POLİMER KİMYASI

ANİLİN EPİKLORHİDRİN EPOKSİ REÇİNELERİ

DANIŞMANAhmet GÜRSES

HAZIRLAYAN

Mustafa ŞENER

Muhammet EROĞLU

İçindekilerANİLİN EPİKLORHİDRİN EPOKSİ REÇİNELERİ...........................................................................................2

1.GİRİŞ....................................................................................................................................................2

2. EPOKSİ REÇİNELER..............................................................................................................................2

Epoksi Reçinlerinin Temel Özellikleri..............................................................................................6

Epoksi Reçinelerini Kullanım Alanları..............................................................................................7

3. ANİLİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ........................................................................................................8

Yapısı ve sentezlenmesi......................................................................................................................8

4.EPİKLORHİDRİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ...........................................................................................9

5.ANİLİN EPİKLORHİDRİN EPOKSİ REÇİNESİNİN ÖZELLİKLERİ..........................................................9

6.DENEYİN YAPILIŞI.......................................................................................................................10

7.REAKSİYON MEKANİZMASI........................................................................................................11

8.KÜRLEŞME NEDİR?........................................................................................................................13

9.KÜRLEŞME MEKANİZMASI.........................................................................................................14

KAYNAKÇA............................................................................................................................................16

ANİLİN EPİKLORHİDRİN EPOKSİ REÇİNELERİ

1.GİRİŞ

Epoksi reçinesi ülkemizde 1980’lerin sonunda girdiği halde Avrupa ve ABD’ de 20.yy.’da başlayan çalışmalarla bugünkü halini aldı. Ülkemizde özellikle inşaat sektöründe ve yapıştırıcı sektöründe kullanılan epoksi reçineler diğer sektörlerde de kullanıldığı bilinmektedir.

Öncelikle 20.yy. sonlarında ülkemizde de araştırılmasına başlanan epoksi reçineler, günümüzde giderekkullanımı yaygınlaşan bir malzemedir. Epoksi reçinelerin araştırılmasına Amerika ve Avrupa ülkelerinde bu yüzyılın ilk yıllarında başlanmış, kaplama ve tamür malzemesi olarak literatürdeki yerini almıştır.

Epoksi reçineler, uygulamalarındaki kolaylıklar ve yüksek mekanik özelliklerden ötürü çok kullanışlı malzemelerdir. Epoksiler göstermiş olduğu yüksek adezyon, sertleşirken az büzülmesi, geniş sıcaklık aralıklarında çabuk sertleşebilme, uygulandıktan kısa bir süre sonra hizmet verebilmeleri gibi avantajlara sahiptirler.

Epoksi reçinesi birçok avantaja sahip olmasına karşın bazı dezantajları da vardır. Özellikle teknik üstünlükleri ve kullanımdaki kolaylık ile hızlı oluşuna karşın pahalı ve esnekliği düşük olması dezantajlarıdır.

2. EPOKSİ REÇİNELER

Epoksi Reçinelerin Kimyasal ÖzellikleriGenel olarak iki karbon atomuna bağlanmış bir oksijen içeren

grup epoksi olarak tanımlanır. Epoksitler çeşitli birleşimlerde bulunurlar. Bunlar içerisinde çalışmalarımız sırasında karşılaşacağımız

ana madde, mono epoksitlerden olan epiklorhidrindir. Kimyasal formülü aşağıdaki gibidir:

ŞEKİL 1: Monoepoksitlerden olan epiklorhidrinin kimyasal formülü

Epoksi reçinesi, işe yarayan termoset şekline dönüşebilen birden fazla epoksi grubu içeren bir molekül olarak tanımlanabilir. Reçine hem termoplastik hem de termoset halinde bulunabilir.

TERMOPLASTİK: Karşıt bağlanmamış şekilde molekül yapısına sahip maddelerdir. Bu tür maddeler ısı ya da basınç altında sertleşmezler.

