Polyester Reçinelerde Hint Yağının Kullanımı
Polyester reçineler, mühendislik uygulamalarında kullanılan en ekonomik reçine sistemleri olarak bilinmektedir. Özellikle boya, kaplama, denizcilik, otomotiv, elektronik sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır.
Organik kimyada, bir alkolün bir organik asitle reaksiyonu sonucunda bir ester ve su oluşmaktadır. Dibazik asitlerle glikol gibi özel alkollerin reaksiyonu sonucunda polyester ve su meydana gelmektedir. Bu reaksiyon, dibazik asitler ve çapraz bağlanabilir monomerler (çok işlevli) gibi bileşenlerin eklenmesiyle birlikte, polyester üretimi için temel işlemi oluşturmaktadır [1].
Farklı asitler, glikoller ve monomerlerden yapılmış çok sayıda farklı özelliklere sahip polyesterler oluşturulabilmektedir. Bu malzemelerin avantajı, çok çeşitli özel gereksinimleri
karşılamak üzere son kullanıcı tarafından uyarlanabilmeleridir. Bu nedenle, yenilenebilir kaynakları polimerlere dönüştürmeye yönelik ilk girişimlerin bazılarının polyester alanında olması şaşırtıcı değildir.
Polyester reçinelerin geleneksel sentezinde, ana bileşenler hidroksil içeren polioller, ftalatlar ve petrokimyasal ürünlerdir. Son yıllarda artan çevresel kaygılar petrokimyasal tabanlı kaynakların kademeli olarak azalması ve endüstrilerin ve araştırma kurumlarının bu sentezler için petro tabanlı kaynaklar yerine yenilenebilir oleokimyasal kaynaklarla değiştirmeye sevk etmiştir. Özellikle Avrupa Birliği yeşil mütabakatı ile gelişmiş biyo-bozunurluk, maliyet etkinliği ve çevre sürdürülebilirliği gibi konular önem kazanmıştır [2].
Bitkisel yağ ve yağ asitleri, erişilebilir olması, düşük toksisite, nispeten daha düşük maliyeti nedeniyle çok çeşitli yapısal ve fonksiyonel varyasyonlara sahip biyobozunur polyester reçine geliştirilmesi için güvenilir bir monomer olarak en yaygın kullanılan yenilenebilir ham maddelerdir [3].
Çeşitli bitkilerden (ayçiçek, keten tohumu, soya fasulyesi, hint, kolza tohumu vb.) elde edilen bitkisel yağlar, gliserolün yağ asidi ile esterleşme reaksiyonu sırasında üretilen
trigliseritlerdir.
Bu yağ asitleri, çift bağlı alifatik doymamış zincirler (oleik/linoleik/risinoleik asit) veya reaktif olmayan doymuş alifatik zincirler (stearik/palmitik) halinde olabilmektedir. Polyester reçinelerde doymamış zincirler içerenler doymuş zincir içerenlere göre daha büyük ilgi görmektedir.
Çeşitli doymamış yağ asitleri arasında hint yağı, sentetik ve biyo-bazlı polyester reçine üretiminde büyük bir ticari önem kazanmıştır. Hint yağı, polyester reçinelerin sentezi için gerekli doğal hidroksil grubu ile doğrudan bitki kaynağından üretilen, ticari olarak temin
edilebilen tek doğal yağ asidi kaynağıdır.
Hint yağının yapısında yaklaşık %90 civarında risinoleik asit içeriği mevcuttur. Yapısındaki diğer ana bileşenler oleik ve linoleik asittir. Risinoleik asit, 12. karbonda bir hidroksil grubuna, 9. ve 10. karbonlar arasında bir çift bağa sahiptir. Hint yağı, trigliserid başına ortalama 2.7 hidroksil ve 160-168 mg KOH/g hidroksil (OH) sayısına sahiptir [4].
Çift bağlar, aşılama merkezleri olarak hizmet ederken, hint yağının uzun asılı yağ asidi zinciri, ağa esneklik, hidrofobiklik ve ısıyla sertleşen bir yapı kazandırmaktadır [5] . Hint yağındaki önemli miktarda bulunan risinoleik asit hint yağını diğer bitkisel yağlar arasında benzersiz kılmaktadır. Şekil 1’de hint yağının farklı reaktif bölgelerinin olası kimyasal modifikasyonları gösterilmiştir.
Polyester reçinelerin boyalarda kullanımı sırasında, hint yağı, reçinenin yapışma özelliklerini artırmak için kullanılmaktadır. Bu sayede, boyanın yüzeyde daha iyi tutunması ve daha uzun süre dayanması sağlanmaktadır. Ayrıca, hint yağı, boyanın daha iyi karışmasına ve homojen bir renk elde etmeye yardımcı olmaktadır.
Hint yağı, polyester reçinelerin
yapıştırıcılarda kullanımında da önemli bir rol oynamaktadır.
