Rijit poliüretan köpüğün termal ve mekanik özelliklerine alev geciktiricilerin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of flame retarders on the thermal and mechanical properties of rigid polyurethane foam
Yazar: BERK YAMAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF HATİCE GÜRKAN
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alev geciktirici = Flame delayer ; Köpük = Foam ; Poliüretan = Polyurethane

Özet:
Poliüretan köpükler inşaattan otomobile, mobilyadan yalıtıma kadar birçok önemli ve geniş kullanım alanına sahip polimerik malzemelerdir. Poliol ve izosiyanat başta olmak üzere çeşitli katkı maddelerinin bir araya gelmesi ile oluşturulurlar. Poliüretan köpükler, sert köpük, ayakkabı tabanı, terlik ve süngerler başta olmak üzere önemli sektörlerin girdisini oluşturmaktadır. Sert poliüretan köpükler, kapalı hücre yapısına sahip, yüksek oranda çapraz bağlı malzemelerdir. İyi yalıtım ve mekanik özellikleri nedeniyle inşaat, ulaşım, havacılık ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Üstün özelliklerinin yanı sıra, oldukça yanıcı malzemelerdir. Bir kez yanmaya başladıklarında kendiliğinden sönmezler ve köpük yapıları nedeniyle alev yayılma hızları çok yüksektir. Tutuşmayı azaltmak ve tutuşmadan sonra köpüklerden zehirli duman çıkışını engellemek için alev geciktiricilerin kullanılması son derece önemlidir. Bu nedenle, birçok alanda alev geciktiricili sert poliüretan köpüklere olan ilgi giderek artmaktadır. Alev geciktiricilerden iki özelliğe sahip olması beklenmektedir . Birincisi alevin yayılmasını engellemesi, ikincisi ise mekanik özelliklerini düşürmemesi hatta iyileştirmesidir.
Çalışma kapsamında 7 farklı alev geciktiricinin (tris (1-kloro-2 propil) fosfat (TCPP), tris (1,3-dikloro-2-propil) fosfat (TDCP), trietil fosfat (TEP), melamin polifosfat (MP), alüminyum trihidrat (ATH), çinko borat (ÇB) ve grafit (GRFT)) poliüretan köpüğün termal ve mekanik özelliklerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen veriler sonucunda sıvı ve toz yanmazlık ajanlarının birbirlerine göre avantajlarını ve dezavantajlarını literatüre kazandırmak amaçlanmıştır.
Belirtilen 7 farklı alev geciktirici %10 ve %20 oranlarında polimikslere ilave edilmiştir. Hazırlanan PU köpüklerin, morfolojik, mekanik ve termal özellikleri incelenmiştir. Reaksiyon profili testi ile köpüğün oluşum süreleri, SEM analizleri ile morfolojisi ve hücre oluşumları, basma dayanımı testi ile mekanik mukavemetleri, TGA, DSC analizleri ile termal özellikleri, ISO 11925-2 küçük alev testleri, UL-94 (Dikey) testleri ile, yanmaya dayanıklılıkları karşılaştırılarak incelenmiştir.
Kullanılan alev geciktiricilerin köpüklerin reaksiyon profilini ve polimikslerin viskozitesini değiştirdiği, mekanik özellikleri iyileştirdiği ve termal özelliklerini olumlu anlamda etkilediği görülmüştür.

Abstract:
Polyurethane foams are polymeric materials that have many important and wide usage areas from civil engineering to the automobile industry, furniture manufacturing to insulation products. The combination of various additives, especially polyol and isocyanate, provides their formation. Polyurethane foams constitute the input of important sectors, especially rigid foam, shoe soles, slippers and flexible foam. Rigid polyurethane foams are highly cross-linked materials with a closed cell structure. Because of good insulation and mechanical properties, they are widely used in construction, transportation, aviation and other fields. They are highly flammable materials as well as superior properties. When it starts to burn, it does not go out by itself and the flame spreads quickly due to its foam structure. It is important to use flame retardants in order to reduce the flame and prevent toxic fume from the foams after the flame. Therefore, there is increasing interest in flame retardant rigid polyurethane foams in many areas. Flame retardants are expected to have two properties. The first is to prevent the flame spreading, and the second is to improve mechanical properties.
Within the scope of the study, the effects of 7 different flame retardant agents (tris (1-chloro-2-propyl) phosphate (TCPP), tris (1,3-dichloro-2-propyl) phosphate (TDCP), triethyl phosphate (TEP), melamine polyphosphate (MP) ), aluminum trihydrate (ATH), zinc borate (ÇB), graphite (GRFT)) were investigated on the thermal and mechanical properties of polyurethane foam. As a result, it is aimed to bring the advantages and disadvantages of liquid and powder fire retardant agents to the literature.
The specified 7 different flame retardant agents were added to the polymixes at 10% and 20% rates. The morphological, mechanical and thermal properties of the prepared PU foams were investigated. Foam formation times with reaction profile test, morphology and cell formations with SEM analysis, mechanical strength with compression strength test, thermal properties with TGA, DSC analysis, ISO 11925-2 small flame tests, UL-94 (Vertical) tests, resistance to fire analyzed and compared.
It was observed that the flame retardants used changed the reaction profile of the foams and the viscosity of the polymixes, improved the mechanical properties and positively affected the thermal properties.