Amonyum bileşikleri ile emprenye edilen ağaç malzemenin yanma özellikleri
Fire properties of wood materials treated with amonia compounds
Yazar: EVREN TERZİ
Danışman: DOÇ. DR. S. NAMİ KARTAL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Orman Biyolojisi ve Odun Koruma Tekn. Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering
Dizin: Amonyum bileşikleri = Ammonium compounds ; Ağaç malzemeler = Wood materials ; Odun teknolojisi = Wood technology ; Orman endüstrisi = Forest industry ; Yanma hızı = Combustion velocity

Özet:
Bu çalışmada, monoamonyum fosfat (MAP), diamonyum fosfat (DAP) ve amonyum sülfat (AS) gibi günümüzde yanmayı geciktirici olarak kullanılan ve didesil dimetil amonyum klorid (DDAC) ve didesil dimetil amonyum tetrafloraborat (DBF) gibi henüz yanmayı geciktirici etkileri bilinmeyen kimyasal maddeler ile emprenye edilmiş masif ve kontrplak malzemenin yanma ve su absorpsiyon özellikleri incelenmiştir.Masif örnekler sarıçam (Pinus sylvestris L.) ağaç türüne ait tomruğun diri odun kısmından elde edilmiştir. Huş ve melez cinsi soyma kaplamalardan elde edilmiş kontrplak malzemeden ise levha örnekleri elde edilmiştir. Kontrplak üretim prosesi, temel olarak çift numaralı kaplamaların her iki yüzeyine 200 g/m2 miktarında fenol formaldehit reçinesi sürülmesi ve 140 °C sıcaklık ve 1.2 N/mm2 basınç altında 12 dakika preslenmesinden oluşmaktadır. Yanma özelliklerinin tespiti amacı ile ASTM 1354 ve ASTM E 69 numaralı test metodları, su absorpsiyon özelliklerinin tespiti için ise TS EN 317 numaralı test metodu kullanılmıştır. Belirtilen standartlara göre örneklerin boyutlandırılması ve kondisyonlanması gerçekleştirilmiştir.Belirtilen standartlara uygun olarak hazırlanan örnekler yukarıda belirtilen emprenye maddelerinin su ile hazırlanmış %1 ve %4'lük çözeltileri ile emprenye edilmişlerdir. ASTM E 69 numaralı test metodu kullanılarak belirli özellikleri taşıyan alevin deney örnekleri üzerinde meydana getirdiği ağırlık kayıpları tespit edilmiştir. ASTM 1354 numaralı test metodunun kullanılması ile ise deney örnekleri üzerinde meydana gelen ağırlık kaybı, ısı yayılma hızı, alevli yanma süresi, etkili yanma ısısı, spesifik kayıp alan, ısı yayılma hız pik ve alev yayılma indeks değerleri tespit edilmiştir. Elde edilen verilerin istatistik yönden analizi amacı ile değerler üzerinde tek yönlü varyans analizi (Anova) yapılmıştır. Birbiri ile farklılık gösteren grupların tespiti amacı ile ise Tukey testi kullanılmıştır. Elde edilen bilgiler literatür bilgileri ile karşılaştırılmış ve değerlendirmeler yapılmıştır.Bu çalışmada yapılan ateş borusu denemelerinde DDAC ile emprenye edilen masif örneklerde %1 DDAC ve %4 DDAC için sırası ile %84 ve %87 ağırlık kaybı meydana gelmiştir. DBF ile emprenye edilen örneklerde ise %1 DBF ve %4 DBF için sırası ile %83 ve %79 olmuştur. %1 MAP, %1 DAP ve %1 AS kimyasal maddeleri ile emprenye edilen kontrplak örneklerinde sırası ile %74, %73 ve %78 ağırlık kaybı tespit edilmiştir. Bu kimyasal madde konsantrasyonunun %4'e çıkarılması durumunda ise sırası ile %54, %67 ve %71 ağırlık kaybı meydana gelmiştir. Kontrol örneklerinde meydana gelen ağırlık kaybı ise %82 olarak belirlenmiştir. Kontrplak örnekleri üzerinde yapılan denemelerde de örnek grupları arasında benzer farklılıklar tespit edilmiştir.Oksijen tüketim kalorimetresi kullanılarak elde edilen alev yayılma indeks (FSI) değerleri incelendiğinde hiçbir grupta A sınıfına ait değer aralığına ulaşılamamıştır. MAP, DAP ve AS grubu örneklerde konsantrasyonun %1 den %4'e çıkarılması durumunda örneklerin FSI değeri C sınıfından B sınıfına yükselmiştir. Yalnızca AS grubu kontrplak örnekleri için konsantrasyon artışı herhangi bir sınıf değişikliğine neden olmamıştır. DDAC ve DBF kimyasal maddeleri ile emprenye edilen örneklerin FSI değerleri incelendiğinde yalnızca %1 konsantrasyondaki DDAC kimyasal maddesi ile emprenye edilen örneklerin B sınıfına dahil olabildiği, diğer grupların değerlendirme dışı kalarak FSI değeri bakımından yanmayı geciktirici bir etkiye sahip olmadıkları belirlenmiştir.Toplam ısı yayılımı bakımından kimyasal maddelerin etkinliği incelendiğinde masif ve sarıçam örneklerinde MAP DAP ve AS gruplarındaki ısı yayılım miktarları DDAC, DBF ve kontrol gruplarına göre daha düşük seviyede olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca MAP, DAP ve AS kimyasal maddelerinin retensiyon miktarının artması toplam ısı yayılımında azalma olduğu tespit edilmiştir.Ateş borusu denemelerinden elde edilen ağırlık kayıpları değerleri ve oksijen tüketim kalorimetresi testlerinden elde edilen ısı yayılma hızları, ağırlık kaybı ve geri kalan ağırlık fraksiyonları, etkili yanma ısısı, alev yayılma indeksi, ağırlık kaybı ve alev gelişme