Alkid Üretimi

Alkit reçinelerin üretimi aşağıdaki dört farklı yöntem ile gerçekleştirilebilmektedir:
 

Reaktör kazanına tüm hammaddeler ve katalizin üstten yüklenmektedir. Kataliz olarak önceleri litarç (PbO) kullanılmakta iken kurşunun zehirli etkisinden dolayı lityumhidroksit tercih edilmektedir. Reaktör kazanı paslanmaz çelik malzemeden üretilmektedir ve etrafı ceket ısıtmalıdır. Silikon yağı gibi ısıya dayanıklı sıcak yağlar ile ısıtma yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Isıtmayı hızlandırmak adına kazanın içerisine ısıtıcı sarmallar eklenebilmektedir. Reaktör duvarının gereğinden fazla ısınması reçinenin kararmasına yol açtığı için, Yağ ile ısıtma sistemi diğer ısıtma yöntemlerine göre kolay denetlenebilir olması nedeniyle avantaj sağlamaktadır. Reaksiyon kazanında pişirme sıcaklığı 200 ile 250 C arasındadır.

Tüm maddelerin kazana eklenmesi ve karıştırılması ile reaksiyon başlamaktadır. Kazanda sürekli bir karıştırma yapılmaktadır, bu durum polimer zincirlerinin daha düzgün olmalarını sağlamakla birlikte poliesterleşme sonucu açığa çıkan suyun da yüzeye ulaşmasına yardım etmektedir.

Reaksiyonda oluşan reçinenin kararmaması için oksijen ile temasının kesilmesi gerekmektedir. Bu işlem için kazana alttan tercihen azot gibi inert bir gaz beslemesi yapılmaktadır. Azot kabarcıkları reçine içerisindeki suyu da alarak yükselmekte ve yüzeye ulaşmaktadır.

Önerilen Makale: Boya malzemeleri, boya teknikleri ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için iç cephe boya modelleri sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.


Reaksiyon sonunda açığa çıkan suyun tamamının kazanda uzaklaştırılması, reaksitonun geri dönmesini engellemek adına büyük önem taşımaktadır. Suyu uzaklaştırmanın en iyi yolu, su ile azoetrop oluşturan ksilen veya tolüen kullanmaktır. Azoetrop noktada toluen/su oranı 86.5/13.5 olması nedeniyle genellikle toluen daha çok tercih edilmektedir.

Reaksiyon kazanının üzerindeki soğutma kolonunun sıcaklığı kazanın sıcaklığının çok altındadır ve katılaşmayı önlemek amacıyla buharla ısıtılmaktadır. Bu kolonda kazandan ayrılan poliol ve asitler yoğunlaşarak kazana geri dönerken, su ve toluen ise yatay yoğuşturucuda yoğunlaşarak alttaki su tankına inmektedir. Su tankında su ve toluen fazları birbirinden ayrıldığında üstte biriken toluen reaksiyon kazanına tekrar beslenmekte, su ise atılmaktadır.

Reaksiyonun bitişini saptamak için en verimli yöntem reçinede istenen asit sayısının bulunmasıdır. Çok yağlı alkilterde asit sayısı 8-10 civarında, az yağlı alkitlerde ise asit sayısı 3-5 civarındadır. Reçinede istenen asit sayısına ulaşıldığında pişirilme işlemi sonlandırılmalıdır, aksi takdirde reaksiyon ilerledikçe molekül büyümesi devam edecek ve asit sayısı azalacaktır. Pelteleşmeyi önlemek için kazanın sıcaklığı ısıtma ceketinden hızla soğuk yaş geçirilmesi ile 150- 180 C’ye düşürülmektedir.

Reaksiyon kazanında kısmen soğutulmuş olan alkit reçinesi, akışkanlık kazandırmak ve soğutmak için bir filtreden geçirilerek uygun çözücüyü içeren bir inceltme tankına alınmaktadır. Bu tankta çözücü ile karıştırma (inceltme) yapılmaktadır. Esterleştirme reaksiyonunda riflaks (geri akış) ortamı oluşturmak için % 5-10'luk az bir çözücü miktarı kullanılmaktadır. İnceltme sonrasında soğumuş alkit reçinesi, jel partikülleri uzaklaştırmak ve berraklaştırmak için filtreden geçirilmekte, pompalanmakta ve daha sonra test işlemleri gerçekleştirilerek paketlenip depolanmaktadır.

Yağ asidi yönteminde, poliol, dibasik asit ve yağ asitleri tepkime kazanına alınarak, 220-250 C arasında ısıtılmaktadır. Bu yöntem ile hem aromatik hem de alifatik asitlerin esterleşmesi aynı anda aynı sıcaklık aralığında gerçekleşebilmektedir.

