Yağ ve kir itici kaplamalar yalnızca tekstiller için değil kolay-bakım ve kolay- temizleme uygulamaları için de büyük bir ticari öneme sahiptir. Şimdiye kadar yağ ve yağ benzeri kirlerin nanosol kaplamalar kullanılarak itilmesi yalnızca florlanmış bileşikler tarafından nanosollerin modifiye edilmesi ile gerçekleştirilmiştir (Böhringer, 2002). Ancak pek çok tedarikçi, tekstil işletmeleri için florsuz yağ itici nanosol bitimine sahip olmayı talep etmiştir. Buna rağmen şimdiye kadar böyle bir ürün pazara girmemiştir.
Fiziksel temelleri esas alındığında florlu bileşikleri kullanmadan yağ itici bir yüzey oluşturmak imkansız olmalıdır. Yüzey ile temas haline getirilen sıvı bir madde tarafından yüzeyin ıslatılmasını önlemek için sıvı maddenin, ıslatılacak numunenin yüzeyinden daha düşük yüzey enerjisine sahip olması gerekmektedir. Tablo 2.3 ’te yağ-esaslı kirlerde baskın olan pek çok moleküler yapı bloğunun kritik yüzey gerilimi değeri gösterilmektedir. Ayrıca bu tabloda flor esaslı yağ itici blokların sahip olduğu değerler de verilmektedir. –CH3 ’ten daha düşük yüzey enerjisine neden olan tek fonksiyonel flor grupları –CF2- ve –CF3 ’tür. Tekrar hatırlatmakta fayda vardır ki, yüzeyin ıslanması ancak ıslatılacak yüzey ıslatıcı maddeden daha düşük yüzey enerjisine sahip ise önlenebilir. Tüm hidrokarbonlara karşı yeterli iticilik yalnızca flor bileşikleri ile başarılabilir. Daha yüksek yüzey enerjisine sahip bazı
yağlar tarafından ıslatılma daha düşük yüzey enerjisine sahip florsuz yüzeyler kullanılarak da belirli miktarda önlenebilir. Fakat bu iticilik sınırlı sayıda kir maddesiyle sınırlandırılmaktadır. Hatta doğada bulunan ve süper itici yüzeyler olarak isimlendirilen bazı örneklerden olan su teresi ve nilüfer bitkisi bile yağ itici yüzeyler yaratamayabilmektedirler. Bu sebepten bu doğal yüzeylerde –CF3 grupları bulunmamaktadır. Bununla birlikte florsuz yağ itici yüzeyler oluşturabilmek için pek çok yaklaşım araştırılmıştır. Bu yaklaşımlardan biri ön absorbe edilen polikatyonlar üzerine yerleştirilen hareket edebilir silika partiküllerine dayanmaktadır (Cousins ve ark., 2005).
Tablo 2.3: Farklı moleküler yapı bloklarının kritik yüzey gerilimi değerleri (Duschek, 2001)
Yüzey bileşeni Kritik yüzey gerilimi [mN/m]
-CF3 6
-CF2- (politetrafloroetilen, “düz florokarbon zinciri) 18
-CH3 (oryante parafin) 24
Silikon 24
-CH2- (polietilen) 31
Nanosol esaslı yağ itici kaplamaları oluşturabilmek için perfloroalkilsilanlar (örneğin trifloropropiltrimetoksisilan) ve florlanmış yan zincir ile veya florlanmış yüzey aktif madde ile polisiloksanlar gibi florlanmış aditifler kullanılmıştır (Satoh ve ark., 2004; Textor ve ark., 2001a, 2001b). Florlanmış alkil-alkoksi bileşikleri aditif olarak faydalı olmalarının yanı sıra aynı zamanda kaplama maddesi olarak kullanılan florlanmış polimerize partiküllere neden olan polikondenzasyon reaksiyonlarında başlatıcı madde olarak da kullanılabilmişlerdir (Akamatsu ve ark., 2001). Florlanmış bileşikler ile kombinasyon genellikle, florlanmış bileşiklerin nanosol içerisindeki düşük çözülebilirlikleri (özellikle sulu sistemlerde) ile sınırlanmaktadır. Bu sebepten genellikle; florlu bileşiklerin çözülebilirliğini artıran hidrofil grupları ile modifiye edilmiş floro-yüzey aktif maddeleri veya aminoalkil yan zincirleri ve florlanmış zincirler içeren polisiloksanlar kullanılmaktadır. Nanosoller ile düşük yüzey enerjisinde yüzeyler hazırlamak için kullanılabilen flor içeren yüzey aktif maddenin seçimi Şekil 2.18 ’de gösterilmektedir.
Şekil 2.18 : Yağ itici kaplamaları oluşturabilmek için nanosol modifikasyonunda kullanılan floro-yüzey aktif maddelerinin seçimi
Nanosollerin modifiye edilmesi durumunda kaplamanın kalıcılığı için önemli olan sol modifikasyonunun kaplamanın adhezyonunu etkilememesidir. Bir çalışmada nanosollerin, az miktarda aminopropiltrietoksisilan ile kombine perfloroalkilsilanlar ve metilalkoksisilanlardan hazırlanmasının avantajlı olduğu bildirilmiştir. Bu şekilde hazırlanan nanosollerdeki aminopropil grupları, kaplamanın işlem gören tekstil malzemesine adhezyonunu geliştirmiş ve iyi yıkama haslıkları sağlamıştır (Zhang ve ark., 2006).