eğrileri incelendiğinde sarıçam ve kontrplak örneklerinde %4 MAP, DAP ve AS çözeltilerinin yanmayı geciktirici etkilerinin olduğu tespit edilmiştir. Bunun yanında DBF ve DDAC maddelerinin yanmayı geciktirici bir etkiye sahip olamadıkları belirlenmiştir. Bu çalışmada retensiyon miktarlarının ticari uygulamalardaki retensiyon değerlerinden oldukça düşük olması nedeni ile retensiyon miktarlarının artırılması ile yanma özelliklerinde iyileşmeler olabileceği düşünülmektedir.TS EN 317 standart test metoduna göre yapılan denemelerde ise kimyasal madde grupları arasında belirgin bir ilişki tespit edilememiştir. Kullanılan kimyasal madde konsantrasyonlarının oldukça düşük olması nedeni ile bu durumun ortaya çıktığı düşünülmektedir.

Abstract:
In this study, fire and water absorption properties of solid wood and plywood treated with commercial fire retardants, monoammonium phosphate (MAP), diammonium phosphate (DAP) and ammonium sulphate (AS) as well as quaternary ammonia compounds, didecyl dimethyl ammonium chloride (DDAC) and didecyl dimethyl ammonium tetrafluoroborate (DBF) of which fire properties have not studied yet were evaluated.Solid wood specimens were obtained from sapwood portions of a scotch pine (Pinus sylvestris l.) log, whilst plywood specimens were cut from plywood panels manufactured with birch and spruce veneers by applying phenol formaldehyde resin at a rate of 200 g/m2 and using a pressure of 1.2 N/mm2 at 140°C for 12 min.All specimens were treated with 1% and 4% aqueous solutions of the chemicals stated above. For fire properties, ASTM E 69 and ASTM 1354 standard methods were followed. Water absorption properties were determined based on TS EN 317 standard method. In the tests according to ASTM E 69 standard method, mass losses in the specimens during the tests were determined; however, more detailed investigations were performed following ASTM 1354 standard method such as mass loss in the specimens, heat release rate, time for sustained ignition, effective heat of combustion, specific extinction area, peak heat release rate, residual mass fraction and flame spread index (FSI).For statistical analyses of the data, one way variance analysis (ANOVA) were used to compared several groups of observations and all data were then statistically compared by tukey?s test. The results from the study were also compared with previous results done by several researchers.In the fire tube tests based on ASTM E 69 standard method, 84% and 87% mass losses were found in the solid wood specimens treated with 1% and 4% DDAC, respectively. DBF, however, was resulted in slightly less mass losses in the solid wood specimens treated with the same concentration levels. In the tests with MAP, DAP, and AS, considerably less mass losses occurred in the solid specimens treated with 4% of the chemicals. 54%, 67%, and 71% mass losses were obtained in those specimens; however, mass losses increased when the specimens were treated with 1% solutions of the same chemicals. Control specimens had 82% mass loss in the tests and similar results were obtained in the plywood specimens.In the cone calorimeter tests based on ASTM 1354 standard method, no specimens were rated as class a which is the most restrictive requiring fire retardant treatment of wood products. In MAP, DAP and AS-treated specimens, FSI values increased from class C to class B as solution concentrations increased from 1% to 4%. However in the plywood specimens treated with as, no class change was determined as the concentration level increased to 4%. In the specimens treated with the quaternary ammonia compounds, DDAC and DBF, only DDAC-treated specimens were class B and all other specimens treated with dbf showed poor fire properties based on the FSI evaluations.Total heat release rate curves over the duration of the tests showed that total heat release rates of the specimens treated with MAP, DAP, and AS were much lower than those of both DDAC and DBF-treated specimens and untreated control specimens. With increase in the solution concentration in MAP, DAP, and AS, total heat release rates of the specimens decreased.Water absorption tests revealed that no clear relationships were determined due to probably low retention levels of the chemicals in the specimens.Overall, MAP, DAP, and AS showed better fire performance as fire retardants; however, DBF and DDAC chemicals showed poor fire properties based on both ASTM E 69 and ASTM 1354 standard tests. In this study, considerably less retention levels of the chemicals when compared to commercial applications. It is likely that higher retention levels of DBF and DDAC may result in better fire performance in both solid wood and plywood panels.