TERMOSET: Karşıt bağlanmış şekilde molekül yapısına sahip maddelerdir. Termoset maddeler ısı ya da basınç altında kolaylıkla sertleşirler.

Epoksi Reçinelerinin Sertleşme ve Kürlenmesi

ŞEKİL 2: Faz değişimi

ŞEKİL 3: Fiziksel kuruma

Kimyasal yapıda birleşme

ŞEKİL 4: Kimyasal kürlenme

Kimyasal kürlenme

ŞEKİL 5: Kimyasal kürlenme(termoplastik)

ŞEKİL 6: Kimyasal kürlenme(termoset)

Alifatik ve Aromatik Epoksi Sistemleri

Aromatik Sistemler

En önemli avantajlarından birisi çok iyi kimyasal direnim göstermelidir. Buna karşılık sağlık açısından zaralı olmaları dezavantajları içerisinde yer alır.

Alifatik Sistemler

Alifatik sistemler kısa sertleşme sürelerine, iyi kimyasal direnimlere, düşük vizkositeye ve sağlık açısından zararlı değildirler.

EpoksiEpoksiler, reçine türleri arasında en çok tercih edilendir. Epoksilerin avantajları ve dezavantajlarından Tablo:1 debahsedilmiştir.

AVANTAJLARI DEZAVANTAJLARIAşınmaya karşı dirençli Fleksibilitesi (esneklik) kötü

Darbeye karşı iyi dirençli Ultraviole ışınlara karşı düşük dirençli

Sıkışmaya karşı dirençli Maliyeti yüksekKimyasal etkilere karşı dirençli

İyi renk uyumuna sahipTablo 1: Epoksi reçinelerin özelikleri

Epoksi Reçinlerinin Temel Özellikleri

1. Düşük vizkositeli yapılar olup uygun, bir karşıt bağlanma bileşiği ile karşılaştırmasıyla termoset hale dönüşebilirler. Ayrıca sertleştiricileri düşük vizkositeli ve uygulanmaları kolay olup, modifiye edilebilirler.

2. Kolay sertleşebilme özelliğine sahiptirler. Seçilen sertleştiriciye bağlı olarak epoksi reçineleri kolay ve hızlı bir şekilde 5-150 oC arasındaki sıcaklıklarda sertleşebilirler.

3. En önemli avantajlarından biri de sertleşme sırasında az büzülmesidir. Diğer reçinelerden fsrklı olarak çok az bir geri döngü ile yan ürün açığa çıkarmadan reaksiyon verirler.

4. Kimyasal yapılarında polar hidroksil ve eter gruplarını içermelerinden dolayı çok iyi yapıştırıcılardır. Sertleşme sırasında çok az bir büzülme gerçekleştirdikleri için yüzeyler arası adezyon kuvvetinde azalma gözlenmez. Bu yüzden de adezyon kuvvetleri, herhangi bir basınç ve bekleme istemeksizin elde edilebilecek en iyi değerlerdir.

5. Mekanik özellikleri yüksektir. Doğru formülasyona sahip epoksi reçinelerin mukavemeti genellikle diğer reçinelerinkini aşar. Bu epoksilerin düşük büzülme özelliklerinin sonucudur. Böylece de mekanik yapıyı zayıflatan gerilmeler azaltılmış olur.

6. Yüksek elektrik yalıtkanlığına sahiptirler.7. Mukavemetini kazanmış epoksi reçinelerin kimyasal dirençleri,

kullanılan sertleştiricilerin türüne bağlıdır. Eğer uygun sertleştirici kullanılırsa çok üstün direnç elde edilir. Epoksi reçinelerinin çoğu kostiğe karşı çok üstün dirençlidir. Ayrıca aside karşı üstün dirençlidir.

