Reçine Teknolojileri Epoksi

İnsanlar tarafından geliştirilip kullanıma sunulan tüm nesnelerin temelinde amaca uygun şekilde hizmet edecek malzemeler yatıyor. Bu nedenle belirli bir uygulama ve kullanım için malzeme seçerken ya da geliştirirken bu malzemenin istenilen son özelliklere sahip olması ya da işlendikten sonra bu özellikleri sağlaması gerekiyor. Özellikle havacılık ve uzay, tıp, otomotiv, denizcilik, inşaat ve elektrik-elektronik gibi alanlarda kullanılacak malzemelerin seçiminde verilecek kararlar büyük önem taşıyor. Örneğin, havacılık ve uzay alanları söz konusu olduğunda daha hafif malzemelerin kullanılması maliyetleri büyük oranda düşürüyor. Elbette burada malzemede aranacak tek özellik hafif olması değildir. Bunun yanında malzemenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin de istenilen düzeyde olması gerekir. İşte tam burada diğer malzemeler arasında epoksi reçineler ve epoksi kompozitler hem araştırmalarda hem de tüm endüstriyel faaliyetlerde kullanılmak üzere ön plana çıkıyor.

Bilim ve Teknik Aralık 2020

Epoksi

Reçine

Teknolojileri

24

E

üs-tün mekanik özel-liklere, yüksek ya-pışma mukaveme-tine, iyi ısı diren-cine ve yüksek elektrik direnci-ne sahip malzemeler olup kapla-malarda, elektronik malzemeler-de, yapıştırıcılarda ve fiber takviye-li kompozit malzemelerde yaygın olarak kullanılıyor. Kürlenmiş (yani epoksi reçinedeki zincir moleküller birbirlerine bağlanarak malzeme-nin üç boyutlu bir ağ yapısına ka-vuşmuş hâlindeki) reçinelerin son özellikleri reçinenin türüne, kür-leme işleminde kullanılan madde-ye ve kürleme sürecine bağlı ola-rak değişiklik gösterebiliyor. Epok-si reçineler çok baEpok-sit yapıştırma iş-lemleri için kullanılabildiği gibi bir rüzgâr türbininin pervaneleri veya

bir savaş uçağının parçalarının üre-timinde de rol alabiliyor.

Epoksi reçineler yalnız başları-na kullanılabildiği gibi diğer mal-zeme türleri ile birlikte kullanıldı-ğında da oldukça üstün özellikle-re sahip olabiliyor. Bu üstün fizik-sel ve kimyasal özellikler de epok-silerin tüm mühendislik alanların-da kullanım bulmasına yol açıyor. Diğer yandan araştırmacılar yeni epoksi türlerini ve diğer malzeme-lerle kombinasyonlarını araştırma-ya devam ediyor.

Epoksi

Reçineler

Malzeme bilimlerinde uzun mo-lekül zincirlerine dönüştürülebi-len katı veya yüksek akma diren-cine sahip maddelere reçine denir. Reçineler doğal ya da sentetik kay-naklı olabilir.

Epoksi ifadesi genel olarak oksi-ran, yani epoksi halkası içeren ol-dukça geniş bir reaktif bileşik gru-bunu ifade etmek için kullanılıyor. Üç üyeli epoksi halkası temelde iki karbon atomuna bağlanmış bir ok-sijen atomundan oluşuyor. Üç üyeli halkadaki gerilimden dolayı olduk-ça reaktif özellik gösteren bu hal-ka yapısı çoğu kimyasalla kolaylık-la tepkime veriyor. Molekül içerisin-deki epoksi grupları ise çoğunluk-la molekülün uç kısımçoğunluk-larında yer alıyor. Epoksi reçineler birden faz-la epoksit grubu içeren düşük mo-lekül ağırlıklı polimer öncüleri ola-rak tanımlanıyor. Bu reçineler çe-şitli kürleme maddeleri kullanıla-rak daha dayanıklı ve oldukça yük-sek sıcaklıklarda bozunan termoset malzemelere dönüşüyor.

O

C C

Epoksi yani

oksiran grubu asitlerle tepkimesiEpoksi grubunun

O CH CH OH CH + HX CH X DGEBA epoksi reçinesinin üç boyutlu molekül modeli. Karbon atomları siyah, hidrojen atomları gri ve oksijen atomları kırmızı renkte gösteriliyor.

25 Epoksi reçinelerin tepkimeleri

molekül zincirinin uzamasına ve/ve-ya zincirler arasında çapraz bağla-rın oluşmasına imkân tanıyor. Epok-si malzemeler çapraz bağlar oluş-turduğunda tepkime sonucu ortam-dan su molekülü gibi küçük mole-küller uzaklaşmadığı için malzeme-deki büzülme çoğu termoplastiğe göre oldukça düşük oranda gerçek-leşiyor.

