TUĞLA VE ÇATI KİREMİTLERİNİN FOSFOR IŞILDAMALI SIRLARLA KAPLANMASI APPLICATION OF PHOSPHORESCENCE GLAZES ON BRICKS AND ROOF TILES

Transkript

1 TUĞLA VE ÇATI KİREMİTLERİNİN FOSFOR IŞILDAMALI SIRLARLA KAPLANMASI APPLICATION OF PHOSPHORESCENCE GLAZES ON BRICKS AND ROOF TILES Bekir KARASU, Güray KAYA, Özlem ÖZKARA Anadolu Üniversitesi, Seramik Mühendisliği Bölümü, İki Eylül Kampüsü, Eskişehir- Türkiye Ürün çeşitliliğini arttırma yönünde gerek ulusal tuğla-kiremit sektörünün bakış açısında gerekse bilimsel çalışmalarda son zamanlarda önemli bir değişim gözlenmektedir. Bu tür bünyelere pek çok iyileştirilmiş özellik kazandıran sırların geliştirilip uygulanması artık yeni bir olgu karakteri taşımaktan çıkmaktadır. Kalite artışıyla birlikte hem işlev hem de albeninin kombine edildiği fosfor ışıldama kapasitesine sahip sırların tuğla ve çatı kiremitlerinin kaplanmasında kullanımı yerli ürünler açısından bambaşka bir anlam ifade etmektedir. Bu çalışmanın sonuçları yeni geliştirilen, örtücü karakterinin yanı sıra gece karanlığında fosfor ışıldaması sergileyen sırların tuğla ve kiremit üreticilerince pek çok açıdan kolaylıkla değerlendirilebileceğini göstermiştir. In the way of increasing variety of products both the approaches of national brick and roof tile industries and scientific researches have recently changed for good. The development and application of glazes which bring a number of improved properties to such bodies are no longer a new occurrence. The use of phosphorescence glazes on brick and roofing tile supplies high quality and also attracts costumer s attention. It is thought that such application will result in a breakthrough for national relevant industries. With the current study it was determined that newly developed, low temperature, fluorescence ability bearing glazes can be easily employed by brick and roof tile producers for various purposes. 1.GİRİŞ Geleneksel seramiklere mekanik mukavemetin ve kimyasal dayanımın yanı sıra dekoratif bir görünüm kazandırmak amacıyla yapılan sır uygulamaları son yıllarda popülerliğini arttırmıştır. Gelişen ve ilerleyen teknolojiye paralel olarak, yaşam kalitesi de her geçen gün yeni gereksinimleri ve beklentileri talep etmektedir. Tuğla-kiremit alanında da müşteri isteklerini karşılayacak bir ürün kalitesi ve alışılmışın ötesinde seçenekler türetmek için çeşitli çalışmalar yapılmaya başlanmıştır (1-4). Tuğla-kiremit bünyelerin orijinal renklerinin uygun sırlarla örtülüp son tabaka olarak ta fosfor ışıldaması özelliğine sahip sırlarla kaplanması ülkemiz için yepyeni bir adımdır. Bu uygulama sayesinde estetik ve dekoratif görünümle birlikte çok işlevli kaplamaların eldesi hedeflenmiştir.