8. Epoksi reçineler çok kullanışlı plastiklerdir. Temel özellikleri birçok yolla modifiye edilebilir. Uygun reçineler karıştırılarak ve doğru sertleştiriciler seçilerek modifiye edilebilirler. Dolgu

maddeleri isteğe bağlı olarak kullanılarak değişik özellikler gösteren epoksi reçineler elde edilebilir.

Epoksi Reçinelerini Kullanım Alanları

Epoksi reçinesi günümüzde birçok yerde, geniş kullanım alanlarıyla hayatın değişilmez bir parçası olmuştur. Epoksi reçinesini kullanıldığı bazı alanlar aşağıda sıralanmışıtır.

1. Uçakların çeşitli imalat aşamalarında.2. Beton yüzey kaplamalarında yapıştırıcı olarak3. Dolgu bileşiği olarak gemi, otomobil ve plastik tamirlerinde4. Kalıp ve geçici kalıplarda5. Binalarda, otoyol kontrüksiyonlarında, yarıkların

doldurulmasında ve yüksek kimyasal direnç istenen alanlarda,6. Elektrik ve elektronik aletlerde7. Uydu ve uzay alanlarında8. Epoksitli çözeltiyi kaplama, yüzet kaplamalarında ve çelik

konstrüksüyon kaplamalarında9. Epoksi reçinelerin dekoratif dekoratif döşeme uygulamalarında,

spor salonu, döşeme vernikleri ve yer karolarında10. Dişçilik, ameliyat ve protez uygulamalarında11. Katkı malzemesi olarak da kullanılır.

Resim 1: Epoksi reçinelerinin uygulama alanları

3. ANİLİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

Renksiz kokulu bir sıvı maddedir.

Toksik etkisi yüksektir.Kaynama noktası:184.1 OC

Erime noktası: -6 OC

Molekül ağırlığı=93.13 g/mol

İlk kez 1826 yılında bitkisel bir boya maddesinin damıtılmasıyla elde edildi. Boya endüstrisinde nitro benzenin (C6H5NO2) redüksiyonundan elde edilir.

Organik kimyada büyük önemi olan anilinden boya yapımında kullanılan ilkel maddeler elde edilmiştir. Bu yüzden deri boyamacılığında, fotoğrafçılıkta, matbaacılıkta kullanılan bu tür boyalar anilin boyalar olarak adlandırılır.

Yapısı ve sentezlenmesi

Bir benzen halkasının bir amino grubuna bağlanması ile sentezlenir. Anilin endüstride genellikle iki aşamada sentezlenir:

Şekil 7:Anilinin üretilme mekanizması

4.EPİKLORHİDRİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ

ŞEKİL 8: Epiklorhidrin yapısı

Renksiz uçuçu bir sıvıdır.

Alkol eter kloroform gibi maddelerle karışmayan ve suda çözünmeyen bir maddedir.

Erime noktası=-25.6 oC

Kaynama noktası=117.9 oC

Yanıcı orta toksik bir maddedir.

Molekül ağırlığı=92.52 g/mol

5.ANİLİN EPİKLORHİDRİN EPOKSİ REÇİNESİNİN ÖZELLİKLERİ

Bir diğer adı glisidil amin reçineleridir.

Gilisidilamin epoksi reçineler yüksek işlevsel epoksiler olup aromatik amin ile epiklorohidrinin reaksiyonu sonucu oluşur. Bu reçineler oda sıcaklığında düşük ve orta viskozitelidir ve bunların işlenebilirliği, diğer reçinelere göre daha kolaydır. Bu özelliklerin yanı sıra yüksek sıcaklık dayanımı ve mekanik özellikleri, bu reçinelerin havacılık kompozit uygulamalarında kullanılmasını sağlar.