Epoksi reçine moleküllerin ge-ri kalan kısımları düz zincirler, hal-ka yapılar, farklı atom ve gruplar içe-rebiliyor. Bu nedenle epoksi reçine türlerinin oldukça geniş bir yelpaze-de olduğu söylenebilir.

Epoksi reçinesi terimi hem po-limerleşme öncüsü gruplara hem de çapraz bağlanmanın gerçekleş-tiği kürlenmiş malzemeye denili-yor. İlkinde reaktif epoksi grupları mevcutken, kürlenmiş reçinede bu grupların hepsi tepkimeye girmiş olabilir. Ancak kürlenmiş reçineler artık epoksi grubu içermeseler de epoksi reçinesi olarak anılıyor.

Epoksi reçinelerin genel formü-lü aynı zamanda doğrusal bir poli-eter zinciri olarak da ifade

edilebi-lir. Genellikle uç bölgelerde epok-si grupları bulunurken düzenli aralıklarla ikincil hidroksil grup-ları mevcuttur. Epoksi molekülün-de ikincil hidroksil ve epoksi grup-ları oldukça tepkinir özelliktedir. Epoksi reçinelerin kuvvetli yapış-tırma özellikleri bu ikincil hidrok-sil gruplarından kaynaklanıyor. Moleküldeki aromatik halka yapı-lar epoksi reçinelerin omurgası-nı meydana getirerek reçinelerin yüksek kimyasal ve ısı direncinin temelini oluşturuyor.

Epoksi reçineler kürleme işlemi esnasında düşük büzülme oranına sahiptir ve bu işlem sırasında, su ve benzeri gibi herhangi bir küçük mole-kül ürün olarak ortaya çıkmadığı için kürleme düşük basınç altında gerçek-leştirilebiliyor.

Dünden

Bugüne

Epoksiler

Epoksi reçinelerin (Avrupa’da epoksit olarak da adlandırılır) 1909’da Rus kimyager Nikolai Ale-xandrovich Prileschajew (1877-1944) tarafından keşfedildiği kabul ediliyor. Düşük molekül ağırlığına sahip polimer öncüsü olan epoksi reçinesini elde etmek için trans-2-büten ve meta-kloroperoksibenzo-ik asit kullanan Prileschajew, kim-yasal tepkime sonucunda trans-2,3-epoksibütan elde ettiğini bildirdi. Prileschajew epoksidasyonu olarak anılan alken ve peroksi asit tepki-meleri ile birlikte sayısız kullanıma sahip epoksi reçinelerin yolculuğu da böylece başlamış oldu.

Epoksi reçinelerin genel yapısı

Me Cl H H Me ( ) Me O O OH O CH₂Cl₂, 0o_C %85 verim Me H H trans-2-büten meta-kloroperoksibenzoik asit trans-2,3-epoksibütan

Me- Metil grubu (-CH₃)

diklorometan çözücü

Prileschajew epoksidasyon tepkimesi

CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ CH₂ n CH₂ CH C C CH CH OH O O O O O O Tepkinirlik Esneklik Isı direnci ve

1934 yılında I.G. Farbenindust-rie AG’den Alman araştırmacı Pa-ul Schlack bisfenol-A ve epiklorohid-rin bazlı epoksi de dâhil olmak üze-re aminlerin epoksilerle olan tepkime ürünlerinin hazırlanmasına dair pa-tent başvurusunda bulundu. Ancak epoksi reçinelerin ticari olarak değer bulması birkaç yıl sonra İsviçre’de bu-lunan De Trey Freres ve ABD’de bulu-nan DeVoe-Reynolds şirketlerinde bir-birinden bağımsız olarak hemen he-men aynı zamanlarda gerçekleşti.

Ticari anlamda kabul gören ilk epoksi reçineleri birbirinden bağım-sız çalışan iki bilim insanı tarafın-dan keşfedildi. Bisfenol-A ve epik-lorohidrin kimyasal bileşikleri kul-lanılarak elde edilen epoksi reçine-si aynı zamanda günümüzde de en yaygın kullanılan bisfenol-A diglisi-dil eter (DGEBA) tabanlı reçineler-dir. İsviçre’den Dr. Pierre Castan ve Amerika Birleşik Devletleri’nden Dr. Sylvan O. Greenlee tarafından ayrı ayrı patentlenen çalışmalar epoksi reçinelere olan ticari ilgiyi de artırdı.

1936’da De Trey Freres şirketin-den Dr. Pierre Castan bisfenol-A ve epiklorohidrin kullanarak düşük sı-caklıkta eriyebilen ve ftalik anhid-rit kullanarak termoset hâline geti-rilebilen epoksi reçinesi üretti. Bu reçinenin diş protezlerinde ve diş-çilik uygulamalarında kullanılma-sı öngörüldüyse de pazarlama gi-rişimleri istenen başarıya ulaşama-dı. Patentlerin Ciba AG’ye lisans-lanmasından sonra 1946 yılında ilk epoksi yapıştırıcı İsviçre Endüstri

Fuarı’nda tanıtıldı ve döküm reçi-ne örreçi-nekleri elektrik endüstrisinin dikkatine sunuldu.

