Boya-vernik sektöründeki teknolojik gelişmeler ve pazar talepleri, temiz teknolojilerin ve çevre dostu ürünlerin kullanımını artırmaya başlamıştır.
Avrupa Birliği’nin tehlikeli kimyasallara ve eşyalara yönelik getirdiği yasal zorunluluklar ve yayınlanan mevzuatlar nedeniyle, boya ve vernik formülasyonlarında kullanılan uçucu organik çözücülerin kullanımına yönelik sınırlamalar gündeme gelmiştir.
Bu nedenle, son yıllarda daha hızlı ve verimli üretime imkân tanıyan aynı zamanda çevre dostu olan UV teknolojisine yönelim görülmektedir. Ahşap koruma sistemleri için Avrupa’da uzun süredir kullanılan bu teknoloji ülkemiz için gelişmekte olan bir pazarı temsil etmektedir.
UV ışınlarıyla kürlenerek birkaç saniyede kuruyabilen ürünlerin kullanımının yaygınlaşması ile bu ürünlerin üretiminde kullanılan ana hammaddelerden olan akrilat oligomerleri de önem kazanmaktadır.
Akrilat oligomerlerini dünyada sayılı firma ticari olarak üretip, pazara sunabilmektedir. UV ışınlarıyla kürlenebilen kaplama sistemlerinin ana bileşenlerinden biri olan akrilat oligomerleri, UV ürünlerin maliyetlerini de doğrudan etkilemektedir.1-3
Kayalar Kimya ana faaliyet alanlarından biri olan alkid reçineleri konusundaki bilgi ve birikimlerinden yola çıkılarak UV ışınlarıyla kürlenebilen yeni bağlayıcıların (alkid reçinelerinin) geliştirilmesi hedeflenmiştir.
Alkid reçineleri, yağ ve/veya yağ asitleri varlığında polialkoller ile polifonksiyonel asitlerin poliesterifikasyon reaksiyonu sonucu elde edilen polimerlerdir.
Yapısındaki yağ ve/veya yağ asitlerinin türüne bağlı olarak çok farklı özelliklerde alkid reçineleri sentezlenirken, plastikleşticilerden, yapıştırıcılara, mürekkepten kaplama sistemlerine kadar birçok sektörde kullanım alanı bulunmaktadır.
Boya sektörü için alkid reçineleri hala büyük önem taşımaktadır ve yüksek oranda doymamış yağ asidi esaslı alkid reçinelerinin kullanımı tercih edilmektedir. Ancak bazı durumda alkid reçineleri kaplama sistemlerinde son ürün üzerinde arzu edilen özelliklerin tamamını göstermez.
Farklı polimerlerin birleştirilmesi ile performansları ve özellikleri farklı polimerler elde etmek mümkündür. Bu durum değişik amaçlara uygun boyaların üretiminde başarılı neticeler vermektedir ve modifiye edilmiş alkidler olarak tanımlanırlar.4
Alkid reçinelerinin akrilik monomer ile akrilatlanması ile UV kürlenebilir tipte alkid reçinesi sentez çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Kullanılacak alkid reçinesinin ve akrilik monomerin türüne bağlı olarak son ürün özellikleri değişkenlik göstermektedir.
Alkid reçinesinin akrilik reçine ile modifiye edilmesi aşamasında Diels-Alder katılma reaksiyonu mekanizmasından yararlanılmaktadır. Diels-Alder tepkimesinde konjuge bir dien ile dienofil (dienseven) diye tabir edilen doymamış bir bileşiğin reaksiyonu sonucu altılı halka oluşur.
UV kürlenebilir alkid reçinesi sentezinde Diels-Alder katılma reaksiyonu aşamasında alkid reçinesi dien grubu görevi görürken akrilik monomer dienofil olarak kullanılır. Dolayısıyla alkid reçinesi yapısındaki yağ ve/veya yağ asidinin konjuge çifte bağlar barındırması gerekmektedir.
Yapısında yaklaşık %80 oranında eleostearik asit içeren çin yağı konjuge çifte bağ oranı en yüksek oranda olan yağlardan biridir. Dolayısıyla sentezlenecek olan alkid reçinesinin çin yağı esaslı olmasına dikkat edilmiştir.
UV kürlenebilir alkid reçinesi sentez reaksiyonu 3 ana basamakta gerçekleşmektedir:
I. Monogliserid oluşumu,
II. Kondenzasyon reaksiyonu,
III. Diels-Alder katılma reaksiyon mekanizması ile akrilleme reaksiyonu.
Reaksiyon mekanizmaları ise sırasıyla Şekil 1 ve Şekil 2’de yer almaktadır.5-6
Şekil 1. Çin yağı esaslı alkid reçinesi sentezi sırasında gerçekleşen reaksiyonlar Turkcoat
Şekil 2. Çin yağı esaslı UV ile kürlenebilir alkid reçinesi sentezi sırasında gerçekleşen
reaksiyonlar.
Reçine sentez basamakları gerçekleştirildikten sonra 1H-NMR analizi Diels-Alder katılma reaksiyonunun gerçekleşip gerçekleşmediği kontrol edilmektedir.
Ardından reçineye ait FTIR ve GPC analizleri gerçekleştirilerek elde edilen sonuçlar doğrultusunda reçinenin kullanıldığı UV boya ve vernik formülasyonları hazırlanarak UV kürlenme özellikleri incelenmektedir.
Elde edilen test sonuçları alkid reçinelerin modifikasyonu sonucu UV kürlenebilir tipte alkid reçine sentezinin başarıyla sentezlenebildiğini göstermiştir. Bu durum Kayalar Kimya’nın önemli üretim hatlarından biri olan UV kaplama sistemlerinde ürün gamını ve performansını çeşitlendirmesine olanak sağlayacaktır.
Çağrı Ağın
Kimya Yüksek Mühendisi
Kayalar Kimya Ar-Ge Merkezi
Kaynakça
[1] R. Bongiovanni, F. Montefusco, A. Priola, N. Macchioni, S. Lazzeri, L. Sozzi, B. Ameduri, Prog. Org. Coat. 45 (2002) 359–363.
[2] C. Deckera, F. Massona, R. Schwalm, Polym. Degrad. Stabil. 83 (2004) 309– 320.
[3] R. Mehnert, A. Pincus, I. Janorsky, R. Stowe, A. Berejka, UV & EB Curing Technology & Equipment, John Wiley and Sons Inc.,
New York, 1998.
[4] M.Y. Cheong, T.L. Ooi, S. Ahmad, W.Md.Z.W. Yunus, D. Kuang, J. Appl. Polym. Sci. 111 (2009) 2353–2361.
[5] K. Zou, M.D. Soucek, Macromol. Chem. Phys. 205 (2004) 2032–2039.
[6] D.H. Parker, Principles of Surface Coating Technology, Interscience Publisher, New York, 1965.
