İç Cephe İnşaat Boyalarında Alev Geciktirici Olarak Çinko Borat Kullanımı

11 Mart 2014

 

Prof. Dr. Ayşe Murathan / Prof. Dr. Dr. Atilla Murathan

Gazi Üniversitesi-Kimya Mühendisliği Bölümü

 

Giriş

Kontrol dışı gerçekleşen kapalı ortam yangınları insanların ölümüne, maddi kayıplara ve emsalsiz tarihi eserlerin kaybına yol açabilir. Ülkemizde hızlı nüfus artışı, çarpık kentleşme ve hızlı sanayileşme sonucunda her yıl gerçekleşen yangın sayısı ve yangından dolayı meydana gelen zarar miktarı artmaktadır. Kapalı ortam yangınlarına müdahale için ilk 5 dakika çok çok önemlidir. Yangınlardan dolayı ortaya çıkan can ve mal kaybını en aza indirmek için alınacak tedbirlerden biri de yanmayan veya yanmayı geciktirici malzemeler kullanmaktır. “Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik” (1) Resmi Gazete 9 Eylül 2009 Sayı: 27344 ile konu daha detaylı olarak ele alınmıştır. İlgili yönetmelikte verilen Ek-2’de Malzemelerin Yanıcılık Sınıfları ayrı ayrı olacak şekilde TS EN 13501-1’e göre sınıflandırılımıştır (2).

 

Alev Geciktiriciler

Alev geciktirici ve duman bastırıcı malzemeler, katkı maddeleri ve reaktifler olarak iki ana gruba ayrılırlar. Katkı maddeleri genellikle dolgu maddeleri olarak kullanılıp reaktif bileşenlerin aksine; diğer bileşenlerle reaksiyona girmez. Plastiklerin bileşiminde polimer dışındaki alev geciktirici katkı mineral miktarı sürekli artmaktadır. Bu yardımcı malzemeler plastik yapma (karıştırma, çekme veya döküm esnasında viskozite değiştirici, plastikleşti-riciler, döküm kalıbından gevşeticiler vb.) şartlarını sağladığı gibi aynı zamanda nihai ürüne mukavemet, rijitlik, esneklik ve kullanım şartlarına direnç de verir. Alev geciktirme ve duman bastırmada inorganik mineraller / bile-şikler önemli rol oynamaktadır. Genelde alev geciktiricilerin fonksiyonlarını sağlaması için alev geciktirme etki-sine sahip olması ve daha sonra içine katıldığı ana malzemenin işlenme özelliklerine zarar vermemesi gerek-mektedir. Belli oranlarda ilave edilen alev geciktirici katkı maddeleri hem kolay yanıcı ana malzemeyi seyreltmek te hem de ana maddenin oksijen indeksini azaltmaktadır Oksijen indeksi ana maddenin yanmasına devam edebilmesi için gerekli olan minimum oksijen miktarıdır (3).

Yangın geciktiricilerde, özellikle alüminyum trihidrat ve magnezyum hidroksit kullanılmaktadır. Bunların dışında bor türevleri, bromlu, klorlu ve fosforlu kimyasallar da kullanılmaktadır. Son yıllarda ise bu ürünlerin kombinasyonları kullanılmaya başlanmıştır. Çinko borat ve Antimon trioksit birlikte kullanılmaya başlanmış olup, bu iki bileşim; kömürleşmenin yanmanın kavrulmanın halojensiz şekilde olmasına, yanma sırasında dumanın ve zehirin az olmasına neden olmaktadır. Ancak, Avrupa Birliği Direktifleri uyarınca bromlu, klorlu, fosforlu ve antimonlu kimyasallar toksik gaz çıkışları sebebiyle yasaklanmıştır.

 

LOI Testi

Malzemelerin aleve maruz bırakıldıklarında dayanıklılığını belirlemek için çeşitli testler mevcuttur. Yapılan bu testler gerek malzemenin türü, şekli ve boyutu, gerekse testin yapıldığı cihaz bakımından birbirinden ayrılmaktadır. Örneğin; malzeme olarak ahşap, kağıt kaplamaları, tekstil ürünleri ve polimerlere uygun olan farklı türlerde test yöntemleri mevcuttur. LOI test yöntemi, oksijen ve azotun bulunduğu bir gaz karışımında, tutuşma sonrasında yanmanın devamını sağlayan minimum oksijen konsantrasyonunun ölçüldüğü, en sık kullanılan yanabilirlik testidir. Alev geciktiricilik kızdırma kaybı, LOI ile kontrol edilir. LOI testleri numunenin yanması için gerekli oksijeni belirler.

 