II. Dünya Savaşı’ndan önce epok-si reçinelerin bileşenlerinin yaygın olarak üretilmemesinden kaynak-lanan yüksek maliyetleri nedeniy-le bu ürünnedeniy-lerin ticari önemi tam olarak ortaya çıkamadı. O zamanlar Shell şirketi epiklorohidrinin tek te-darikçisiydi ve Bakelite firması da fenolik reçineler ve bisfenol-A için lider üretici konumundaydı. Daha sonra çeşitli kimya şirketleri tara-fından geliştirilen üretim yöntem-leri, polimerleştirme teknikleri ve yapılan lisans anlaşmaları ile bu so-run büyük ölçüde aşıldı.

II. Dünya Savaşı’nın hemen ardın-dan Dr. Sylvan O. Greenlee kaplama uygulamalarında kullanılmak üze-re bir dizi yüksek molekül ağırlık-lı epoksi reçine bileşiminin patenti-ni aldı. Koruyucu yüzey kaplamala-rı epoksilerin ilk büyük ticari uygu-laması olarak kayda geçti ve günü-müzde de aynı eğilimin devam etti-ğini söylemek mümkün.

1960’larda yüksek sıcaklık uygula-maları için çok işlevli epoksi reçine-ler geliştirildi. 1970’reçine-lerde ise kaplama teknolojisindeki gelişmeler epoksile-rin pazar payındaki büyümesini hız-landırdı. Yapısal kompozit endüst-risindeki gelişmelerle zorlu uygula-malarda kullanım bulan yüksek

per-Kürlenme sırasında düşük büzülme oranı Yüksek yapışma kabiliyeti Yüksek mekanik dayanıklılık Yanmaya karşı dayanıklılık Boyutsal kararlılık İyi ıslatma kabiliyeti Korozyon önleyicilik Anti manyetik özellik Uçucu olmayan organik bileşikler Kolay erişilebilirlik Yüksek nem direnci Düşük maliyet Yüksek kimyasal madde direnci

Epo

ks

i

R

eç

inel

e

r

i

n

Ö

zel

_lik

_le

ri

formanslı epoksi reçineler, 1980’ler-de havacılık ve savunma sanayilerin-de, özellikle de elektronik ve bilgisa-yar endüstrilerinde kullanılarak geli-şime öncülük etti.

Sahip oldukları olağanüstü özellik-ler nedeniyle farklı alanlarda sayısız uygulamaya sahip olan epoksi reçi-neler üzerine çalışmalar aralıksız bir şekilde sürdürüldü. Araştırmacıların epoksi reçinelerle daha yapılacak çok işleri olduğu rahatlıkla söylenebilir.

Epoksi

Reçinelerin

Sentezi ve Bazı

Çalışmalar

Bisfenol-A epoksi reçineleri bazik katalizör eşliğinde epiklorohidrinin bisfenol-A ile tepkimesinden elde edi-liyor. Reçinenin özellikleri tekrar eden birimlerin sayısına yani zincir uzun-luğuna göre değişiklik gösteriyor.

Dü-şük molekül ağırlığına sahip reçineler daha akışkan yapıdayken yüksek mo-lekül ağırlıklı reçineler daha kıvamlı veya katı olma eğilimi gösteriyor.

Epoksi reçinelerle ilgili sürekli olarak yeni bilimsel çalışmalar ya-pılıyor. Bazı önemli çalışmalar sa-yılacak olursa; Yang ve arkadaşları polietilen glikol ile DGEBA epoksi reçinesinin tepkimesi sayesinde ol-dukça akışkan özellikte bir epoksi reçinesi sentezlediler. Bu reçine UV ışığı altında uygun kürleyici

mad-de kullanılarak 40 saniye gibi kı-sa süre içerisinde neredeyse tama-men sertleştirilebiliyordu. Bir baş-ka bilim insanı Czub, doğal yağlar ve bisfenol-A veya bisfenol-A baz-lı epoksi reçineleri kullanarak yük-sek molekül ağırlığına sahip kıvam-lı epoksi reçineler sentezledi. Wu ve arkadaşları ise bambu ve bisfenol-A kullanarak iki adımda kopolimer epoksi reçinesi sentezlemeyi başar-dılar. Kürleme işlemiyse trietilen tetramin eşliğinde oda sıcaklığında gerçekleştirilebiliyordu.

Epo

ks

i

R

eç

inel

e

r

i

n

Ö

zel

_lik

_le

ri

Bisfenol-A diglisidil eter (DGEBA) sentezi

DGEBA reçineleri ticari anlamda en çok kullanılan epoksi reçinelerdir.