Farklı polioller ve dibasik asitler istenilen oranlarda karıştırılarak değişik fiziksel ve mekanik özelliklerde reçineler üretilebilmektedir. Alkitin gliserol dışıda bir poliole dayanmasının istendiği durumlarda yağ yerine yağ asitleri tercih edilmelerek, işlem reaktörde tek bir adımda ve daha kısa bir sürede gerçekleştirilebilmektedir. Aksi halde yağ asitlerini reaksiyon karışımında ayırmak alkit üretim maliyetini arttırmaktadır. Bu yöntemde tercih edilmesi gereken, ağaç yağı asitleri gibi, elde yağ asitleri varsa uygulamak, yağ asidi olarak üretilme avantajına sahip olan uzun yağ asidi (TOFA) kullanmaktır.

Yağ asitlerinin reaksiyona daha sonra yavaş yavaş ilave edilerek öncelikle poliol ve dibazik asit ile başlanması zincir sonlanmalarını geciktirerek daha uzun omurga zincirli ve yüksek molekül ağırlıklı polimerleşmeyi sağlamaktadır. Bu polimer zincirleri mikro düzeyde pelteleşme gerçekleştirmektedir. Yağ asitlerinin sonradan eklenerek hazırlandığı reçineler çok daha hızlı kurumakta ve kimyasallara karşı daha fazla dayanım göstermektedir.
 

Alkolleme yönteminde, reaksiyon kazanına öncelikle yağ ve gliserin eklenerek, 225-250 C aralığında monogliserit üretilmektedir. Bu nedenle yöntem, Monogliserit yöntemi olarak da bilinmektedir.

Alkolleme reaksiyonu da denilen bu yöntemde; yağın uygun bir katalist vasıtasıyla polialkol ile ester değişimi sonucunda, iki adet fonksiyonel grubu olan monogliserit elde edilmektedir.
Genellikle düşük maliyetli olması açısından, alkit reçinesi üretiminde en sık kullanılan bu yöntemde, katalist olarak litarç (PbO) ve lityum hidroksit tercih edilmektedir. Kalsiyum hidroksit veya naftanatın ürün rengi litarça göre daha iyi olmakla birlikte, kataliz etkileri düşüktür. Katalist olarak Sodyum veya lityum karbonat da kullanılabilmektedir.

Reaksiyon kazanının üst kısımlarında önceki üretimler sırasında yapışmış olan ftalik anhidrit bulunması halinde, kurşun veya kalsiyumlu katalistler ısıtma sırasında aşağı düşen ftalik anhidritle koloidal bir yapı oluşturabilmekte ve böylece katatlist etkinliği düşmektedir. Bu durum monogliserit eldesini olumsuz etkilemektedir.

Yağların metanolde çözünmeyip, monogliseritin metanolde çözünmesi sebebiyle, monogliserit oluşumu metanol testi ile saptanmaktadır. Metanol testinde bir miktar ürün aynı hacimdeki metanole eklenerek çözünürlüğüne bakılmaktadır. Bulanıklığın olmadığı çözelti monogliserit oluşumunun tamamen gerçekleştiğini göstermektedir.

Monogliseritin oluşumu tamamlandığında reaksiyon kazanının sıcaklığı, kazanın ceketinden soğuk yağ geçirilerek hızla 180 C’ye düşürülür. Monogliseritin soğutulduktan sonra kazana ftalik anhidrit ve toluen (veya ksilen) yüklemesi yapılmaktadır. Karıştırma başladıktan bir süre sonra sıcaklık tekrar 220-250 C’ye yükseltilerek alkit reçinesinin üretimi gerçekleştirilmektedir.
 

Esterleşme yönteminde, yağ ile dibazik asit reaksiyona sokulmaktadır. Dibazik asit olarak özellikle izoftalik asit veya tereftalik asit tercih edilmektedir. Monogliseritlerde çözünmeyen izo ve tereftalik asitler bir miktar esterleşmeden sonra çözünmektedirler. Ortoftalik asit ve anhidrit süblimleşme gösterdikleri için esterleme yönteminde kullanılmamaktadır.
 

Yağ asidi ile birlikte yağ kullanılan bu yöntemde, alkid boya reçine üretiminin tüm hammaddeleri reaksiyon kazanına aynı anda yüklenmektedir. Düşük maliyetli olan yöntemde, yağ asidi miktarının toplam yağ ve asit miktarının % 60' ından fazla olmamasına dikkat edilmesi gerekmektedir. Aksi halde reçine kıvamı çok yoğun olacaktır.