Reçineler ve Kullanım Alanları

Reçineler ve Kullanım Alanları


Reçine, katı ya da yarı akışkan, billurlaştırılması güç, suda çözünmeyen, organik çözücülerde çözünen, ısıtılınca yumuşayan ve ergiyen maddedir.


Reçineler, bitkilerde bir yağ içerisinde erimiş halde veya zamklarla birlikte bulunurlar. Çamgiller, baklagiller, maydanozgiller gibi familyalarda reçine taşıyan bitkiler çoktur. Bu bitkilerde yağ ve zamklarla birlikte bulunan reçineler salgı kanallarında toplanır. Bitkilerde salgı kanalları tabii olarak bulunduğu gibi, patolojik bir olay veya her yaralanma neticesinde meydana gelir. Reçinesi, hücrelerinde veya salgı tüylerinde toplanan bitkiler de vardır.


Reçineler bitkilerden saf olarak elde edilmeyip, yağ gibi çeşitli maddelerle karışım halinde elde edilir. Reçine elde etmek için bitkinin kabuğu özel bir bıçakla çizilir. Sonra balyozla dövülerek veya alevle yakılarak yaralanır. Bazı bitkilerde ise reçine; etanol, eter gibi maddelerin yardımıyla, tüketme metodu ile elde edilir.


Bugün sanayide tabii reçinelerin yerini büyük ölçüde suni reçineler almıştır. Suni reçineler, fiziksel yönden tabii reçinelere benzese de kimyasal yönden farklılıklar gösterir. Termoplastik ve termoset reçineler olarak iki sınıfa ayrılırlar. Suni reçineler en çok plastikte, ayrıca vernik, yapıştırıcı ve iyon değiştiricilerin üretiminde kullanılır.


İyon Değiştirici Reçineler


İyon değiştiriciler, değişebilir katyon ve anyonları taşıyan, çözünür olmayan katı maddelerdir. Bu sentetik reçineler, yapı olarak iki kısımdan oluşur. Bunlardan birincisini üç boyutlu hidrokarbon ağı (polimer), diğer kısmını ise hidrokarbona kimyasal bağlarla bağlanmış asidik ya da bazik, iyonlaşabilen gruplar oluşturur. Organik ağ sabittir ve genel olarak laboratuvarda kullanılan çözücülerde çözünmezler.


Ayrıca tüm pratik amaçlar için kimyasal olarak inerttir. Fakat matrixe bağlı iyonlaşabilen ya da tepkimeye girebilen aktif iyonlara sahiptir. Bu nedenle eğer bir değiştirici parçası, iyon içeren sulu eriyik ile temasa sokulursa, sonuncusu kolayca reçine ya da baştan bağlı olan iyonlarla değiştirilebilir.


Bir iyon değiştirici reçinenin kimyasal tepkileri, hidrokarbon iskeletine bağlı olan fonksiyonel grupların doğasıyla belirlenir. Belli başlı iki iyon değiştirici grup vardır. Bunlar fonksiyonel grupları sulu ortamların katyonlarıyla reaksiyona girebilen katyon değiştiriciler ve fonksiyonel grupları sulu ortamların anyonlarıyla reaksiyona girebilen anyon değiştiricilerdir. Bazı maddeler de hem anyon hem katyon değişimi yeteneğine sahip olup amfoterik iyon değiştiriciler adını alır.


Tipik bir katyon değiştirici reçinesi olan, sitirendivinil benzen polimeri stiren (1) ve divinil benzenin (2) kopolimerizasyonuyla hazırlanır. Polimerin kopolimerizasyon tepkimesi sırasında polistirenin çapraz bağlarıyla belli aralıklarla dönüşümlü olarak kovalent bağla bağlanırlar. Sonuçta, üç boyutlu, çözünmeyen bir hidrokarbon ağı oluşur. Polistiren çapraz bağlarıyla divinil benzene bağlanır. Sonuçta, üç boyutlu, çözünmeyen bir hidrokarbon ağı oluşur. Bu polimer daha sonra anyonik ve katyonik reçine oluşturmak için çeşitli kimyasallar ile reaksiyona sokulur.