O O O O O O CH₂ CH₂ CH₂ Sİ O Sİ CH₂ CH₂ CH₂ N CH₃ CH₃ CH₃ CH₃ O O O O O

Sikloalifatik epoksi yapısı

BISE’nin kimyasal yapısı

Bir başka tür olan sikloalifatik epoksi reçineler tamamen doymuş alifatik bir omurgaya sahipler. Böy-lece UV ışınlarına ve farklı hava ko-şullarına çok dayanıklı, iyi bir ter-mal kararlılığa ve mükemmel elekt-riksel özelliklere sahip bir malzeme elde edilebiliyor. Tüm bu özellikler, yüksek sıcaklığa sahip ortamlarda uygulama gerektiren yapısal bile-şenleri imal ederken kullanılan re-çineler için son derece önemli ola-rak değerlendiriliyor.

Tao ve arkadaşları siloksan içe-ren sikloalifatik epoksi ve imid hal-kası kullanarak iki aşamalı bir pro-sedürle kısa adı BISE olan reçine-yi sentezlediler. Böylece termal ka-rarlılığı artırmayı başardılar. Gao ve arkadaşları ise opto-elektronik ci-hazların kaplamasında kullanılabi-lecek saydam sikloalifatik epoksi-si-likon reçinesi sentezlediler. Kürlen-miş reçineler daha iyi termal karar-lılığa, daha düşük nem tutuculuğa ve daha yüksek UV ve termal diren-ce sahipti.

Tüm bu epoksi reçinelerinin ya-nında üç fonksiyonlu ve dört fonk-siyonlu reçineler, Novolak epok-si reçineleri, biyo-bazlı epokepok-si reçi-neleri ve flor / fosfor / silikon içe-ren epoksi reçineleri gibi çok farklı türler de bulunuyor. Farklı reçine-ler kullanıldığında nihai malzeme özellikleri de kullanılan reçinenin türüne bağlı olarak değişiklik gös-teriyor.

Kürleme

nedir,

nasıl

yapılır?

Kürleme, polimer kimyası ve malzeme bilimlerinde polimer zin-cirlerinin birbirleriyle çapraz bağ-lanmasını sağlayan ve böylece malzemenin katı, sert ve tok bir

hâle gelmesini sağlayan kimyasal işleme deniyor. Sonuçta molekül-ler arasında üç boyutlu bir ağ ya-pısı elde ediliyor.

Epoksi reçineleri için kürleme sistemleri, epoksit gruplarının yük-sek oranda çapraz bağlı üç boyutlu bir ağ oluşturmasını sağlamak için uygun kimyasal maddeler kullanı-larak gerçekleştirilen tepkimeleri içeriyor. CH₃ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH CH CH₂ CH₂ CH₂ CH CH 2 C O O O O O O

OCH₂ CH₂ OCH₂ CH₂ OCH₂ CH₂

CH₂ CH₂ n CHO CHO CHO CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH CH CH CH O O O O N N (a) CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH₂ CH CH CH CH O O O O N N C H H (b)

Üç fonksiyonlu epoksi reçinesi

Dört Fonksiyonlu epoksi reçineleri

Novolak epoksi reçinesinin kimyasal yapısı

Kürleme işlemi, tepkime türüne bağlı olarak bazı durumlarda oda sıcaklığında gerçekleştirilebildiği gibi, daha yüksek sıcaklıklar uygu-lanarak veya ışık kullanılarak da ya-pılabiliyor. Oda sıcaklığında gerçek-leştirilen kürleme işlemleri malze-meye daha fazla esneklik, darbe da-yanımı ile elektrik ve termal şok di-renci sağlıyor. Isıl kürleme ise genel olarak iki aşamada yapılıyor. Düşük sıcaklıklarda bir ön kürleme aşama-sını takip eden daha yüksek sıcak-lık uygulaması nihai sertleşmenin gerçekleşmesini sağlıyor. Epoksi re-çinelerin kürleme tepkimeleri kızı-lötesi ve UV ışınları kullanılarak da aktif hâle getirilebiliyor. Bu yöntem diğer tüm kürleme yöntemlerine göre sertleştirme işlemini oldukça kısa sürelere indirmesi bakımından ön plana çıkıyor. Ayrıca daha kont-rollü bir kürleme sürecine de ola-nak sağlıyor.

Kürleme işleminde farklı kimya-sallar kullanılabiliyor. Aminler, al-kali kürleme maddeleri, anhidritler ve katalitik kürleme maddeleri ön-de gelenler arasında sayılabilir. Bu maddeler reçinenin kürleme reak-siyonunu destekleyip aynı zaman-da reaksiyonun kontrollü bir şe-kilde gerçekleşmesini sağlıyor. Bu-nunla birlikte, kürleme işlemi için eklenen madde reçinede geri dönü-şü olmayan değişikliklere yol açı-yor. Reçinelerin kürlenme meka-nizmaları ve malzemenin son özel-likleri kullanılan maddenin mole-küler yapısına bağlı olarak değişik-lik gösteriyor.

Oldukça yaygın kullanıma sa-hip amin türü kürleme maddeleri, epoksi reçinelerdeki epoksit halka-ları ile tepkimeye girerek malzeme-nin oldukça sert ve tok bir hâle gel-mesini sağlar.