2 Günümüzde pek çok sektör yüksek parlaklık veren, güvenilir bir kullanım arz eden, ısı, atmosfer koşulları ve çeşitli kimyasallara karşı dayanıklı, aynı zamanda fosfor ışıldaması gösteren malzemeler geliştirmek üzere çalışmalar yapmaktadır. Üretilen fosforesans tozlar, gün ışığı yada belli dalga boyutundaki ışınları absorbe edip, karanlıkta fosfor ışığı yayma özelliğine sahiptirler. Ancak, yüksek sıcaklıkta bozunup, ışın depolama ve ışıldama yeteneklerinin azalması en büyük dezavantajlarıdır. Bu tozlar kullanılarak geliştirilen ürünler, flüoresan ışığı altında 30 dk. tutulduğunda, fosfor parlaklığını 8 saat koruyabilmektedir (5-6). Mevcut çalışmada Eskişehir Kılıçoğlu Kiremit Fabrikası ndan sağlanan minyatür tuğla ve kiremit altlıklar üzerine bünye rengini tamamen örtecek, bünye ile uyumlu bir düşük sıcaklık opak sırı geliştirilmiştir. Söz konusu sıra renklendirici ilâveleri yapılarak, farklı renklerde sırlar üretilmiştir. Daha sonraki kademede, pişirilen sırlı tuğla ve kiremitler, karanlıkta mavi, yeşil ve eflatun renk verme özelliğine sahip fosfor tozları içeren şeffaf sırlarla kaplanmıştır. Son ürünlerin mikro-yapısal incelemeleriyle bünye ve sır katmanları arasında meydana gelen etkileşimler ve fosforlu sıra bu özelliğini veren kristaller araştırılmıştır. 2. MALZEME VE YÖNTEM 2.1. Fosfor tozlarının hazırlanması Fosfor ışımalı toz üretimi için gerekli hammaddelerin hassas bir biçimde tartımları yapılıp yığınlar eksensel değirmende 2 saat yaş öğütmeye tabi tutulmuştur. Değirmen işlemi sonrası karışımlar 105 o C de 1 gün kurutulmuş, elde edilen tozlar porselen krözelere yerleştirilip N 2 +H 2 bileşimli gaz atmosferinde kontrollü olarak 1350 o C de 2 saat pişirilmişlerdir (7) Numune hazırlama Bütün sır denemeleri, daha öncede belirtildiği gibi minyatür altlıklar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bir düşük sıcaklık opak firiti ve uygun sır hammaddeleri kullanılarak (Çizelge 1) toplam 20 farklı sır yığını hazırlanıp bilyeli değirmenlerde dk. yaş öğütmeye tabi tutulmuştur. Renklendiricilerin kullanımı hâlinde boyalar öğünme süresinin son 5 dakikasında değirmene ilâve edilmişlerdir. Temsili altlıklar üzerine püskürtme yöntemiyle uygulanan sırlar, daha sonra kurutularak maksimum 1350 o C ye çıkabilen Nabertherm marka elektrikli fırında o C sıcaklık aralığında 4 saat pişirilmiştir (Çizelge 1). Üst tabaka olarak, dekoratif pişirim gerektiren fosfor ışıldamalı sır çalışmaları yapılırken örtücü katman için OKS6 sırı esas alınmış ve bileşimine % 0,2 kobalt oksit, % 0,4 ve 0,8 bakır oksit, % 2 çinko oksit-alüminyum hidroksit-krom oksit-asit borik esaslı pembe renk verici boya ayrı ayrı seriler hâlinde eklenmiştir. OKS6 sırıyla kaplı pişmiş altlık üzerine, belli oranlarda şeffaf firit, kaolen ve farklı sistemlerden fosfor tozlarını içeren (% 5) harmanların alümina bilyeli değirmende 20 dk. yaş öğütülmüş uygun tane boyut dağılımlı sır çamurları, püskürtme yöntemiyle

3 uygulanmış son olarak ta numuneler kurutularak Nabertherm marka hızlı pişirim fırınında 870 o C de pişirilmişlerdir. Burada sadece SrAl 2 O 4 : Eu, Dy sistemli ticari fosfor tozu içeren karışımlara ait sonuçlar sunulmaktadır. Çizelge 1. Tuğla-kiremitlerin sırlanmasında kullanılan hammaddeler ve uygulanan pişirim sıcaklıkları Table 1. Raw materials of glazes used on bricks and roof tiles and gloss firing temperatures applied Sır Kullanılan Hammaddeler Pişirim Sıcaklığı ( o C) OKS1 Opak firit, kaolen, halloysit 900 OKS2 Opak firit, kaolen, halloysit, korund, ZnO, 900 OKS3 Opak firit, kaolen, halloysit, korund, ZnO, bor atığı, boraks 900 OKS4 5 ve 6 Opak firit, kaolen, halloysit, korund, ZnO, Na 2 CO X-ışınları kırınım (XRD) analizi Pişirim sonrası temsili tuğla ve kiremit sırında oluşan kristal fazları kalitatif olarak tespit etmek için XRD tekniğinden yararlanılmıştır. İncelemede Rigaku Rint 2000 (Japonya) marka bir XRD difraktometre cihazından faydalanılıp 5 o -70 o 2θ aralığında analizler gerçekleştirilmiştir Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçılımlı x-ışınları spektrometresi (EDX) Bünye-örtücü sır-fosforlu sır ara yüzey özellikleri CamScan 3 (Cambridge, İngiltere) tipi bir SEM vasıtasıyla belirlenmeye çalışılmıştır. Uygun seramografik teknikler (vakum altında reçine ile kalıba alma, parlatma vs.) kullanılarak hazırlanan numuneler geri saçılımlı elektron (BE) modunda gözlemlenmiştir. Mikro-yapıyı oluşturan farklı fazların kimyasal analizler ise SEM e bağlı bir EDX spektrometresi [Linkpentafet tipi (Model: 5108) Oxford Instruments, İngiltere] ile sağlanmıştır. 3. DENEYSEL BULGULAR OKS1, 2 ve 3 kodlu sırlar sır çekmesi, kavlama ve sır toplanması gibi hatalar göstermelerinden dolayı tuğla ve kiremitlerin kaplanmasında bekleneni veremezken bu açıdan en iyi sonuç OKS6 dan alınmıştır. OKS6 ya ilâve edilen kobalt oksit (% 0,2) çok canlı bir mavi renk, bakır oksit (% 0,8) açık yeşil ve pembe boya (% 2) da parlak pembe rengin oluşumunu sağlamıştır. Düşük miktarlarda metal oksit ve pigment kullanımıyla istenilen renklerde opak sırlar elde edilmiştir. ŞFS1 kodlu % 5 ticari fosfor tozu içeren sırın, OKS6 sırı ile pişirilmiş bünyeler üzerine uygulanmasıyla elde edilen bir numuneye ait ara yüzey görüntüsü Şekil 1 de verilmiştir. Şekilden üç tabakanın da uyumlu biçimde birbirleriyle etkileştikleri görülmektedir.