Flor modifiye sollerin uygulanması ile tekstillere, yağ esaslı veya yağ içeren pek çok kire ve suya karşı mükemmel iticilik özelliklerinin kazandırılabileceği bulunmuştur. Konvansiyonel florokarbon uygulanmadan önce, bir silika sol ile tekstil materyaline ön işlem yapıldığında mükemmel derecede su ve yağ itici yüzeyler elde edildiği bildirilmiştir. Ayrıca, silika sol ile ön işlem gören tekstil materyalinin iticilik özelliklerinin yıkama işleminden sonraki kalıcılık değerlerinin ön işlem uygulanmayan tekstil materyalininkine göre geliştirilmiş olduğu bulunmuştur (Yeh ve ark., 2007a ve 2007b).
Şekil 2.19 ’da farklı hidrofob ve/veya oleofob nanosoller ile bitim işlemi gören tekstillerin fotoğrafları gösterilmiştir. Tekstiller, gündelik kullanımı yaygın olan farklı kirler ile lekelendirilmiştir. İşlem görmeyen kumaş; su, kahve, şarap ve yağ ile kirlenirken alkil modifiye yüzeyler; su esaslı kirlere karşı korunmuştur. Ancak yalnızca flor modifiye örnekler hidrokarbon esaslı yağları itebilmiştir. Şekilde görüldüğü gibi floro-yüzey aktif maddeler ile modifiye edilen bir sol ile işlem gören
örnekler mükemmel yağ itici özelliğe sahip olurken, su esaslı maddelerle tamamen ıslanmıştır. Bu olay, florlanmış alkil zincirlerinden ve hidrofil gruplardan oluşturulan floro-yüzey aktif maddelerin amfifilik yapısı ile açıklanabilmektedir.
Şekil 2.19 : Farklı şekillerde modifiye edilen soller ile muamele edilen pamuklu kumaşlara damlatılan farklı kirler. (Fotoğraflar, damlanın kumaş üzerine
uygulanmasından 2 dakika sonra çekilmiştir. )
Ameliyat boyunca ameliyathanelerde giyilen tekstillerden oldukça fazla özellik istenmektedir. Örneğin bu tekstiller; koruyucu kıyafet olarak kan penetrasyonunu önlerken aynı zamanda cerrahların saatlerce çok konsantre bir şekilde çalışmasını sağlamak için mükemmel giyim konforuna da sahip olmalıdırlar. Bu nedenle florlanmış nanosoller, hastane tekstilleri için de kullanılabilen poliamid kumaşların iticilik özelliklerini geliştirmek üzere test edilmişlerdir. Test sonucunda; sol-jel esaslı bitim işlemlerinin mükemmel iticilik sağlama konusunda ümit verici olduğu fakat kumaşın sertliğini (stiffness) ve nefes alabilirliğini az miktarda etkileyebildikleri görülmüştür.
Bir çalışmada; silika sol ile işlem gören kumaşlara uygulanan su buharı transportunun iyi sonuçlar verdiği bildirilmiştir (Rische ve ark., 2003). Dolayısıyla hava geçirgenliğinin ve nefes alabilirliğin korunması ve gelişimi iticilik bitim işleminin uygulanmasından sonra bile beklenmektedir. Buna ait veriler Şekil 2.20 ’de ve Şekil 2.21 ’de gösterilmiştir.
Şekil 2.20 : Ameliyathanelerde giyilen kıyafetlerin üretiminde kullanılan poliamid kumaşlara uygulanan florlanmış nanosol kaplamaları ve kaplamalarda kullanılan
nanosolün katı içerik miktarına göre kumaşların su alımı ve eğilme uzunluğu değerleri
Şekil 2.21 : Ameliyathanelerde giyilen kıyafetlerin üretiminde kullanılan poliamid kumaşlara uygulanan florlanmış nanosol kaplamaları ve kaplamalarda kullanılan
nanosolün katı içerik miktarına göre kumaşların hava geçirgenliği değerleri Test edilen kumaşların su alımı florlanan nanosollerin çok düşük miktarları kullanıldığında bile minimum düzeye azaltılabilirken eğilme sertliği (stiffness in bending) bir miktar artmıştır (Şekil 2.20). Hava geçirgenliği bakımından bitim işlemi gören tekstiller, uygulanan nanosol yeterince seyreltildikçe artan bir geçirgenlik bile göstermiştir (Şekil 2.21). Dolayısıyla; daha yüksek katı içeriğe sahip nanosollerin
kullanımı sertliği artırıp hava geçirgenliğini azaltırken iticiliği önemli miktarda artırmayacaktır.
Hsieh ve arkadaşları (2009) ilave düşük yüzey enerji muamelelerine ihtiyaç duymaksızın süper su ve yağ itici silika esaslı kaplamalar sentezlemek için tek-adımlı bir kaplama tekniği geliştirmişlerdir. Kaplanan Si levha (wafer) üzerinde yapılan yüzey topografi çalışmaları, 20 nm çapındaki küresel silika nanopartikülleri yığılmasının birincil yüzey pürüzlülüğünü oluşturduğunu göstermiştir. Silika kaplamasında florun silikaya atomik oranının su ve yağ iticilik özelliğinde önemli rol oynadığı belirlenmiş ve optimum oran olan F/Si: 2,13 değerinde en iyi su iticilik (168,1o) ve yağ iticilik (165,2o) değeri elde edilmiştir. Sonuç olarak; bu tek adımlı proses ile üretilen multifonksiyonel nanokaplamaların, polimerik ve esnek altlıklara süperhidrofob ve süperoleofob özellikler kazandırma potansiyeline sahip olduğu bulunmuştur.