PIR Continuous Sistemler

03 Ekim 2019

 

Dr. Nesrin Oğuz
Ar-Ge Uzmanı
Flokser Kimya

 

 

 

Günümüzde evlerimizde ve iş yerlerinde kullanılan eşyaların büyük çoğunluğunu polimerik malzemeler oluşturmaktadır. Günlük yaşantımızda pek çok alanda kullanım kolaylığı sağlayan polimerik yapılı malzemelerin gün geçtikçe kullanımının artması çevresel sorunları da beraberinde getirmiştir.Polimerik malzemelerin en önemli dezavantajlarından biri de yanmaya karşı dirençlerinin düşük olmasıdır.Avrupa Birliği ve gelişmiş ülkelerde polimerik malzemelerin yanmazlığı,geliştirilmesi gereken en önemli konuların başındadır.Polimerlere ilave edilen değişik katkılar ile malzemelere alev geciktiricilik (geç tutuşabilirlik) özelliği kazandırılmaktadır [1].

Polimerik bir malzeme olan köpükler (polimer köpükleri, gözenekli polimerler), içerisi hava ya da bir gaz ile doldurulmuş olan kapalı boşluklardan (gözenekler, hücreler) oluşmaktadır [2, 3].

Polimerik köpük uygulamalarında, poliüretan (PU), polistiren (PS), poliolefin (polietilen (PE) ve polipropilen (PP)), poli(vinil klorür) (PVC), polikarbonat (PC) gibi çeşitli polimerler kullanılmaktadır. Bu polimerler arasında özellikle poliüretanlar; köpüklendirilmesi kolay, mekanik ve fiziksel özellikleri iyi ve ucuz olduğu için daha çok tercih edilmektedir [2].

Poliüretan köpüklerin düşük ısıl iletkenlik katsayına sahip olması yalıtım için ideal ve vazgeçilmez olmasını sağlamıştır. Bu yalıtım kabiliyeti, soğuk oda depoları ve buzdolabı gibi sektörlerde gıdaların bozulmadan korunmasına, bina yalıtımında enerji ve yakıt sarfiyatını düşürmeye yardımcı olmaktadır. Ancak sanayi tesisleri (tanklar, borular, gemiler), inşaat, buzdolabı, mobilya, frigorifik araçlar gibi pek çok uygulama alanına sahip olan rigid (sert) poliüretan köpüklerin kolaylıkla alev alması, yangının hızlı bir şekilde yayılmasına ve yangın sonucunda önemli oranda can ve mal kaybına sebep olmaktadır. Dolayısıyla büyük yangınlarda oluşacak can ve mal kaybını azaltmak için panel aralarında kullanılan poliüretan köpüğün yanmazlık özelliğinin geliştirilmesi günümüzde kaçınılmaz bir hale gelmiştir.

İnşaat sektöründe yalıtım amacıyla kullanılan sandviç paneller, iki tane ince metal sac arasına doldurulan yüksek mukavemetli, düşük yoğunluklu köpük dolgu malzemesinden oluşmaktadır (Şekil 1). Panellerde kullanılan dolgu malzemesi yalıtım performansı açısından önemlidir. Panel üretiminde dolgu olarak poliüretan (PUR), poliizosiyanürat (PIR), genleştirilmiş polistiren (EPS) gibi çeşitli malzemeler kullanılmaktadır [4].

Şekil 1. Sandviç panel çekirdek malzemesi ve kaplama malzemesi [4]

Poliüretanlar; polimer zinciri üzerinde üretan bağları (-NHCOO-) bulunan [5], molekül başına iki ya da daha fazla reaktif fonksiyonel hidroksil grubuna (-OH) sahip alkoller (dioller ya da polioller) ve molekül başına birden fazla reaktif izosiyanat grubuna (-NCO) sahip diizosiyanat ya da poliizosiyanatın reaksiyonu ile oluşan polimerlerdir [6].

Poliüretanlar; polimer zinciri üzerinde üretan bağları (-NHCOO-) bulunan [5], molekül başına iki ya da daha fazla reaktif fonksiyonel hidroksil grubuna (-OH) sahip alkoller (dioller ya da polioller) ve molekül başına birden fazla reaktif izosiyanat grubuna (-NCO) sahip diizosiyanat ya da poliizosiyanatın reaksiyonu ile oluşan polimerlerdir [6].

Şekil 2. Poliüretan reaksiyonu

Poliizosiyanürat (PIR) köpükler ise izosiyanatların siklotrimerizasyon reaksiyonu ile oluşmaktadır. PIR köpükler, poliüretan köpüklere kıyasla yanmaya karşı dayanıklıdır ve daha üstün ısıl kararlılığa sahiptirler. Yapısındaki izosiyanürat halkaları yanmayı geciktirici özellik sağlamaktadır. Belirli bir poliol formülasyonu için izosiyanat fazlalığı ne kadar yüksek olursa (izosiyanat indeksi olarak ifade edilir),polimerik köpük omurgasında izosiyanürat halkalarının üretan ve/veya üre bağlarına kıyasla konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa yangın geciktirme performansı o kadar iyi olur.Bu durum,yarı aromatik izosiyanürat trimer yapısı ile üretan bağları arasındaki yüksek bağ enerjisinin sonucudur. Yanmayı geciktirici özelliğinden dolayı poliizosiyanürat köpükler,inşaat endüstrisinde kullanılan sandviç panellerin imalatında yalıtım malzemeleri olarak yaygın şekilde kullanılmaktadırlar [7].

