Poliüretan Köpük Sistemlerinde Halojen İçermeyen Yanma Geciktirici Ajanlar

11 Eylül 2020

Ülkemizde polimer temelli malzemelerin üretimlerinde kullanılan hammaddelerin ve yardımcı kimyasalların üretimini yapan endüstri kollarının mevcut ihracat kapasitesinin sürdürülebilmesi ve artırılabilmesi çok önemlidir. Bu nedenle daha çevreci ve insan sağlığına duyarlı ürünlerinin geliştirilmesi ve rekabet edilen diğer ülkelere karşı katma değeri daha yüksek poliüretan köpük nihai ürünlerinin üretilebilmesi günümüzde daha da önem kazanmıştır.

Poliüretan köpük ürünlerinin yanmasının geciktirilmesi bu ürünlere kazandırılması gereken en önemli özelliktir. Poliüretan köpük ürünlerinde kullanılacak yanma geciktirici kimyasallar için getirilen yasal zorunluluklar üreticileri çevre dostu ve insan sağlığına zarar vermeyen ürünler geliştirmeye zorlamaktadır [1].

Poliüretan köpüklerde ve diğer polimer temelli malzemelerde alev geciktirici katkılar kullanılarak nihai ürünlerde yangına karşı dayanım sağlamaktadır. Alev geciktiriciler reaktif ve katkılı olmak üzere iki ana başlıkta gruplandırılmaktadır. Reaktif alev geciktiriciler kimyasal bileşimlerinde hetero atom (N, P, Si) içerir ve polimer ana zincirinde yanma dayanımı sağlayan yapıları bulundururlar. Katkılı alev geciktiriciler formülasyonlara fiziksel yolla karıştırılırlar. Reaktif alev geciktiriciler polimer yapı ile kimyasal reaksiyon verirken, katkılı alev geciktiriciler polimer yapı içine fiziksel olarak karışır ve kimyasal reaksiyon vermezler [2].

Genellikle kullanılan alev geciktiriciler; bor, alüminyum, fosfor, antimon, klorür ve bromürdür [3]. Günümüzde polimerlere alev geciktirici özellik halojen içeren katkı maddeleriyle sağlanmaktadır. Halojen içeren yanma geciktiriciler yanma dayanımı için uygun sonuçlar vermesine rağmen bu katkı malzemeleri zamanla yüzeyden göç etmeleri bu nedenle alev geciktirici özelliklerinin azalması, yandıklarında zehirli gaz açığa çıkarmaları, insan sağlığı ve çevreye olan olumsuz etkileri gibi sorunlardan dolayı bu tür ürünlerin kullanımı her geçen gün azalmakta ve yasal zorunluluklar nedeniyle kullanımı birçok ülkede sınırlandırılmaktadır veya yasaklanmıştır [4]. Bu sebeplerle ulusal ve uluslararası firmalar halojen içermeyen alev geciktiriciler için çalışmalarını sürdürmekte ve yanmaya karşı dirençli davranış gösteren ürünleri geliştirmeye yönelmektedir.

Şekil 1. Yanma mekanizmasının şematik gösterimi

 

Poliüretan köpükler genel olarak, ‘’OH’’ grubu içeren polioller ile ‘’NCO’’ grubu içeren diizosiyanatların uygun katalizör ve kabarma ajanları ile vermiş olduğu ekzotermik reaksiyon sonucunda oluşan polimerik malzemelerdir. Diizosiyanat ile hidroksil grubu arasındaki reaksiyonda karbondioksit gazı (CO2) oluşur, oluşan (CO2 ) malzemenin kabarmasını sağlar. Malzemenin daha fazla kabarmasını sağlamak yani daha düşük yoğunluklu malzeme elde etmek amacıyla, köpük formülasyonu içerisine ilaveten pentan türevleri, metilal ve kısmen su gibi çeşitli kabartıcı maddeler eklenebilmektedir.

Şekil 2. Poliüretan sert köpük oluşumunun şematik gösterimi

 

Poliüretan köpüğü oluşturmak için kullanılan bu malzemelerin yanı sıra, malzemenin içerisine özel hızlandırıcılar, özel hücre düzenleyiciler ve köpüğün yanma özelliklerini iyileştirmek için karışıma alev geciktirici maddeler ilave edilebilmektedir. Poliüretan sert köpüklerde yanma geciktirici katkılar olarak fosfor, brom içerikli polioller ve bunların yanında katkı ajanları olarak Tris(1-kloro-2-propil) fosfat (TCPP) ve Trietil fosfat (TEP) kullanılmaktadır. Bunların yanında Poliizosiyanurat (PIR) köpükler yangına dayanıklı malzemeler olarak çok tercih edilmektedir [5].

Şekil 3. TCPP ve TEP alev geciktirici malzemelerin kimyasal yapıları gösterimi

Şekil 4. PUR ve PIR köpüklerin yanma denemesi görünümleri

 

Kimpur ailesi olarak faaliyet gösterdiğimiz Poliüretan köpük sektöründe, yerli firmaların neredeyse tamamı fiziksel karıştırma yöntemi ile ithal hammaddeleri kullanılarak mamül formülasyonu üzerinde çalışmaktadır. Bu durum gerek kimya sektörü gerekse ulusal ekonomi stratejilerimizde ciddi ekonomik sorunlara neden olmaktadır. Ulusal düzeydeki teknolojik durumda, Poliüretan Köpük sistem üreticileri yanma dayanımını sağlamak için büyük oranda halojen içeren katkı ajanlarını sistemlerinde kullanmaktadır.

Firmamız yenilikçi, ekonomik ve çevre dostu ürünlerin hazırlanması için her geçen gün Ar-Ge çalışmalarını artırmaktadır. Bu kapsamda yanma geciktirici ajanlarının kendi bünyemizde sentezlenmesi ve üretimi için çalışmalarımız devam etmektedir. Halihazırda Kimpur ailesi olarak sandviç panel üretici firmaları için KimRIGID PIR sistemleri yangın dayanımı konusunda benzersiz çözümler sunmaktadır. KimRIGID PIR sistemler basma mukavemet değerleri 130-150 kPa aralığında olan, 38-42 g/ml yoğunluklarda, 21 mW/mK ısıl iletkenlik katsayısına sahip ve Avrupa standartı SBI’ya (Single Burning Item) göre minimum B s2 d0 seviyesinde yanma direncine sahip ürünlerdir.

Kaynaklar
1. Market study flame retardants, http://www.ceresana.com/en/market-studies/additives/flame-retardants, 26 Mayıs 2016.
2. Flame Retardants, Specialty Chemicals Update Program, https://ihsmarkit. com/products/chemical-flame-retardants-scup.html, September 2017. 3. D.K. Chattopadhyay, Dean C. Webster, Thermal stability and flame retardancy of polyurethanes, Progress in Polymer Science, Volume 34, Issue 10, October 2009, Pages 1068-1133

4. L.J. Qian, F.F. Feng, S. Tang, Bi-phase flame-retardant effect of hexa-phenoxy-cyclotriphosphazene on rigid polyurethane foams containing expandable graphite, Polymer, Valume 55 Issue 1, 2014, Pages 95–101. 5. M. Zhang, Z. Luo, J. Zhang, S. Chen, Y. Zhou, Effects of a novel phosphorus–nitrogen flame retardant on rosin-based rigid polyurethane foams, Polymer Degradation and Stability. Valume 120, 2015, Pages 427–434.

 

Dr. Emre Baştürk

Ar-Ge Sorumlusu

Kimpur