Alkali (bazik) kürleme maddeleri imidazoller ve üçüncül aminler ola-rak ayrılıyor. Bu maddeler tek başla-rına kürleme maddesi olabildikleri gi-bi epoksi ve kürleme maddeleri ara-sındaki tepkimeleri hızlandırıcı ola-rak da kullanılabilirler. Oda sıcaklığın-da bozulmasıcaklığın-dan uzun süre kalabilme-leri bu maddekalabilme-lerin önemli avantajları arasında sayılıyor.

Genel olarak oldukça iyi sayılabi-lecek kimyasal, fiziksel ve

elektrik-sel özelliklere sahip anhidrit kürleme maddeleri ise oldukça uzun raf ömrü-ne sahiptir ve bunların kürleme tep-kimeleri aminler kullanılarak kataliz-leniyor.

Katalitik kürleme maddeleri ise normal koşullar altında aktif değildir ancak ısı veya ışık gibi harici bir uya-ranla aktivite gösterirler. Kürleme iş-lemi katalitik kürleme maddesi tara-fından başlatılan polimerleşme tep-kimesi ile devam eder. Benzilsülfon-yum, benzilpiridinBenzilsülfon-yum, benzilamon-yum ve fosfonbenzilamon-yum tuzları bu madde-ler arasında sayılabilir. Katalitik kür-leme maddelerinin kullanımı epoksi reçinelerinin kararlı yapısını koruma-sına yardımcı olur ve bu maddelerin kolay uygulanabilmesini sağlar. RNH₂ RNHCH₂CH RNHCH₂CH RNCH₂CH CH₂CH O O OH OH OH OH CH₂ CH CH₂ CH + +

Epoksi reçineler aynı zamanda dekoratif ve sanatsal ürünlere de dönüşebiliyorlar.

29

Daha Üstün

Özellikler İçin

Epoksi Bazlı

Kompozitler

Epoksi reçineler kürleme işlemi-ne tabi tutulduğunda molekül zin-cirleri arasında yüksek oranda çap-raz bağlar oluşur. Bu nedenle sert ve kırılgan bir yapıya sahip olurlar, çatlak başlamasına ve büyümesine karşı düşük dirence sahip olabilir-ler. Yapısal malzemelerde kullanımı sınırlayan bu olumsuz yönler çeşit-li sertleştirici ve güçlendirici mal-zemeler kullanılarak aşılabilir.

Epoksi reçinelerle termoplastik malzemelerin bir arada kullanıldığı kompozit malzemeler daha tok bir yapıya sahip oluyorlar. Poliimidler, polisülfonlar, polieter ketonlar ve çeşitli kopolimerler epoksi reçinle-re eklenereçinle-rek ürün özellikleri geliş-tirilebiliyor.

Kırılganlığa karşı dayanımı artır-mak içinse reçinelere inorganik par-çacıklar eklenebiliyor. Eklenen bu inorganik bileşenler sayesinde

de-formasyonlara, çatlak oluşumuna ve çatlak büyümesine karşı direnç-li son malzemeler elde edilebidirenç-liyor. Epoksilerin karbon fiberlerle bir-likte kullanıldığı kompozitler de yük dağılımını iyileştirerek malze-menin yüklere karşı olan direncini artırıyor. Yük altında karbon fiber-lerin epoksi reçinesinden koparak ayrılmasını engellemek için fiber-ler önce polimerik çözelti ile kap-lanıyor ve bu sayede tam bir yapış-ma sağlanıyor. Epoksi/karbon fiber kompozitleri sahip oldukları yük-sek mukavemet nedeniyle genel olarak yapısal uygulamalarda kul-lanım buluyor.

Nanoteknolojiler

ve Epoksi

Kritik uygulamalarda kullanılmak üzere üstün özellikler taşıyan malze-melerin geliştirilmesi rekabetçi sek-törlerde büyük önem taşıyor. Epok-si Epok-sistemleri taşıdıkları büyük potan-siyel dolayısıyla yapılan araştırmalar-da kilit rol oynuyor. Yeni teknolojiler-le geliştirilmiş epoksi bazlı malzeme-ler tasarlamak mümkün oluyor.

Nano boyutlarda dolgu malzeme-si içeren epokmalzeme-si reçineler kara, ha-va, deniz ve uzay taşıtlarında yüksek performanslı yapıştırıcılar ve kap-lama malzemeleri olarak kullanılı-yor. Epoksilerde iletkenliği sağlamak için karbon nanotüpler, grafen, kar-bon siyahı, silika, baryum titanat ve kalsiyum bakır titanat gibi

nanopar-tiküller ekleniyor. Geliştirilen sistem-ler elektronik parçaların kaplama ve ambalajlamasında da kullanım bulu-yor.

