Soda-kireç silikat camlar için korozyon önleyici asidik çözeltilerin geliştirilmesi ve performanslarının değerlendirilmesi

Soda kireç cam, dünyada en yaygın üretilen silikat cam türü olup, özellikle nemli ve yüksek sıcaklık içeren ortamlarda depolandığında veya taşındığında korozyona karşı oldukça hassastır. Soda kireç camlar, diğer silikat cam türleri arasında içerdiği yüksek alkali oksitler nedeniyle korozyona daha yatkındır. Silikat cam korozyonu alkali iyon difüzyonu ile ilişkilidir ve korozyon iki mekanizma ile meydana gelir; cam yüzeyinden iyon çıkışı (dealkalizasyon) ve ardından ağ yapısının çözünmesi olarak ilerler. Korozyona uğrayan camda gerçekleşen yüzey modifikasyonları dolayısıyla yapısal, optik ve mekanik özellikleri değişmektedir. Bu çalışmada, sıcak ve nemli koşullar altında cam yüzeyinde korozyon oluşumunu önlemek amacıyla üç set halinde formülasyonlar geliştirilmiş, cam yüzeylere kaplanarak performansları değerlendirilmiştir. Birinci deney setinde, organik asit (OAS), polimerik (PS) ve polimerik organik asit (POAS) çözeltilerinden oluşan üç asidik sulu kaplama sisteminin korozyon önleme performansı araştırılmıştır. İkinci deney setinde polimer türü, polimer konsantrasyonu ve fonksiyonel katkı maddeleri olarak çinko klorür ve sodyum metabisülfitin varlığı değiştirilerek sekiz farklı formülasyon hazırlanmıştır. Üçüncü deney setinde ise, azot katkılı grafen kuantum noktaları ve grafen oksit fonksiyonel katkı maddeleri ile beş farklı formülasyon hazırlanarak çalışmalar genişletilmiştir. Kaplamalar, püskürtme kaplama yoluyla soda kireç cam yüzeylerine uygulanmış ve ardından hızlandırılmış iklimlendirme koşullarına maruz bırakılmıştır (50 °C'de 400 veya 500 saat, %95 bağıl nem). İklimlendirme testi öncesi formülasyonların cam yüzeyiyle olan etkileşimleri (formülasyonların yüzey gerilimleri ve ıslatma açısı, kaplama topografisi, kaplama pürüzlülükleri, mekanik aşınma direnci) irdelenmiş, iklimlendirme testi sonrası cam yüzeylerinden kaplama katmanlarının çıkarılmasından sonra korozyon koruma performansı cam yüzey pürüzlülüğü (AFM Ra), su temas açısı, optik geçirgenlik, pusluluk ve nitel metilen mavisi boyama temelinde değerlendirilmiştir. Birinci deneysel çalışmada değerlendirilen kaplama çözeltileri içerisinde, polimerik organik asit (POAS) temelli formülasyonun cam yüzeyini en etkin şekilde koruduğu gözlemlenmiştir. Bu formülasyon, referans cam yüzeyine kıyasla yalnızca %33 oranında bir yüzey pürüzlülüğü artışı oluşturmuş, temas açısında sınırlı bir değişikliğe yol açmış ve optik özelliklerde göz ardı edilebilir düzeyde bir sapma meydana getirmiştir. Elde edilen bu bulgular, kaplama ile cam yüzeyi arasında gerçekleşen arayüz etkileşimlerinin yanı sıra kaplamanın homojen dağılımının, uzun vadeli korozyon dayanımında belirleyici olduğunu göstermiştir. Bu kapsamda, kullanılan polimer matrisin yapısı ile katkı bileşenlerinin türü ve oranları, sistemin genel performansı üzerinde doğrudan etkili olmuştur. İkinci deneysel aşamada ise formülasyonlar arasındaki karşılaştırmalı analizler sonucunda, polivinil alkol (PVA) bazlı kaplamaların, film bütünlüğü ve yüzey koruma açısından polietilen glikol (PEG) bazlı çözeltilere göre daha başarılı sonuçlar verdiği ortaya konmuştur. Özellikle, kaplama filmlerinin yüzey düzgünlüğü ve hidrofobik özellikleri ile korozyon direnci arasında doğrudan ve güçlü bir ilişki olduğu belirlenmiştir. Bu doğrultuda, PVA'nın çinko klorür (ZnCl₂) ve sodyum metabisülfit (Na₂S₂O₅) ile birlikte kullanıldığı formülasyon, tüm varyantlar arasında en yüksek antikorozif etkinliğe sahip sistem olarak öne çıkmıştır. Taber aşınma testi sonuçları, kaplama uygulanmamış soda kireç cam yüzeylerinin mekanik aşınmaya karşı oldukça savunmasız olduğunu ortaya koymuştur. Buna karşılık, POAS formülasyonu veya PVA'nın çinko klorür (ZnCl₂) ve sodyum metabisülfit (Na₂S₂O₅) ile birlikte kullanıldığı formülasyon ile kaplanmış cam numunelerinde ölçülen düşük pürüzlülük değerleri, söz konusu kaplamaların cam yüzeyini mekanik yüke karşı da etkin bir biçimde koruduğunu göstermektedir. Elde edilen bulgular, geliştirilmiş kaplama formülasyonlarının cam yüzey dayanıklılığını artırarak, mekanik aşınma kaynaklı hasarları minimize ettiğini ortaya koymaktadır. Üçüncü deneysel çalışmada ise soda-kireç silikat cam yüzeylerinin korozyona karşı korunması amacıyla polivinil alkol (PVA) bazlı kaplama formülasyonları, azot katkılı grafen kuantum noktaları (N-GQD), grafen oksit (GO), ZnCl₂ ve Na₂S₂O₅ gibi katkı maddeleri kullanılarak geliştirilmiş ve değerlendirilmiştir. Hızlandırılmış iklimlendirme testleri sonrası yapılan kapsamlı fiziksel, kimyasal ve optik analizler sonucunda, N-GQD ve ZnCl₂ içeren formülasyonların cam yüzeyinde üstün film homojenliği, yüksek hidrofobiklik ve etkili korozyon direnci sağladığı belirlenmiştir. Bu bulgular, karbon bazlı nano doldurucuların polimerik kaplamaların dayanıklılığını ve korozyon koruma performansını artırmada kritik bir rol oynadığını göstermektedir.