EPDM kauçuk esaslı halojen içermeyen malzemelerde peroksit ve koajan tiplerinin yanma davranışı üzerine etkisi
Effect of peroxide and coagent types on flame behavior in EPDM rubber-based halogen-free materials
Yazar: GÜRCAN GÜL
Danışman: PROF. DR. BAĞDAGÜL KARAAĞAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Teknoloji ve endüstrideki gelişim ile birlikte, her geçen gün polimerik malzemelerden beklentilerin arttığı görülmektedir. Yangın durumunda tutuşmaması ve/veya kendiliğinden sönebilmesi, birçok endüstriyel uygulamada polimerik malzemelerden beklenen bir özelliktir. Yapılarında halojen içeren polimerlerin ve katkı maddelerinin yanmaya karşı dayanımlarının yüksek olmasına rağmen, bu tip malzemelerin yanma esnasında korozif gaz oluşturması ve zararlı duman açığa çıkarması kullanımlarını kısıtlamaktadır. İnşaat sektöründe Yapı Malzemeleri Regülasyonunun (CPR) oluşturulması sonrasında inşaatlarda kullanılan malzemelerin aleve karşı dayanıklı olması ile birlikte yanma esnasında düşük duman salınımı da birçok uygulamada zorunluluklar arasında yer almıştır. Bu bağlamda günümüzde yapı malzemeleri için geliştirilen polimerik malzeme bileşimlerinin, halojen içermeyen alev geciktirici (halogen-free flame retardant, HFFR) özellikleri sağlaması üzerine yapılan çalışmaların sayısı hızla artmaktadır. Üstün dielektrik özellikleri ve değişken hava koşullarına karşı dayanıklılığı sayesinde, etilen propilen dien kauçuk (EPDM), yapı sektörünün önemli bileşenlerinden biri olan kabloların kılıf ve izolasyon malzemelerinde yaygın olarak tercih edilen bir hammaddedir. Bununla birlikte EPDM'in tek başına kullanıldığı durumda alev dayanımı oldukça zayıftır; alev geciktirici özellikte çeşitli dolgu ve katkı maddeleriyle karıştırılarak bu eksikliğinin giderilmesi mümkündür.

Bu tez çalışmasında, halojen içermeyen alev geciktirici özellikte EPDM esaslı kauçuk hamurlarında farklı peroksit ve koajan bileşimleri ile kabaran alev geciktirici katkı kullanımının malzemenin reolojik, fiziksel, mekanik, ısıl yaşlanma ve yanmazlık özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Pişirici sistem olarak dikümil peroksit (DCP) veya di(tert-bütilperoksiizopropil) benzen (BIPB) ile birlikte trialil izosiyanürat (TAIC), yüksek vinil 1,2-polibütadien (HVPBD), trimetilolpropan trimetakrilat (TMPTMA) ve çinko dimetakrilat (ZDMA) olmak üzere dört farklı koajan tipi, iki farklı oranda kullanılmıştır. Bu bileşimlerden, 2 phr koajan kullanılanlara ayrıca amonyum polifostat (APP), pentaeritritol (PER) ve genleştirilmiş grafitten (EG) oluşan kabaran alev geciktirici sistem de ilave edilerek hazırlanan ve endüstriyel olarak uygulanabilir toplam 24 farklı kauçuk hamuru sistematik bir yolla değerlendirilmiştir. Kabaran alev geciktiricilerle EPDM hamurlarının yanmazlığının geliştirilebildiği, halojensiz alev geciktirici EPDM hamurlarında hem reolojik ve mekanik özellikler, hem de yanmazlık özellikleri birlikte değerlendirildiğinde, di(tert-bütilperoksiizopropil) benzen ve çinko dimetakrilattan oluşan pişirici sistemin kullanılmasının avantajlı olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
With the developments on technology and industry, expactations from polymeric materials are increasing day by day. In the event of a fire, flame retardency and self-extinguishing properties are expected from polymeric materials in varius indrustrial applications. Even though halogen containing polymer and additives are highly flame resistant, these materials releases toxic and corrosive gases when they burn, which limits their use. After the establishment of the Construction Products Regulation (CPR) in the construction industry, the flame resistance of the materials used in the buildings and the low smoke emission during combustion have become expectations and obligations in many applications. In this context, the number of studies on halogen free flame retardent (HFFR) compounds have been performed to improve overall material performance. Ethylene propylene diene rubber (EPDM) is a frequently used material as a cable insulation material because of its superior dielectric properties and weathering resistance. However, EPDM is very prone to flame when used alone. This can alsı be overcome by using several flame retardent additives. 

In this study, effects of two types of peroxides, four types of co-agents, and intumescent flame retardents on the rheological, physical, mechanical, thermal aging and flammibility properties of EPDM based rubber formaulations were investigated. Dicumyl peroxide (DCP) and di(tert-buthylperoxyisopropyl) benzene(BIBP) were the selected peroxides. Trialyl isocyanurate (TAIC), high vinyl 1,2-polybutadiene (HVPBD), trimetylolpropion trimetacrylate (TMPTMA), and zinc dimetacrylate (ZDMA) were used as co-agents in two different amounts. Besides, an intumescent flame retardant system consisting of ammonium polyphosphate (APP), pentaerythritol (PER), and expanded graphite (EG), was used in 2 phr coagent containing compounds. Totally 24 different industrially applicable rubber compounds were prepared and investigated systematically Intumescent flame retardants were found to provide a good level of flame retardancy along with the comparable mechanical properties to the peroxide cured EPDM compounds. In conclusion, di(tert-butylperoxyisopropyl) benzene and zinc dimethacrylate were found to be the best curing system for EPDM based halogen-free flame retardent compounds prepared in this study.