Şekil 3. PIR reaksiyonu [8]

Poliizosiyanürat (PIR) sert köpüklerin avantajları;
• Yüksek sıcaklıklarda kararlı,
• Yangına karşı dayanıklı,
• Yüksek ısıl yalıtkanlığa sahip,
• Üstün mekanik özellikli,
• Mikroplara/küflere karşı yüksek dirençli olmasıdır.

Ülkemizde dış cephe yalıtımında kolaylıkla alev alabilen B2 ve B3 sınıfındaki poliüretan köpükler, yangına dayanıklı olan B1 sınıfı ürünlerden daha fazla kullanılmaktadır. Ancak inşaat sektöründe “Binaların Yangından Korunması Hakkında Yönetmelik” kapsamında dış cephelerin, yüksek binalarda yanmaz malzemeden ve diğer binalarda ise en az zor alevlenici malzemeden olmasının yasal zorunluluk haline gelmesiyle birlikte B1 özellikte yalıtım malzemesine olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır.

Tablo 1. TS EN 13501-1 ve DIN 4102 standartları, yapı malzemelerini, yangın durumundaki davranışlarına göre sınıflandırılması [9]

Flokser Kimya Ar-Ge merkezinde PIR continuous sistemler için geliştirilen CREAPOL RC 3430/36 poliol formülasyonu sürekli hatlı panel sistemlerde metal yüzlü sandviç panel üretiminde kullanılmaktadır. PIR continuous sandviç paneller; poliol karışımı ile birlikte katalizör, yardımcı kimyasal ve şişirici ajanın da dışarıdan verilerek izosiyanat ile reaksiyona girmesi ile üretilmektedir.

PIR ürün CREAPOL RC 3430/36, TS EN 13501-1 standardına göre yapılan test sonucuna göre B s2 d0 yanmazlık sınıfında olup; panel de uygulanacak özel uygulamalar ile B s1 d0 da elde edilebilir. Bu değerler yanmazlık, fiziksel ve mekanik özellikleriyle sektörün ihtiyacını karşılamaktadır.

CREAPOL RC 3430/36 ürünün teknik özellikleri ve reaksiyon için önerilen bileşenlerin özellikleri Tablo 2-3’te verilmiştir.

 

Şekil 4’te B s2 d0 sınıfında CREAPOL RC 3430/36 PIR ürününe ve B3, B2 sınıfında olan poliüretan (PUR) ürünlerine ait yanma görselleri bulunmaktadır. 30 saniye süreyle aleve maruz bırakılan test numunesi, uygulanan alevin deney süresi içerisinde 150 mm ölçme çizgisine ulaşmaması nedeniyle testi başarılı bir şekilde geçmiştir.

Şekil 4. B3 ve B2 sınıfında PUR ürünlerin ve B1 sınıfında PIR ürünün yanma testleri

Kaynaklar
[1]. Yıldırım, S., Çelik, E., 2014, Alev Geciktirici Huntit ve Hidromanyezit Nanopartikül Takviyeli Polimerik Kompozit Kaplamalar, AKÜFEMÜBİD 14 (2014) OZ5762 (387-393).
[2]. Saçak, M., Polimer Teknolojisi, Gazi Kitabevi, ISBN 975–8895– 82–6, Ankara
[3]. Lee, L.J., Zeng, C., Cao, X., Han, X., Shen, J., Xu, G., 2005, Polymer nanocomposite foams, Composites sciences and technology, 65, 2344-2363.
[4]. Wang, Y.C., Foster, A., 2017, Experimental and numerical study of temperature developments in PIR core sandwich panels with joint, Fire Safety Journal 90 (2017) 1–14.
[5]. Yang, L.T., Zhao, C.S., Dai, C.L., Fu, L.Y., Lin, S.Q., 2012, Thermal and mechanical properties of polyurethane rigid foam based on epoxidized soybean oil, J Polym Environ, 20, 230–236.
[6]. Tu, Y.C., Kiatsimkul, P., Suppes, G., Hsieh, F.H., 2007, Physical Properties of Water-Blown Rigid Polyurethane Foams from Vegetable Oil-Based Polyols, Journal of Applied Polymer Science, Vol. 105, 453–459.
[7]. (Bertucelli, L., Fantera, G., Golini, P., US 20150118476 A1: Production of polyisocyanurate foam panels, Dow Global Technologies LLC.
[8]. Hejna, A., Kosmela, P., Kirpluks, M., Cabulis, U., Klein, M., Haponiuk, J., Piszczyk, L., 2018, Structure, Mechanical, Thermal and Fire Behavior Assessments of Environmentally Friendly Crude Glycerol- Based Rigid Polyisocyanurate Foams, J Polym Environ (2018) 26:1854–1868)
[9]. Güleşen, E., Yılmaz, M. H., Yangın Emniyeti ve Cephe Tasarımı, 9. Ulusal Çatı & Cephe Konferansı 12 – 13 Nisan 2018 T.C. İstanbul Kültür Üniversitesi – Ataköy Yerleşkesi – Akıngüç Oditoryumu.