4 Şekil 1. ŞFS1 kodlu % 5 ticari fosfor tozu içeren sırın (üst tabaka), OKS6 sırı (orta tabaka) ile pişirimi gerçekleştirilmiş kiremit bünye (alt tabaka) üzerine uygulanması sonucu elde edilen temsili numuneye ait ara yüzeyin BE SEM görüntüsü. Figure 1. Back scattered electron (BE) SEM image taken from the interlayer between ŞFS1 glaze containing 5 % commercial phosphorescence powder (on the top), OKS6 glaze (in the middle) and conventional roof tile body (at the bottom). Örtücü sırdaki (OKS6) beyaz renkli ince tanelerin zirkon (ZrSiO 4 ) kristalleri olduğu belirlenmiştir (Şekil 2). Şekil 3 de ŞFS1 sırına ait mikro-yapı görüntüsü sunulmaktadır. Yapılan XRD ve EDX analizi sonucu fosfor ışımasının stronsiyum alüminat (SrAl 2 O 4 ) kristallerince sağlandığı tespit edilmiştir (Şekil 3). Bünyenin içerdiği fazlar hakkında daha önceki çalışmalarda (1-2) detay bilgiler sunulduğundan burada değinilmemiştir. Şekil 2. Şekil 1 de verilen OKS6 sırındaki beyaz renkli ince kristallerin zirkona ait olduğunu gösteren EDX analizi sonucu. Figure 2. EDX analysis result of white coloured fine crystals belonging to zircon in OKS6 glaze seen in Fig. 1.