Epoksi/kil nanokompozitlerinde düşük kil derişimleri kullanıldığın-da mekanik kullanıldığın-dayanım ve termal ka-rarlılık gibi bazı özellikler önemli öl-çüde iyileşme gösteriyor. Kalıplama, döküm işleri ve genel olarak inşaat sektöründe uygulama bulan nanokil ile geliştirilmiş epoksi sistemleri, kar-bon elyaf veya cam elyaf ile takviye edildiğinde otomobil ve havacılık en-düstrilerinde kendilerine yer bulu-yorlar. Olağanüstü sayılabilecek me-kanik, elektronik ve termal özellikle-re sahip karbon nanotüplerin epoksi reçinelerinde dolgu malzemesi ola-rak kullanılması da malzeme özellik-lerinin iyileştirilmesine imkân sağlı-yor.

Epoksi bazlı nano malzemeler bi-yomedikal uygulamalar için de çok önemli olarak görülüyor. Epoksi/na-no elmas kompozitleri biyotıp ala-nında kullanılıyor. Ayrıca nano yapılı epoksi malzemeler kemik onarımın-daki performanslarıyla da dikkat çe-kiyor.

Şimdiye kadar çok sayıda epok-si nano kompozit boya ve kaplama malzemesi geliştirildi ve ticarileşti. Tüm bunlarla birlikte yapılan araştır-malar sonucunda kendi kendini iyi-leştiren, mikrodalga soğurucu özel-liğe sahip ve ısıl dayanımı yüksek epoksi nano kompozitler elde edildi-ği de bildiriliyor.

Boyalar ve

yüzey

kaplamaları

Epoksi reçineler kolay ve güvenli bir şekilde uygulanabilmeleri, kim-yasallara ve aşınmaya karşı yüksek dirençli olmaları, ileri derecede me-kanik dayanıma ve mükemmel de-recede yapışma özelliklerine sahip olmaları nedeniyle zor koşullara da-yanabilecek boyama ve kaplama iş-lerinde yaygın olarak kullanılıyor-lar. Epoksi boya ve yüzey kaplama uygulamaları %50’lik oranla en yük-sek pazar payına sahip.

Özellikle çelik yapılarda aşınma ve paslanmaya karşı koruma sağlayan epoksi kaplamalar denizcilik başta ol-mak üzere pek çok farklı sektörde uy-gulama buluyorlar. Örneğin, asitli yi-yecekleri saklamak için kullanılan metal kutu ve kaplar aşınma ve pas-lanmayı önlemek için epoksi reçine-lerle kaplanıyor. Ayrıca yüksek perfor-mansa sahip ve aynı zamanda deko-ratif olan zemin kaplamaları da epok-siler kullanılarak tasarlanabiliyor.

Yapıştırıcılar

Epoksi bazlı yapıştırıcılar metal-ler, polimerik kompozit malzemeler ve beton yapılar da dâhil olmak

üze-re farklı türdeki malzemeleri bir-leştirmek için giderek da-ha fazla kullanılıyor.

Çeşitli kürleme

mekanizmala-rı ile kimyasal ve fiziksel dış etkilere karşı oldukça dayanıklı hâle gelen bu yapıştırıcılar, otomotiv, uzay ve hava-cılık, elektronik, inşaat, spor ve amba-laj endüstrilerinde geleneksel yapıştı-rıcıların yerini almaya devam ediyor. Yapısal yapıştırıcılar sınıfının en önemli üyelerinden birisi sayılan epoksiler uçak, otomobil, bisiklet, tek-ne, kayak, kar kayağı ve daha pek çok son ürün için yüksek mukavemetli yapışmanın gerekli olduğu tüm uy-gulamalarda oldukça kullanışlı olup amaca mükemmel şekilde hizmet ediyor. Epoksi yapıştırıcıların muka-vemetini artırmak ve zemin/yapıştırı-cı ara yüzündeki kimyasal bağlanma-yı etkinleştirmek için genel olarak da-ha yüksek sıcaklıklar kullanılıyor.

Son zamanlarda epoksi yapıştırıcı-larda optimum kürleme koşullarının iyileştirilmesi, malzemenin yüksek sıcaklıklara, ısıl döngülere, değişken yükler ve titreşimlere karşı dayanımı-nın artırılması gibi özelliklere ihtiyaç

duyulmuştur. Bu nedenle epoksiler takviye edici dolgu malzemelerinin kullanılmasıyla kompozit malzeme-ler olarak üretilmeye başladılar. Kulla-nılan dolgu malzemelerinin boyutla-rı da mikro ölçeklerden nano boyut-lara doğru küçüldü. Araştırmalar so-nucunda geliştirilen yeni epoksi baz-lı kompozit yapıştırıcılar gün geçtik-çe daha da işlevsel hâle geliyor.

