is of great importance for obtaining additives with high burning resistance which can be used effectively in automotive paint sector. The study carried out in this direction served as a step in which significant outputs were obtained.