Doğal terpen-rosin fenolik reçinenin çevreci bir yaklaşımla sentezi ve yapay sinir ağları ile modellenmesi

Günümüzde artan çevre ve sağlık kaygıları, tüketicilerin doğal malzeme ve kaynaklara olan ilgisini artmıştır. Bununla birlikte, dünyada sentetik kimyasalların tüketimine getirilen kısıtlamalar sektörü zorunlu olarak biyobazlı ürünlere yönlendirmektedir. Doğal reçine, polimerleşmeye ve türevlendirilmeye uygun zengin monomer içeriği sebebiyle kağıt, yapıtırıcı, boya gibi birçok endüstride kullanılmaktadır. Bu tezde, çam köklerinin ekstraksiyonuyla elde edilen doğal reçinenin terpence zenginleştirilmesi ve ardından fenol ile muamele edilmesiyle katma değeri yüksek, ülkemiz için yeni ve yerli bir reçine türevi olan; terpen-rosin fenolik reçinenin (TRPR) sentezlenmesi amaçlanmaktadır. Ayrıca nihai ürünün fiziksel ve kimyasal özelliklerinin karakterize edilmesi ve ithal edilen ürünler yerine ikamesi hedeflenmektedir. Sentez reaksiyonlarında özgün olarak, çevreci ve tekrar kullanılabilir ion-exchange bir katalizör olan Amberlyst15 kullanılmıştır. Bununla birlikte, farklı hammade oranı (terpen/doğal reçine), sıcaklık (50-80°C) ve basınç (1-4 atm) parametreleriyle üretilen TRPR örneklerinin kimyasal yapısı Fouirer Transform Infrared Spektroskopi (FTIR), Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) ve Jel Geçirgenlik Kromatografisi (GPC) analizleri ile incelenmiş ve sentez reaksiyonlarının başarıyla gerçekleştiği görülmüştür. Sentezlenen TRPR örneklerinin, renk skalası, yumuşama noktası, asit ve sabunlaşma sayıları tespit edilmiştir. Karakterizasyon verilerine göre deneysel parametrelerin optimizasyonu için Yapay Sinir Ağı (ANN) modellemesi uygulanmıştır. ANN modellemesi 3 girdi (basınç, sıcaklık ve terpen/doğal reçine oranı) ve 4 çıktı (reaksiyon verimi, asit sayısı, sabunlaşma sayısı ve yumuşama noktası) ile tasarlanmıştır. TRPR üretimi girdi ve proseslerinin çevreye olan etkilerini değerlendirmek amacıyla Yaşam Döngüsü Analizi (YDA) gerçekleştirilmiştir. Dahası, Türkiye'de TRPR üretiminin yatırım yapmaya değer olup olmadığı ekonomik fizibilite analizi yapılarak değerlendirilmiştir. En yüksek TRPR verimi (%84,79) 80°C'de ve 3 atm'de 1/2 terpen/doğal reçine oranı ile elde edilmiştir. TRPR örneğinin ortalama molekül ağırlığı (Mw) ise 560 g/mol bulunmuştur. Ayrıca, TRPR'nin yumuşama noktası 40°C ile 80°C arasında bulunmuştur. TRPR örneklerin asit sayısının 90,55-149,33 mg KOH/g, sabunlaşma sayısının ise 100,12-167,79 mg KOH/g arasında değiştiği gözlemlenmiştir. YDA sonuçlarına göre, TRPR üretim sürecinin çoğunlukla abiyotik tükenme (138091,6 kg Sb eq) ve karasal toksisite (3,90E+12 kg 1,4-DB eq) kategorilerinde çevresel etkileri olduğu tespit edilmiştir. Ekonomik fizibilite göstergelerine göre yatırımın geri dönüş süresi 0,32 yıl olarak bulunmuştur. Tüm bulguların ışığında, TRPR'nin kağıt, mürekkep ve yapıştırıcı endüstrisinde kullanım için daha çevreci ve ekonomik bir ara ürün alternatifi olacağı düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Doğal reçine, Tekrar kullanılabilir katalizör, Terebentin, Terpen rosin fenolik reçine, Yapay sinir ağları, Yaşam döngüsü analizi