Endüstriyel

İşlemler

Epoksi sistemleri endüstriyel sek-törlerde kalıplar, modeller, levhalar, dökümler ve endüstriyel parçalar gi-bi pek çok iş ve işlemde kullanım bu-luyor. Epoksi sistemler kullanım ba-kımından metal, ahşap ve diğer ge-leneksel malzemeler ile karşılaştırıl-dığında, işlem verimliliğini artırma ve kolay uygulama gibi özellikleriyle ön plana çıkıyor. Sonuç olarak mali-yetler düşüyor ve ürün teslim sürele-ri de kısalıyor. Boya ve Kaplama %50 İnşaat %13 Elektrik %2 Elektronik %8 Yapıştırıcı/Kalıp %6 Kompozit %18 Diğer %3

Farklı Sektörlerdeki Epoksi Reçine Kullanımı

Nerelerde Kullanılıyor?

Araştırmalar elyaf takviyeli epok-si kompozitlerin metalik bileşenli epok- si-lindirik boruları onarmada son dere-ce etkili olduğunu gösteriyor. Epoksi kompozitler ayrıca hidrojen depola-ma tüplerinde de yük taşıyıcı olarak önemli işlevselliğe sahiptir.

Havacılık

ve Uzay

Endüstrisi

Epoksi reçineler, yüksek yapışma özellikleri ve

dü-şük maliyetleri nedeniyle havacılık ve uzay endüst-risinde yapısal yapıştırıcı uygulamalarında, kaplama-larda ve amaca özel parçaların imalatında yaygın olarak kullanılıyor. Yüksek mukavemetli cam, karbon, Kevlar ve bor elyafla güçlendirilmiş epoksi reçineler, bu alanlarda en faz-la kulfaz-lanım potansiyeline sahip mal-zemeler olarak dikkat çekiyor.

Elektrik ve

Elektronik

Epoksi reçine formülasyonla-rı motor, jeneratör, transformatör, anahtarlama tertibatı ve izolatörler-de yaygın olarak kullanılıyor. Epok-si reçineler çok iyi derecede elektrik izolasyonu sağlıyorlar ve elektrik bi-leşenlerini kısa devre, toz ve nem gi-bi olumsuz etmenlere karşı en üst düzeyde koruyorlar.

Metal dolgulu epoksi sistemler elektromanyetik parazitlere kar-şı koruma sağlıyor. Ayrıca enteg-re deventeg-re cihazlarını nem, haenteg-reketli iyon kirleticiler, sıcaklık ve radyas-yon gibi etkilerin yanında mekanik ve fiziksel hasarlara karşı da koru-yorlar. İnorganik parçacıklar içeren epoksi kompozitler ise elektrik ve elektronik bileşenlerin kapsülleme ve kaplamasında kullanılıyor.

İnşaat

Epoksi reçi-ne bazlı mal-zemelerin dö-şeme ve yol kap-lamalarında

kulla-nımı son yıllarda artış gösteriyor. Kimyasallara ve aşınmaya karşı ol-dukça dirençli olan malzemeler ciddi aşınmanın yaşanabileceği ve yoğunluktan dolayı yol bakım ve onarım çalışmalarının asgari dü-zeyde tutulması amaçlanan yoğun kavşak ve döner kavşaklarda kulla-nılıyor. Epoksi reçineler uçak pist-leri ve deniz duvarları gibi onarı-mın hızlı gerçekleşmesi istenen alanlarda da polimerik beton ona-rım malzemelerinin temelini oluş-turuyor.

Yenilenebilir

Enerji

Yenilenebi-lir enerji kay-n a k l a r ı kay-n ı kay-n en

önemlile-rinden sayılan rüzgâr enerjisinin hasadı için rüzgâr türbinlerinin ya-pımında kullanılan kompozit mal-zemelerin temelini epoksi reçineler oluşturuyor. Cam-epoksi kompozit-leri maliyetkompozit-leri düşük olduğundan daha fazla kullanım buluyor. Kar-bon-epoksi kompozitleri ise meka-nik mukavemetlerinin yüksek ol-ması nedeniyle daha uzun kanat-lı sistemlerin direk kapaklarında kullanılıyor. Kompozitlerin rüzgâr türbini uygulamalarında kullanı-mı her yıl %20’den fazla artış gös-teriyor. Sonuç olarak rüzgâr ener-jisi hasadında epoksi bazlı sistem-ler her geçen gün daha fazla tercih ediliyor.

Biyomedikal

sistemler

Biyomedikal uygulamalarda da epoksi reçineler yaygın kullanıma sahipler. Klinik olarak yara kapla-maları, yapay damarlar, kalp ka-pakçıkları ve şekil hafızalı polime-rik köpükler başarıyla uygulanı-yor.

Ayrıca nanoelmas/epoksi tü-revleri, aşırı derecede sert olmala-rı, kimyasallarla tepkime vermeye karşı çok dirençli olmaları, düşük elektriksel iletkenliğe ve yüksek ısı iletkenliğine sahip olmaları ve op-tik olarak saydamlıkları gibi ben-zersiz özellikleri nedeniyle biyome-dikal sistemlerde geniş kullanım potansiyeli taşıyorlar.