Yapıştırıcıların yapışma özelliklerini artırarak malzemelerin daha güçlü bir şekilde birbirine
yapışmasını sağlayarak, yapıştırıcının dayanıklılığını ve çatlama veya soyulma gibi sorunları
önleyerek yapıştırıcının kalitesini artırmaktadır.
Aynı zamanda, hint yağı, yapıştırıcının viskozitesini azaltarak uygulama kolaylığı sağlamaktadır. Polyester reçineler, kaplama endüstrisinde dayanıklı ve koruyucu kaplamalar elde etmek için kullanılmaktadır. Polyester reçinelerin kaplamalarda kullanımı sırasında, hint yağı, reçinenin yapışma özelliklerini artırarak, kaplamanın yüzeyde daha iyi tutunmasını
sağlamaktadır.
Ayrıca, hint yağı, reçinenin viskozitesini ve reolojisini ayarlamak için kullanılabilir, bu
da kaplamanın daha homojen bir şekilde yayılmasına ve daha düzgün bir yüzey oluşturmasına yardımcı olmaktadır. Hint yağının ve modifikasyonlarının sektörlerde farklı şekillerde kullanımı Şekil 2’de verilmiştir.
Bununla birlikte, hint yağından türetilen polyester reçinelerin ticari başarısını engelleyen belirli sınırlamalar bulunmaktadır. Bu sınırlamalardan biri hint yağından türetilen bazı polyester reçinelerin düşük mekanik dayanım özelliği göstermeleridir. Bir diğer sınırlama ise hint yağının yapısında bulundurduğu risinoleik asitin ikincil OH grubunun reaksiyonlar sırasında sterik engel oluşturmasından kaynaklanmaktadır.
Bu durum saçaklanan zincirlerin yaratacağı yapısal düzensizliklere yol açmaktadır. Özellikle boya sektöründe bu durum yüksek kürleme oranlarına ve boyanın parlaklık/matlık oranına etki etmektedir. Bununla birlikte, hint yağının bu dezavantajlarının üstesinden, gliserol, pentaeritritol, trimetilol propan gibi diğer alkollerle transesterifikasyon reaksiyonu yoluyla modifikasyonu ile gelinebilmektedir [4].
Hali hazırda hint yağı, poliol bileşeni olarak polyester reçinelerin sentezlenmesine yönelik olarak etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Bu inceleme ile, hint yağının polyester reçinelerde
kullanımı ve sektörel bazda etkisi incelenmiştir. Hint yağında bulunan doğal hidroksil grubunun, ester bağının ve doymamış bağların varlığı, polyester reçine sentezi için yeşil bir poliol olarak etkili kullanım için birçok kimyasal reaksiyonu, dönüşümü ve modifikasyonu
olduğu görülmektedir.
Bu modifikasyonlar sayesinde yeni özellikler, biyobozunurluk, düşük toksisite ve çevre dostu polyester reçineler üretilmektedir. Yenilenebilir hammaddelerin etkin kullanımına sahip
kaplama, boya, yapıştırıcı, poliüretan malzemesi gibi iyileştirilmiş performans özellikleri getirmek için oleokimyasallardan biri olan hint yağının önemi vurgulanmıştır.
3-S Ar-Ge Merkezi’nde TRIEST markası adı altında içerisinde hint yağını da bulunduran çeşitli oleokimyasallar ile yapılmış polyester reçineler bulunmaktadır. Çevre dostu üretimin farkındalığı ile pek çok sektör için çeşitli ester ve polyester üretimi yapılmaktadır.
Referanslar
[1] M. Ionescu, D. Radojčić, X. Wan, M. Laxmi Shrestha, Z.S. Petrović, T. Upshaw, Z. Petrović, Hıghly Functıonal Polyols From Castor
Oıl For Rıgıd Polyurethanes, 2016. http://www.elsevier.com/open-access/userlicense/1.0/2.
[2] D. Wei, J. Zeng, Q. Yong, High-Performance Bio-Based Polyurethane Antismudge Coatings Using Castor Oil-Based Hyperbranched
Polyol as Superior Cross-Linkers, ACS Appl Polym Mater. 3 (2021) 3612–3622. https://doi.org/10.1021/acsapm.1c00503.
[3] J.H. Lee, S.H. Kim, K.W. Oh, Bio-based polyurethane foams with castor oil based multifunctional polyols for improved compressive
properties, Polymers (Basel). 13 (2021) 1–12. https://doi.org/10.3390/polym13040576.
[4] S. Das, P. Pandey, S. Mohanty, S.K. Nayak, Insight on Castor Oil Based Polyurethane and Nanocomposites: Recent Trends and Development,
Polymer - Plastics Technology and Engineering. 56 (2017) 1556–1585. https://doi.org/10.1080/03602559.2017.1280685.
[5] K.R. Kunduru, A. Basu, M. Haim Zada, A.J. Domb, Castor Oil-Based Biodegradable Polyesters, Biomacromolecules. 16 (2015)
2572–2587. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.5b00923.
Ertuğrul Kaya
Ar-Ge Yöneticisi
3-S Mühendislik Müşavirlik San. ve Tic. A.Ş.
