Doğal kolofan ve petrokimyasal reçineden termoplastik yol çizgi boyası üretimi
Thermoplastic road marking paint production from natural rosin and petrochemical resin
Yazar: BİLGE YILMAZ
Danışman: PROF. DR. İLHAN DENİZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Lif ve Kağıt Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Bu çalışmada, doğal reçinelerden elde edilmiş olan doğal kolofanlar modifiye edilerek termoplastik yol çizgi boyaları (TYÇB) üretiminde bağlayıcı olarak değerlendirilmesi araştırılmıştır. Bu amaçla, çam reçinesi ve ekstraksiyon reçinesinden elde edilen kolofanlar ve tall oil kolofanı kullanılmıştır. Kolofanlara, kimyasal karakterizasyon (yağ ve reçine asitleri, GC-FID/MS), kimyasal yapı (FT-IR), bozunma sıcaklığı, (TGA), camsı geçiş sıcaklığı (DSC), iç yapı analizi (SEM), kristalin yapı tespiti (XR-D), kütle analizi (LC-MS/MS), partikül boyut analizi (mastersizer), ileri kütle analizleri (MALDİ-TOF-MS ve GPC-HPLC), malzeme karakteristiği (Islanabilirlik-Temas Açısı, Wettability), renk (L*,a*,b*) analizleri ile asit sayısı değeri (mg KOH/g), ASTM D 465 – 05 ve yumuşama noktası (℃) ASTM E 28 – 99 standart testleri uygulanmış ve modifikasyon için uygun olan üç ayrı tip doğal kolofan modifikasyona tabi tutulmuştur. Optimum sentez koşulları: gliserol ester için: nkolofan/ngliserol, 2,54, katalizör/antioksidan1 a/a, %0,5, katalizör/antioksidan2 a/a, %1,0, pentaeritritol ester için: nkolofan/npentaeritritol, 1,0 katalizör/antioksidan1 a/a, %0,5, katalizör/antioksidan2 a/a, %1,0, olarak belirlenmiştir. Başlangıçta kolofanlara yapılan standart test ve analizler doğal modifiye kolofanlara da uygulanmıştır. Esterleşme reaksiyonu GPC-HPLC analizi ile gliserol ester kolofanlarda maksimum %95,445, pentaeritritol ester kolofanlarda %93,868 verim ile gerçekleştiği saptanmıştır. Geliştirilen doğal modifiye kolofanlar ve karşılaştırma amaçlı petrokimyasal reçineden üretilen termoplastik boyalara TS EN 1871'e göre kromatiklik koordinatları (x,y), parlaklık faktörü (β) , yumuşama noktası (℃),UVB yaşlandırma testi ve diğer analizler (Shore D sertlik, dokunma ve toz kuruma, polimerlerin sıcaklığa karşı dayanımı) uygulanmıştır. Analiz sonuçlarına göre modifiye doğal kolofanlardan üretilen termoplastik boyaların çoğunda (WRGE ve GEK hariç), standarda uygun değerler elde edilmiş ve boya yapımına uygun modifiye kolofanlar sentezlenmiştir.

Abstract:
In this study, the evaluation of modifying natural rosin obtained from natural resins as a binder in the production of thermoplastic road marking paints (TRMP) was investigated. For this purpose, rosin obtained from pine and extraction resin and tall oil rosin were used. Chemical characterization (fatty and resin acids, GC-FID/MS), chemical structure (FT-IR), degradation temperature (TGA), glass transition temperature (DSC), internal structure analysis (SEM), crystalline structure detection (XR-D), mass analysis (LC-MS/MS), particle size analysis (mastersizer), advanced mass analyses (MALDI-TOF-MS ve GPC-HPLC), material characteristic (Wettability-Contact Angle ), color analysis (L*,a*,b*) and acid number value, (mg KOH/g), ASTM D 465 – 05 and softening point, (℃) ASTM E 28 – 99 standard tests were applied and three different types of natural rosins were modified suitable for modification. Optimum synthesis conditions for glycerol ester: nrosin/nglycerol, 2.54, catalyst/antioxidant1 % w/w, 0.5%, catalyst/antioxidant2 %w/w, 1.0%, and for pentaerythritol ester: nrosin/npentaerythritol, 1.0 catalyst/antioxidant 1% w/w, 0.5%, catalyst/antioxidant 2% w/w, 1.0% were determined. Standard tests and analyzes also performed on natural modified rosins like unmodified rosins. Esterification reaction occurred with a maximum yield of 95,445% in glycerol ester rosin and 93,868% in pentaerythritol ester rosin, by GPC-HPLC analysis. Chromaticity coordinates (x, y), gloss factor (β), softening point (℃), UVB aging test and other analyzes (Shore D hardness, touch and powder drying, temperature resistance of polymers) for thermoplastic paints produced from natural modified rosin and petrochemical resins were applied. According to the results of the analysis, most of the thermoplastic dyes (except WRGE and GEK) in accordance with the standard and most of modified rosins were suitable for production of thermoplastic road marking paint