Biyo Bazlı Epoksi

Termosetler

Günümüzde epoksi termosetle-rin yaklaşık %90’ı epiklorohidtermosetle-rin ile bisfenol-A’nın sodyum hidroksit var-lığında tepkimesinden elde edilen bisfenol-A diglisidil eteri türü epok-si monomerlerinden elde ediliyor. Epoksi üretiminin neredeyse tama-mına yakınının fosil kaynaklara bağlı olması sera gazları emisyonunu sınır-lamak için uygun gözükmüyor.

Bu doğrultuda petrol bazlı epoksi sistemlerinin yerini alması amacıyla bitkisel yağlar, furan, tanin, lignin, ro-sin, vanilin, daidzein ve itakonik asit gibi yenilenebilir kaynaklardan biyo bazlı epoksi termosetler geliştirmek için araştırmalar gerçekleştiriliyor.

Elde edilen biyo bazlı epoksiler petrol bazlı muadilleriyle karşılaştırı-labilir özellikler gösteriyorlar ve çev-re dostu olmaları nedeniyle ön plana çıkıyorlar. Tüm epoksiler gibi yüksek yanıcılık gösteren biyo bazlı epoksile-rin de yanmaya karşı dayanıklı olma-larını sağlamak gerekiyor.

Genel olarak yanmaya karşı daya-nıklılık iki yolla sağlanıyor. Bunların ilkinde yüksek miktarda yanma ge-ciktirici dolgu maddesi sisteme ekle-niyor ve fiziksel olarak epoksi sistem-le karıştırılıyor. Bu yolda kullanılan katkı maddeleri insana zararlı olabi-leceği gibi elde edilen epoksi malze-menin üstün fiziksel ve kimyasal özel-liklerinin bozulmasına da yol açabili-yor. Diğer yöntemdeyse alev gecikti-rici özellik taşıyan monomerler epok-si epok-sistemlere kimyasal olarak bağlanı-yor. Böylece elde edilen epoksi siste-mi kendiliğinden yanmaya karşı da-yanıklı hâle geliyor.

Yapılan çalışmalarda yanmaya da-yanıklı farklı tür biyo bazlı epoksi ter-mosetler elde edildiği bildirilmiştir. Ancak elde edilen malzemelerin me-kanik dayanımının fosil bazlı muadil-lere göre daha düşük olması ve yük-sek üretim maliyetleri gibi sorunlar biyo bazlı epoksi termosetlerin tica-rileştirilmesinin önünde şimdilik en-gel oluşturuyor. Bilim insanları yük-sek performanslı ve düşük maliyet-li biyo bazlı epoksilerin elde edilme-sine yönelik araştırmalarına devam ediyorlar.

Epoksilerin

Pazar Payı

Business Communications Com-pany (BCC) raporuna göre küresel ölçekte epoksi termosetlerin pazar payı 2015 yılında 7 milyar $’a ulaş-mıştı. Yaklaşık olarak yıllık %6,3 bü-yüme oranı dikkate alındığında 2021 yılında epoksi termosetlerin pazar payının 10,2 milyar $’a ulaş-ması bekleniyor.

Kürlenmiş epoksi reçinelerin özellikleri reçinenin türüne, kürle-me tekniğine ve kürlekürle-me işlemin-de kullanılan madişlemin-deye bağlı ola-rak değişebiliyor. Yapılan çalışma-lardan da anlaşıldığı gibi bu reçi-nelerin son özellikleri termoplastik bileşenler, inorganik maddeler, kar-bon lifleri, kil ve karkar-bon nanotüp-ler eklenerek geliştirilebiliyor. Bu sayede epoksi reçinelerin kullanım alanlarına her gün yenileri ekleni-yor ve epoksiler malzeme teknolo-jilerindeki önemini korumaya de-vam ediyor. n

Kaynaklar

Singh, N.P., Gupta, V.K., Singh, A.P., “Graphene and carbon nanotube reinforced epoxy nanocomposites: A review”, Polymer, 180, 121724, 2019. Jin, F.L., Li, X., Park, S.J., “Synthesis and application of epoxy resins: A review”, Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 29, 1-11,2015. Ahmadi, Z., “Nanostructured epoxy adhesives: A review”, Progress in Organic Coatigs, 135, 449-453, 2019.

Ahmadi, Z., “Epoxy in nanotechnology: A short review”, Progress in Organic Coatigs, 132, 445-448, 2019.

Wang, X., Guo, W., Song, L., Hu, Y., “Intrinsically flame retardant bio-based epoxy thermosets: A review”, Composites, Part B, 179, 107487, 2019. Gibson, G., Brydson’s Plastics Materials, 8th edition, Editor: Marianne Gilbert, Elsevier Ltd., 2017.

Kumar, S., Samal, S.K., ve ark., “Recent Development of Biobased Epoxy Resins: A Review”, Polymer-Plastics Technology and Engineering, 57, 3, 133-155, 2018. Pham, Ha.Q., Marks, J.M., Epoxy Resins, Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2012.