Nano Kalsit Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey

Nano kalsit, CaCO₃ formülüyle temsil edilen, karbon, oksijen ve kalsiyum içeren bir kimyasal bileşiktir. Nanoteknolojinin gelişimiyle önem kazanan bu madde, çeşitli endüstriyel alanlarda, özellikle ilaç ve diş hekimliği gibi sektörlerde onarım ve iyileştirme süreçlerine katkıda bulunur. 

Nano kalsit, nano boyutta olması sebebiyle yüksek performanslı malzeme özellikleri gösterir ve bu özellikleriyle birçok araştırma ve endüstriyel uygulamada kullanılır. Nanografi tarafından geliştirilen yüksek performanslı nano kalsit gibi nanomalzemeler ve bunların gelişimi, nanoteknolojinin önemli bir parçasıdır.

Giriş

Nanoteknolojideki gelişmeler, çeşitli sektörlerde nano kalsitin incelenmesini kolaylaştırmıştır. Bu nano boyutlu malzeme, kalsiyum karbonat minerallerinin daha geniş bir kategorisinden ayrılır ve mikroskobik ölçeğiyle dikkat çeker. Gelişmiş malzeme bilimi, enerji depolama ve nanoelektronik gibi genellikle kalsiyum karbonatla ilişkilendirilmeyen alanlarda potansiyeli nedeniyle nano kalsit giderek daha fazla tanınmaktadır. Nano kalsit partiküllerinin küçük boyutu, bu son teknoloji alanlarda yenilikçi çözümler geliştirmek için araştırmacılara benzersiz fiziksel ve kimyasal özellikler sunar.

Nano Kalsitin Doğası

Kalsiyum karbonat, nano kalsitin temel elementidir ve doğada özellikle kireçtaşı formunda bulunur. Ayrıca, salyangozlar, kaplumbağalar ve diğer deniz canlılarının sert kabuklarına katkıda bulunur. Kömür topları, yumurta kabukları ve benzeri nesnelerin büyük bir kısmı da kalsiyum karbonattan oluşur. Bu mineral, çeşitliliğe bağlı olarak farklı şekil ve boyutlarda bulunabilir. Bilim insanları, insan vücudundaki kalsiyumun osteoporoz gibi hastalıklarla mücadelede önemli faydaları olduğunu keşfetmişlerdir. Kalsiyum karbonatı oluşturan elementler, çeşitli kalsiyum karbonat minerallerini meydana getirecek şekilde farklı biçimlerde düzenlenebilir. En yaygın kalsiyum karbonat formu altıgen yapıdaki kalsittir. Altıgen formun yanı sıra, daha az yaygın olan aragonit, prizmatik, skalenohedral, eşkenar dörtgen ve gizli iğne veya ortorombik kristal morfolojilerinde de bulunabilir. Kalsiyum karbonatın bir diğer nadir formu ise yapısal olarak stabil olmayan vaterit mineralidir.

Şekil 1: CaCO3 nanopartiküllerinin farklı polimorfları.

Nano Kalsit Üretimi

Nano kalsit, tarihsel olarak onlarca yıldır, özellikle 19. yüzyıldan itibaren ticari bir ürün olarak kullanılmaktadır. İlk üretimi Birleşik Krallık'ta gerçekleşti; burada potasyum klorat üretiminden arta kalan kalsiyum klorür, soda külü ve CO2 işlenerek "çökelmiş tebeşir" üretildi. Daha sonra aynı yüzyılda "milk of lime" adı verilen bir prosesi kullanan yeni bir üretim şirketi kuruldu. Bu sistem, günümüzde Performans Mineralleri Grubu'nun (PMG) bir parçasıdır. 1938 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde CK Williams şirketi, maden bazlı kireçtaşı kullanarak hassas kalsiyum karbonat (PCC) üretimine başladı. Şirket, aynı yüzyılda satın alındı ve 1992 yılında SMI'nın PMG'sine dahil edildi.

Nano kalsit genellikle "milk of lime" işlemiyle üretilir. Bu işlem, sulu kirecin doğrudan karbonatlanmasını içerir:

1. %100 saf kalsiyum karbonat kayası çıkarılır.

2. Kaya, işlenmek üzere daha küçük parçalara bölünür.

3. Kırılan kayalardaki yabancı maddeler ayrıştırılır.

4. Saflıkta olan kayalar, CaCO3, CaO ve CO2'yi ayırmak için 1850°F'te ısıtılır (CaCO3 + ısı = CaO + CO2).

5. Elde edilen kireç, kalsiyum hidroksit oluşturmak için az miktarda suyla karıştırılır.

6. Karışımdan diğer yabancı maddeler ayrılır.

7. Karbon dioksit, kirece eklenir ve buharlaşarak çözünmeyen kalsiyum karbonatın yeniden oluşumunu sağlar.

8. Yine diğer yabancı maddeler ayrıştırılır.

Ticari ölçekte üretim, istenen şekil, boyut, yüzey alanı ve kimyaya ulaşmak için çok sayıda işlem gerektirdiğinden karmaşık olabilir.