LOI yöntemi, ASTM D2863 ya da ISO 45892 standartlarına uygun olarak gerçekleştirilen deneysel işlemleri kapsamaktadır. Türkçe kaynak olarak TS 111622 EN ISO 45892(4) standard test yöntemi de kullanışlıdır. Çeşitli malzeme türleri için önceden belirlenmiş boyutlara sahip deney numunesi, içerisinden yukarı doğru bir oksijen ve azot karışımı geçen şeffaf bir baca içine düşey olarak yerleştirilmektedir. Deney numunesinin üst ucu tutuşturulduktan sonra yanma davranışı incelenerek yanmanın devam süresi veya yanan deney numunesi uzunluğu, bu tür bir yanma için önceden belirlenmiş sınır değerlerle karşılaştırılmaktadır. Farklı oksijen konsantrasyonlarında, bir seri deney numunesi kullanılarak yapılan deneylerle, yanmanın devam etmesi için gerekli en düşük oksijen konsantrasyonu değeri istatistiki bir yöntem olan Dixon’ın alt–üst yöntemi kullanılarak hesaplanır. LOI sonuçları, bazı kontrollü laboratuvar şartları altında plastik malzemelerin yanma özelliklerinin hassas bir ölçümünü sağlamaktadır ve bu bakımdan kalite kontrol amacı için faydalı olabilmektedir. Elde edilen sonuçlar deney numunelerinin şekline, yönlenmesine, yalıtımına ve tutuşturma şartlarına bağlıdır. Standartta verilen yöntemlere göre elde edilen sonuçlar, bir malzeme tipinin veya şeklinin gerçek yangın şartları altında arz edeceği yangın tehlikelerini ta rif etmek veya değerlendirmek için kullanılmamalıdır. Ancak, belli bir malzeme için özel bir uygulama alanı ile ilgili yangın tehlikesi değerlendirilirken; bu standarda göre elde edilen sonuçlar, yangınla ilgili bütün faktörleri hesaba katan genel bir yaklaşımda, anlamlı bir katkı sağlayabilmektedir. Bu amaçla geniş kullanım alanı bulan ahşap boya malzemeleri ve kaplama vb. birçok alanda rol oynayan polimerik malzemelerin aleve karşı dayanıksızlıkları, düşük termal ve mekanik özellikleri yanmayı geciktirici çeşitli katkı maddelerinin ilavesiyle iyileştirilir. Bu katkı malzemeleri boyanın hazırlanmasında ya da polimerlerde polimerizasyon esnasında pigment olarak ortama ilavesiyle kullanılır. Örneğin silikon esaslı bağlayıcı ile hazırlanan yüksek sıcaklık boya numunelerinde aleve karşı duyarlılık testleri uygulanmış, bu amaçla LOI test cihazında ölçümler yapılmıştır. Silikon esaslı bağlayıcı kullanılarak geliştirilen yüksek sıcaklık boyasında hem bağlayıcı hem de pigment yüksek sıcaklığa dayanıklı olmaları nedeni ile kompozit malzeme üretiminde uyumluluk içerisindedirler ve yanmaz boya olarak kullanılabilirler [4]. Tablo 1’de LOI’ye göre alev geciktirici sınıflandırılması verilmiştir (5).

LOI değeri 25’ten büyük olan materyal havada genelde kendiliğinden sönmekte; 25’ten küçük olan ise çok kolay yanmaktadır (6).

Deneysel Yöntem

Pigment olarak titanın kullanıldığı iç cephe boyasının şahit numune alındığı deneylerde aynı kimyasalların kul-lanıldığı ancak ilave olarak % 0,3 (2ZnO.3B2O3) çinko bo-rat tozunun yeraldığı boratlı boya numuneleri ayrı ayrı hazırlandı. 11x4x4 cm3’lük alüminyum kalıpların içi kalıptan kolay ayrılabilmesi için vazelin sıvandı ve boya nu-muneleri beşer adet olmak üzere kalıplara döküldü.3 gün 45˚C’lik etüvde boyaların kuruması için bekletildi. 3 gün sonunda limit oksijen indisi standardına uygun şekilde boya kalıpları elde edildi.

 

TS 11162-2 EN ISO 4589-2(3) standard test yöntemi esas alınarak sırasıyla şahit numuneler ve çinko boratlı numuneler test edildi. Alev numuneye kenarlarına fazla tutmamak şartıyla , gerekiyorsa bütün yüzeyi kaplayacak şekil-de bir süpürme hareketi ile numuneye uygulandı. Numune alev almaya başladığı anda alev kapatılıp kronometre ile süre tutularak numunenin ne kadar süre ile yandığı gözlemlendi. Eğer 180 saniyeden az ise O hareketi, fazla ise X hareketi vereceği bilinerek gözlem yapıldı. Belli bir değerde başlatılan oksijen yüzdesi birer birer artırıldı ve her seferinde O hareketi gözlendi. Belli bir oksijen yüzdesine gelindiğinde ise X hareketi gözlendi. X ve O hare-keti arasında 0,2 adım aralığı ile tekrar gözlem yapılmasına karar verildi. Buna göre gereken hesaplamalar ile oksijen ve azotun akış hız değerleri hesaplandı ve deney bu değerlerle beraber tekrarlandı. Şahit numune için OXO-OO hareketine, çinko boratlı numune için OOXOO hareketine bakılarak k değeri hesaplandı. Değerlerin standart sapması hesaplanarak sonuçların geçerliliği hesaplandı ve doğrulandı.

Sonuçlar
Oksijen konsantrasyonunda ardışık değişimler için kullanılan adım büyüklüğü %0,2’dir. Buna göre gereken hesaplamalar ile oksijen ve azotun akış hız değerleri tablolarda verildiği gibi hesaplanmıştır.

 


Tablo 5’ten görüldüğü gibi çinko boratlı numune için oksijen yüzdesi 34 değerine karşılık gelmektedir.

Bu sonuçlara göre şahit numune sınırlı alev geciktirici grubundayken, çinko boratlı numune ekstra alev ge-ciktirici grubunda yer almaktadır. Toksisite içermemesi, ucuz olması ve Türkiye’nin dünyadaki bor cevherlerinin %72’sine sahip olması dolayısıyla çinko boratların yerli kaynak olarak alev geciktirici etkinliği boya sanayisi için önemli bir kaynak oluşturabilir.