Akrilik ve Alkit Reçineler

Akrilik bileşikler, sentez yoluyla elde edilen plastik, reçine ve yağların genel adıdır. Kullanılan akrilik monomere, bileşiğin türüne ve proses şartlarına bağlı olarak sert ve saydam, yumuşak ve esnek katılar ya da yapışkan, koyu kıvamlı sıvı ürünler elde edilebilir. Akrilik reçineler; kalıplanmış yapı malzemeleri, optik gereçler, takılar, yapıştırıcılar, kaplama malzemeleri ve dokuma elyafı gibi birçok ürünün hammaddesidir. Örneğin Orlon ve Acrilan akrilik ipliklerin, Plexiglas ise cam benzeri akrilik levhaların ticari adıdır. Bu yazıda akrilik reçinelerin yanı sıra boya ve kaplama sektöründe yaygın kullanılan alkit reçineleri de ele alıyoruz.

Akrilik Reçineler Nedir?

Poliakrilik olarak bilinen polimer ailesinin temel monomerleri akrilik asit, metakrilik asit ve bunların esterleridir. Bu asitlerin metil esterleri, peroksit başlatıcılar varlığında kolayca polimerleşir.

Akrilik reçineler; akrilik asit, metakrilik asit, akrilonitril ve bunların esterlerinden oluşan monomerlerin polimerizasyonu veya kopolimerizasyonu ile elde edilir ve akrilat reçineler olarak da bilinir. Renk ve parlaklık kalıcılığı, alkali ve oksidasyon dayanımı, sertlik, yapışma ve bağlama gücü ile uzun film ömrü sayesinde kaplama formülasyonları arasında önemli bir yere sahiptir.

Akrilik Asit

CH2=CHCOOH formülüyle gösterilen organik bir asittir ve propenoik asit olarak da adlandırılır. Günümüzde endüstriyel ölçekte büyük ölçüde propilenin iki kademeli katalitik oksidasyonu ile (önce akroleine, ardından akrilik aside) üretilir. Asetilen, karbon monoksit ve suyun nikel katalizör eşliğinde tepkimesine dayanan Reppe yöntemi ve akrilonitril hidrolizi ise artık büyük ölçüde terk edilmiş eski yöntemlerdir. Akrilik asit, akrilik polimerlerin üretiminde başlangıç maddesidir.

Akrilik Esaslı Boya

Akrilik esaslı boyalar, bağlayıcı olarak akrilik reçine kullanılan ve su ile inceltilen sentetik boyalardır. Belirli özellikler kazandırmak veya maliyeti düşürmek için formülasyona stiren, epoksi veya polivinil asetat gibi başka bağlayıcılar da eklenebilir. Akrilik bağlayıcı hızlı kurur, düzgün yayılır, su ile kolayca temizlenir ve pigmentlerle kolay karışır. Hem sulu boyanın saydam parlaklığını hem de yağlı boyanın kıvamını verebilir; ısıya ve diğer bozucu etkilere karşı yağlı boyadan daha dayanıklıdır.

Akrilik esaslı boyaların temelini oluşturan lateks şu şekilde tanımlanır:

1. Esas olarak sulu ortam içinde polimerik bir maddenin kararlı dispersiyonu.
2. Plastik veya reçinenin su içindeki dispersiyonu; lateks doğal veya sentetik olabilir, sentetik lateks emülsiyon polimerizasyonu ile üretilir. Polimerizasyondan sonra elde edilen ürün suda dağılmış bir katı olduğundan teknik olarak emülsiyon değildir; ancak boya sektöründe lateks ve emülsiyon terimleri birbirinin yerine kullanılır.

Yüksek performanslı akrilik esaslı boyalar bağlayıcı olarak yalnızca akrilik reçine içerir.

%100 akrilik esaslı boya: Bağlayıcı olarak sadece akrilik reçine kullanılan, su ile inceltilen boyalardır. Bu kalitedeki akrilik boyalar birçok farklı mimari kaplamada kullanılır; yüksek yapışma, uzun süreli esneklik, nefes alabilirlik, alkali dayanımı, sertlik ve parlaklık kalıcılığı sunar.

Alkit Reçineleri

Alkit reçineleri; yağlar veya yağ asitleri ile poliasitler ve polioller arasındaki kondensasyon tepkimesiyle elde edilen polyester yapılı polimerlerdir ve genellikle örtü boyalarında bağlayıcı olarak kullanılır.

1927 yılında kuruyan yağların yağ asitleri ile üretilen alkitlerin havada kuruyarak dayanıklı filmler oluşturduğu tespit edilmiştir. Sınai uygulamalar zamanla gelişmiş ve alkit reçineleri bugünkü önemli yerini almıştır.