Nano kalsit, kireçtaşı (yüksek saflıkta bir kalsiyum karbonat kayası) kullanılarak üretilir. Kireçtaşı minerali, deniz hayvanı kabuklarının ve iskeletlerinin birleşimiyle oluşur ve yüzyıllar boyunca aşırı sıcaklık ve basınca maruz kalarak yüksek saflıkta kalsiyum karbonata dönüşür. Diyajenez sürecinde safsızlıklar ve organik maddeler ayrılır, uzun süreli kristal oluşumu gerçekleşir. Metamorfoz ise düşük sıcaklıkta gerçekleşir. Nano kalsitin çeşitli formları, yapıştırıcılardan plastiklere, besin takviyelerine kadar birçok alanda kullanılmasını sağlar.

Şekil 2: Milk of lime üretim sürecinin örnek modeli.

Nano Kalsit Uygulamaları

Nano kalsit, benzersiz özellikleri sayesinde özellikle endüstriyel boya ve plastik üretiminde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bilim insanları, bu elementin daha fazla keşfi ve anlaşılması üzerine çalıştıkça, kimyasal, biyolojik ve endüstriyel alanlardaki kullanımı da artmaktadır. Bu bölümde, nanokalsitin bu uygulama alanları detaylı bir şekilde incelenecektir.

Nano Kalsitin Endüstriyel Uygulamaları

Plastik endüstrisi, nano kalsitin talebini önemli ölçüde artıran ana etkenlerden biridir. Plastik sektörünün gelişimi, bu ürüne olan talebi büyük ölçüde artırmaktadır. Dünya çapında, plastik endüstrisinin bitmiş ürünlerin özelliklerini geliştirmek ve arttırmak için dolgu maddeleri, katkı maddeleri ve diğer katkıları yoğun bir şekilde kullanması yaygın bir durumdur. Nanokalsit, polimerik malzemelerin direncini artırmak için bir dolgu maddesi olarak kullanılır ve plastisol, silikon, PVC, polisülfit ve polipropilen gibi çeşitli malzemelerde geniş ölçekte uygulanır. Bu sektördeki yeni uygulamalar, ticari pazarın hızla büyümesine katkıda bulunmuştur.

Ayrıca, mastik ve yapıştırıcı üretiminde de bir hammadde olarak kullanılır. İnşaat sektöründeki zaman zaman gerçekleşen gelişmeler, bu ürüne olan talebin artmasını etkileyen başka bir faktördür. Diğer endüstrilerde, özellikle kauçuk endüstrisinde, nano kalsit kloropren kauçuğu ve diğer kauçuk türlerine uygulanarak stabiliteyi ve sağlamlığı arttırırken üretim maliyetlerini düşürmeye yardımcı olur. Kauçuk, boru, tel, kayış, ayakkabı ve lastik üretiminde yaygın olarak kullanılır. İnşaat sektöründe ise nano kalsitin kullanımı, bitmiş ürünlerin dayanıklılığını ve mekanik özelliklerini geliştirir. Nanokalsit partiküllerinin kimyasal etkisi, çimentonun ıslaklık seviyesini artırmaya da yardımcı olur. Yapıştırıcı üretiminde de nano kalsitin hayati bir rol oynadığı görülür.

Nano Kalsitin Biyolojik ve Farmasötik Uygulamaları

İlaç Taşıyıcı Olarak Nano Kalsit

Nano kalsit, ilaç taşıyıcı olarak önemli bir rol oynamaktadır. Polimerik ve hidratlı nanopartikül sistemleri (NPS) gibi nanotaşıyıcıları içeren çeşitli farmasötik ürünlerin geliştirilmesindeki araştırmalar, bu alanda büyük ilerlemeler kaydetmiştir. NPS, ilaç dağıtım sistemlerindeki sorunlara kalıcı çözümler sunar, emilimi ve çözünürlüğü iyileştirirken ilacın raf ömrünü de uzatır. Bunun sonucunda terapötik etkinlik ve güvenlik açısından iyileştirmeler elde edilmiştir.

Diş Hekimliğinde Nano Kalsit

Nano kalsit diş hastalıklarının erken önlenmesi ve çürük tedavisi gibi temel zorluklara yenilikçi çözümler sunar. Diş çürüklerinin önlenmesi süreci, ağız sağlığının iyileştirilmesine yönelik çabalarla desteklenmektedir. Diş çürüğüne neden olan asit üreten bakteriler, dişin ve tükürüğün etkileşimiyle hastalığa yol açar. Nano kalsiyum karbonat içeren diş macunlarıyla yapılan fırçalama deneyleri, dişin yüzey tabakasının restorasyonunda önemli etkilere sahip olduğunu göstermiştir. Yaklaşık on ila on beş dakika süren tek bir fırçalama işlemi bile yüzey alanını önemli ölçüde etkileyebilir.