ŞEKİL 9: Anilin epiklorhidrin epoksi yapısı

6.DENEYİN YAPILIŞI

İlk olarak 9.11 ml anilin üç boyunlu balona alınır. Sıcaklık 60-65 oC de sabit tutularak ortama 15.7 ml epiklorhidrin 1 saat boyunca

damla damla ilave edilir. Sıcaklık 60- 65 oC arası sabit tutulmak şartıyla karıştırma işlemi 5 saat boyunca devam eder. Böylece anilin ve epiklorhidrin reaksiyona girerek klorohidrinamino oluşumu sağlanır. Klorohidrinamino konsantrasyonu arttıkça karışımda renk değişimleri gözlenir. Bu renk değişimleri ilk başta turuncuyla başlayıp sırasıyla vişne çürüğü, koyu yeşil ve beşinci saatin sonunda da bulutlu yeşil bir renge dönmüştür.

Ortamda glisindiamin konsantrasyonu maksimuma ulaştıktan sonra ortam sıcaklığı 50-55 C alınır ve 90 dakika boyunca ortama kütlece %40 lık NaOH çözeltisinden 40 ml damla damla eklenir ve ekleme sonrasında oluşan reaksiyon şu şekildedir:

NaOH ilavesinden sonra sıcaklık 50-55 C de sabit tutularak 30 dakıka boyunca karıştırma işlemine devam edilir. Oluşan karışım ayırma hunisine alınır ve ayırma hunisinde oluşan faz sırasına göre tuz su ve epoksi reçinesi olarak ayrılır. Daha sonra alınan epoksi reçinesi saf su ile 5 kere yıkanır.

7.REAKSİYON MEKANİZMASI

8.KÜRLEŞME NEDİR?

Epoksi reçineler doğrusal yapılı oligomer bileşiklerdir. Bu nedenle fiziksel ve mekanik özellikleri çok düşüktür. Epoksi reçinelerinin fiziksel ve mekanik dayanımlarını artırmak için kimyasal özelliklerinin değiştirilerek çok sayıda çapraz bağ içeren yapılara dönüştürülmesi gereklidir. Bu da sertleştiriciler denilen kimyasallarla olur. Sertleştiriciler kullanılarak setleştirilen epoksi reçineleri daha yüksek fiziki ve mekanik özelliklerinin yanı sıra yüksek kimyasal direnç ve elektrik yalıtkanlığı da kazanmış olur.

Sertleştirilmiş epoksi reçinesinin yapısını belirleyen, mekanik ve fiziksel özelliklerini etkileyen faktörler;

Sertleşme mekanizması; sertleştiricinin fonksiyonel gruplarının türü,

Reçine ve sertleştiricilerdeki fonksiyonel grupların sayısı; çapraz bağlanma yoğunluğu,

Reçine ve sertleştiricilerdeki fonksiyonel grupların arasındaki bağların moleküler yapısı,

Reçine ve sertleştiricilerin molar oranı; çapraz bağlanma yoğunluğu (crosslink),

Sertleşme derecesi veya sertleşme koşullarıdır.

Genel olarak sertleştirici olarak kullanılan alifatik aminler şunlardır:

1. Di aminler

Etilen di amin

Hekza metilen di amin

Propilen di amin

2. Poli Fonksiyonel Aminler

Di etilen tri amin

Tri etilen tetra amin

Tetra etilen penta amin

Penta etilen hekza amin

9.KÜRLEŞME MEKANİZMASI

KAYNAKÇA

Begimgil M., Kocatürk A., ve Gerçek Ö.B. ’Bağlayıcı Reçine Türleri, Epoksi Reçinesi, Temel Kullanım Alanları Ve Uygulama Metodları’ s.509-516.

MEB. Kimya Teknolojisi, ‘Reçineler’, Ankara 2012, s.17-27

Şeker A. ‘Epoksi Reçine/Sepiyolit Kompozitlerinin Hazırlanması Ve Karakterizasyonu’ kimya mühendisliği anabilim dalı, yüksek lisans tezi KONYA, 2010,s. 31-33

http://www.turkchemonline.com/Haber/Epoksi-Recineler-ve-Sertlestiriciler.html

https://tr.wikipedia.org/wiki/Anilin