5 (a) (b) Şekil 3. (a) ŞFS1 kodlu % 5 ticari fosfor tozu içeren sırın BE SEM görüntüsü, (b) Beyaz renkli kristallerin stronsiyum alüminata ait olduğunu gösteren EDX analizi sonucu. Figure 3.(a) BE SEM image taken from ŞFS1 glaze containing 5 % commercial phosphorescence powder, (b) EDX results of white coloured crystals belonging to strontium aluminate. 4. TARTIŞMA ZnS: Cu sistemi, fosfor ışığı yayan malzeme olarak uzun zamandan beri bilinmektedir, fakat kullanıldığı uygulamalarda sağladığı parlaklığın ve sürekliliğin sınırlı olması, görünür fosfor etkisinin birkaç saatten fazla korunamaması, fosforesans parlaklığın kolayca bozulması (8) bu handikapları aşan başka sistemlerin geliştirilmesi üzerine pek çok çalışmanın yapılmasına yol açmıştır. Son yıllarda farklı renklerde uzun süreli ışık yayabilen fosfor sistemleri bulunmuştur (7). Bu yayında bildirilen fosforlar SrAl 2 O 4 : Eu, Dy ve Sr 4 Al 14 O 25 : Eu, Dy sistemi malzemeleridir. Yapılan denemeler ilgili fosforların sıcaklık artışıyla birlikte kararlılıklarının azaldığını göstermektedir. Böylesi bir davranış SrAl 2 O 4 deki Eu +2 nin yüksek sıcaklıkta oksitlenerek Eu +3 formuna dönüşüp indirgen haldeki ışıma kapasitesini kaybetmesiyle açıklanmaktadır. SrAl 2 O 4 : Eu +3 fosfor, mor ötesi ve görünür ışın uyarımıyla ışığı yayamadığından, fosforesans karakteristiği taşımamaktadır (9). Bu durum kullanım sıcaklığını doğal olarak sınırlamaktadır. Tuğla ve kiremit rengini örtücü nitelikteki, düşük ergime sıcaklığına sahip beyaz opak sırın geliştirilmesinin yanı sıra mavi, yeşil ve eflatun renkli fosfor ışıması verebilen boyaların % 5 lik katkılarıyla ŞFS1 sırı sentezlenip 870 o C de yapılan dekorasyon pişirimleriyle OSK6 sırının gün ışığında sahip olduğu renklerin son ürünün oda şartlarında 2 saat flüoresan ışık altında bekletilmesi sonucu karanlıkta 24 saat süresince fosforlu versiyonları elde edilmiştir. İki yönlü mevcut çalışmayla hem tek pişirim esnasında bünyeyle sorunsuz olgunlaşan zemin sırı elde edilmiş hem de yine düşük sıcaklıkta hızlı dekorasyon pişirimi ile çok işlevli kullanılabilecek dekoratif son ürüne geçilmiştir. Mikro-yapı analizleri fosfor ışımasını stronsiyum alüminat kristallerinin sağladığını belirlemiştir.

6 5. GENEL SONUÇLAR Uygun sır kombinasyonuyla geleneksel tuğla ve kiremitlerin kırmızı renkleri herhangi bir süreç parametresi değişimine gerek kalmadan 970 o C de tek pişirimle kapatılabilmektedir. Bu açıdan OKS6 sırı geliştirilmiştir. Örtücü sır ve fosfor özelliğine sahip sırların kombinasyonuyla çeşitli renklerde fosforesans özelliğine sahip yeni bir ürün elde edilebileceği görülmüştür. Bu çalışmada kullanılan fosfor ışıldamalı tozlarda ışımanın stronsiyum alüminat kristallerince sağlandığı belirlenmiştir. Günümüzde ucuz olarak üretilip satılan kiremitlerin böylesi sırlarla kaplanması maliyeti arttırıcı etken gibi görünse de kiremitlere kazandırılan yeni özellikler sayesinde ürünün albenisinin arttırılacağı düşünülmektedir. KAYNAKÇA 1. Karasu, B., Kara, A., Çatı Kiremitlerine Uygun Renkli Sırların Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu, I. Uluslararası Eskişehir Pişmiş Toprak Sempozyumu Bildiriler Kitabı, , (2001). 2. Karasu, B., Kara A., Bazı Ticari Japon Renkli Kiremit Sırlarının Karakterizasyonu, V. Uluslararası Katılımlı Seramik Kongresi Bildiriler Kitabı, , (2001). 3. Karasu, B., Akgün, E., Çatı Kiremitlerine Sır Uygulamaları, IV. Seramik Kongresi, Bildiriler Kitabı, 73-78, (1998). 4. Akgün, E., Çatı Kiremitlerinin Renkli Sırlarla Kaplanması, Anadolu Üniversitesi, Seramik Mühendisliği Bölümü, Bitirme Tezi, (1999). 5. Murazaki, Y., Arai, K., Ichinomiya, K., Tomaki, H., Oishi, T., The Fourth International Display Workshops, IDW 97 Advance Program, Tokyo, Japan (1997). 6. Tile Glows 8 Hours After 3 Hr Light Storage, Techno Japan, 31 (11), 71 (1998). 7. Karasu, B., Kaya, G., Flüoresans Özellikli Sır Kompozisyonlarının Geliştirilmesi, TÜBİTAK Seramik Araştırma Merkezi (SAM) Proje Raporu, P/ , (2002). 8. Karasu, B., Özkara, Ö., Cam ve Seramik Sanayiinde Kullanılan Fosfor Esaslı Malzemeler, Metalürji, TMMOB Metalürji Mühendisleri Odası, 23, Sayı/No:121, 28-32, (1999). 9. Matsuzawa, T., Takeuchi, N., Aoki, Y., Murayama, Y., J. Electrochem., 143 (1996).