Diş implantlarında kullanılan hidroksiapatit mikron toz kaplamalar da bu alandaki yenilikler arasındadır. Öğrenmek için blog sayfamızı ziyaret edin.

Nano kalsit ve geleneksel diş macunları arasında yapılan deneyler, özellikle fırçalamanın son aşamalarında önemli farklılıklar ortaya çıkarmıştır. Bir aylık sürekli fırçalama sonrasında nano kalsit içeren diş macunları, yüzey pürüzlülüğünde iyileşme sağlamıştır.

Nano kalsitin diş yüzeyindeki tutuculuğu, yüksek saflıkta kalsiyum iyonu çözeltilerinin ağız sıvılarına sürekli salınmasını sağlar. Bu, oral sıvıların pH seviyesini dengeler ve çözünürlüğü sayesinde kalsiyum karbonatın florür apatite dönüşümünü kolaylaştırır. Ağızda nano kalsiyum karbonat florür ile çalkalama, tükürüğün florür konsantrasyonunu veya pH'ını artırarak, diş çürüklerine karşı mücadelede etkili bir yöntem oluşturur ve dişin demineralizasyonunu artırır.

Periodontal hastalıkların tedavisinde de kullanılan nano kalsit, kemik kaybının önlenmesine yardımcı olmuştur. Diş macunu veya gargara formunda uygulanan nano kalsit, organik parçacıkları etkili bir şekilde uzaklaştırarak, dişlerdeki olası birikimleri engeller. Ancak, bu malzemelerin yutulması halinde etkinlikleri azalabilir.

Alaşım ve Katalizör Olarak Nano Kalsit

Alüminyum ve berilyum gibi metallerin alaşımlarının oluşturulmasında ve katalizör olarak kullanımında önemli bir rol oynar. Bu metallerle birleşerek endüstriyel alaşımların performansını artırabilir ve çeşitli kimyasal reaksiyonlarda katalizör işlevi görebilir.

Harç Üretiminde Nano Kalsit

Harç üretimi ve geliştirilmesinde nano kalsitin işlevleri ve önemi, yapı malzemeleri biliminde dikkate değerdir. Nanokalsitin, hidratlı malzemelerin gelişimini hızlandırarak harcın güçlendirilmesine yardımcı olduğu deneylerle kanıtlanmıştır. Uçucu kül (FA) gibi mineral katkı maddeleri, betonun performansını artırabilir. FA'nın silika ve alüminyum oksit içermesi, kalsiyum hidroksit (CH) ile reaksiyona girerek kalsiyum silikat hidrat (CSH) ve kalsiyum alüminat hidrat (CAH) oluşturur. Bu bileşikler, betonun gözeneklerini doldurarak ve yapısal bütünlüğü artırarak betonun mukavemetini iyileştirir.

Nano kalsit, FA betonunun mekanik performansını iyileştirmede etkili bir rol oynar. Nano kalsitin, yukarıda bahsedilen kimyasal bileşiklerin çekirdeklenmesini sağlayarak gözle görülür bir büyümeye neden olduğu düşünülmektedir. Kimyasal süreçte, nano kalsit monokarbonatın kristalleşmesini teşvik eder ve trikalsiyum silikat ile reaksiyona girerek kalsiyum karbosilika hidratın oluşumuna katkıda bulunur. Bunun sonucunda, çimento hidratasyonunu büyük ölçüde iyileştiren ve mukavemet ile dayanıklılığı artıran nano kalsit içerikli bir yapı ortaya çıkar. FA bazlı betonun geçici dayanımının, nano kalsit eklenmesiyle önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir.

Sonuç

Sonuç olarak, nanokalsitin yalnızca endüstriyel uygulamalarla sınırlı olmadığı, biyolojik, tıbbi ve farmasötik alanlarda da geniş bir kullanım yelpazesi sunduğu açıktır. Endüstriyel sektörde, nanokalsit plastik, kauçuk gibi malzemelerin geliştirilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu yeni endüstriyel uygulamalar, ticari pazarın küresel çapta büyük bir büyüme göstermesine katkıda bulunmuştur. Diş hekimliğinde, nanokalsit diş hastalıklarının önlenmesi ve tedavisinde, ayrıca diş yüzeyinin ve ağız sıvısının pH dengesinin iyileştirilmesinde kritik bir öneme sahiptir. Ayrıca, farmasötik ve tıbbi alanda da büyük bir potansiyele sahiptir.

Different polymorphs of CaCO3 nanoparticles. Vaterite belongs to the... | Download Scientific Diagram. (n.d.). Retrieved January 10, 2024, from https://www.researchgate.net/figure/Different-polymorphs-of-CaCO3-nanoparticles-Vaterite-belongs-to-the-hexagonal-crystal_fig1_277144257

Hidroksiapatit Yapısı, Özellikleri ve Uygulama Alanları - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved January 10, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/hidroksiapatit-yapisi-ozellikleri-ve-uygulama-alanlari/

Kemppainen, J. (2016). Modeling and validation of the milk of lime production process.