Alkit Reçinelerinin Sınıflandırılması

Alkit reçinelerinin yapısının önemli bir bölümünü yağ veya yağ asidi oluşturduğundan, sınıflandırmada yağ yüzdesi (yağ uzunluğu) ölçüt olarak kullanılır. Örneğin %35–45 arası kısa yağlı, %46–55 arası orta yağlı, %56–70 arası uzun yağlı ve %70 üzeri çok uzun yağlı alkitler olarak sınıflandırılabilir.

Alkit Üretim Prosesleri

1. Yağ asidi metodu: Yağ asitleri, polihidrik alkol ve dibazik asitten oluşan şarjın tamamı 210–250 °C sıcaklığa ısıtılır ve istenen özelliklere ulaşılana kadar bu sıcaklıkta tutulur. Polihidrik alkol ve dibazik asit, yağ asidi eklenmeden önce ısıtılırsa viskozite şiddetle artar ve ürünün molekül ağırlığı dağılımı çok genişler. Ayrıca kurutucu ilavesinden sonra kararlılık düşer ve film yüzeyinde erken kuruma görülür.
2. Yağ–yağ asidi metodu: Yağ asitleri, yağ, poliol ve dibazik asit yine 210–250 °C sıcaklığa ısıtılır ve istenen özelliklere ulaşılana kadar bu sıcaklıkta tutulur. Monogliserit metoduna göre yüzeyi hızlı, iç kısmı yavaş kuruyan filmler elde edilir. Tepkime sırasında kısmi jelleşme riski vardır.
3. Yağla seyreltme metodu: Diğer yöntemlerden biriyle hazırlanmış alkide yüksek sıcaklıkta yağ eklenerek uygulanır. Ürünün fırçayla sürülebilirliğini artırır; ancak filmler yumuşak ve dayanıksız olur, renk de çabuk bozulur.
4. Alkoliz (monogliserit) metodu: Önce yağ ile çoğunlukla gliserin, bazen de başka bir poliol tepkimeye sokularak kısmi esterler (monogliseritler) hazırlanır. Kalan hidroksil grupları daha sonra dibazik asitle tepkimeye sokulur. İlk kademe katalizörsüz olarak yaklaşık 280 °C sıcaklıkta, katalizörle ise 230–240 °C civarında gerçekleştirilir. Yağ metanolde çözünmezken oluşan monogliserit hacminin iki katı metanolde çözünür; bu test ilk kademenin tamamlandığını gösterir. Ardından sıcaklık yaklaşık 200 °C değerine düşürülür, dibazik asit ve gerekirse bir miktar daha poliol eklenir ve sıcaklık 230–250 °C aralığına yükseltilir. Ürün istenen özelliklere ulaşana kadar bu sıcaklıkta tutulur.

Alkit İmalatını Etkileyen Faktörler

Alkit imalatını etkileyen başlıca faktörler hammaddeler, ana tepkimeler, ilave sırası, karıştırma hızı ve karıştırıcı tipi, tepkime sıcaklığı ve ortamı ile katalizörlerdir.

Hammaddeler başlıca polibazik asitler, polihidrik alkoller ve yağ asitleridir. Polibazik, daha doğrusu dibazik asitler arasında en çok kullanılanlar aromatik ftalik asit izomerleri, özellikle de ftalik anhidrittir. Doymamış maleik anhidrit ve fumarik asit de önemlidir. Alifatik dibazik asitler, karboksil grupları arasındaki karbon zinciri uzadıkça gliserinle daha yumuşak ürünler verir. Böyle bir zinciri olmayan maleik asit ile karboksil grupları benzen halkasına sıkıca bağlı olan ve konum değiştiremeyen ftalik asit izomerleri ise sert ve kırılgan reçineler oluşturur.

Alkit reçinelerinin en önemli monobazik bileşenleri yağ asitleridir. Bunların hemen hepsi bitkisel yağlardan, yani gliseritlerden elde edilir. En önemlileri stearik, oleik, linoleik, linolenik, eleostearik, risinoleik ve dehidrate risinoleik asitlerdir.

Alkitlere eklenen kurutucular, yağda çözünen kobalt (Co), manganez (Mn), zirkonyum (Zr), kalsiyum (Ca) ve çinko (Zn) tuzlarıdır ve genellikle %0,1–1 oranında kullanılır. Geçmişte yaygın olan kurşun (Pb) esaslı kurutucuların kullanımı bugün sağlık ve çevre mevzuatı nedeniyle kısıtlanmıştır.

Akrilik ve alkit reçine üretimi; sıcaklık kontrollü reaktörler, kondenser ve dekantör gibi proses ekipmanları gerektirir. Makfen, reçine üretim tesisleri için bu ekipmanları tasarlar ve imal eder.