Katyonik iyon değiştirici reçinede stiren divinil benzen polimerin sülfürik asit ile reaksiyonu sonucunda sülfonik asit grubu (SO3H+ ), stiren divinil benzen polimerinin benzen zincir çemberlerine girerek katyon iyon değiştirici reçine meydana gelir.


Reçinenin birim hacmindeki fonksiyonel grupların toplam sayısı onun teorik iyon değiştirme kapasitesini belirler.


 Anyonik iyon değiştirici reçine, stiren divinil benzen polimerin yapısına kuvvetli bir baz olan tersiyer amin grupları (N(CH3)3+OH) veya zayıf bir baz olan primer amin gruplarının (NH3+OH) bağlanması ile oluşur.


Anyon değiştiricilerinin kimyasal stabiliteleri, katyon değiştiricilerden daha azdır. Yüksek sıcaklıkta aminler hemen hidrojenlenir ve iyon değiştiricinin kapasitesini azaltır ve çözeltinin çözünebilen organik madde ile bulaşmasına neden olur.


Reçineler mükemmel bir termal yatkınlığa ve büyük bir "değiştirme kapasitesi”ne sahiptir. Bu stirendivinil benzen matrisinin benzen zincirlerinin büyük orandaki eklenmiş iyonik fonksiyonel grupları içermesi gerektiği anlamına gelir. Reçine matris’ine kovalent bağla bağlanmış olan iyonik gruplar sulu eriyiklerde gösterdikleri özelliklerin aynısını gösterirler ve sanki serbert monomerik formlarındaymış gibi davranırlar. Sonuç olarak, polimere bağlı olan iyonik grup, iyon değiştirici materyalin yapısını belirler. Bu nedenle zayıf ve güçlü iyonlu asit ve bazlarda olduğu gibi iyon değiştirici reçinelerinde bu tür sınıflandırılmaları olabilir. İyon değiştiriciler yüksek oranda polar gruplar ihtiva ettiklerinden reçineler kuvvetli hidrofilik olup su çekerler. Şişip büzülürler, hidroskopik jel gibi hareket ederler. Kuru reçinenin bir gramı 0.51g su absorblar.


Reçinenin değiştirme tarzı ihtiva ettiği fonksiyonel gruplara bağlıdır. Kuvvetli bir asidik reçine (sülfonik asit tipi) bütün şartlarda az çok hidroliz olur. Karboksilik asit ve fenolik reçineler zayıf elektrolit gibi davranırlar. Bunların teorik kapasitesine sadece bazik çözeltilerde varılır. Zayıf bazik reçineler iyi iyonlaşmadıklarından zayıf asitlerin absorbsiyonunda kullanılmazlar. Fakat kuvvetli bazik reçineler (quarterner aminler gibi) H2SiO3 ve H2CO3’le yer değiştirme reaksiyonları verirler. Kuvvetli reçinelerin tuzları yıkamayla hidroliz olmazlar. Zayıf reçinelerin tuzları ise zayıfça hidroliz olurlar. Eğer reçine tuz formundaysa değiştirme hızı büyüktür.


Hafif ve gözenekli katılar olan iyon değiştirici reçineler küre, boncuk ya da levhalar halinde hazırlanır.


İyon değiştiricilerin başlıca kullanım alanları;

• Endüstride sulardaki Ca2+, Mg2+ , Fe2+ ve Mn2+ iyonlarının uzaklaştırılması (suyun yumuşatılması),

• Şekerin saflaştırılması,

• Minerallerden altın, gümüş ve uranyum gibi değerli elementlerin ayrılması,

• Esterleşme ve hidroliz reaksiyonlarında katalizör olarak kullanılmasıdır.