Çok gözenekli (mezopor)  yanma geciktirici malzeme içeren polimerik kompozitlerin geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Development of polymeric composites containing multi-porous (mesoporous) material fire retardant and investigation of their properties
Yazar: EMRE AYTAN
Danışman: PROF. DR. MEMET VEZİR KAHRAMAN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Günümüzde kullanılan birçok yanmazlık ajanı alevi söndürürken ortama zehirli gaz salgılamaktadır (Klor ve brom gazı gibi). Bu sebeple malzemeler güç yansa dahi alev aldıkları zaman etrafında bulunan insanlara tehdit oluşturmaktadır. Örnek olarak bir yangın sonrasında can kaybının çokça olduğu sebeplerden birisi gazdan zehirlenmedir. Bu çalışmada doğa dostu ve zehirli gaz salınımı yapmayan bir yanma geciktirici ürün geliştirilmiştir. Bu özelliklerde bir materyal geliştirmek amacıyla ilk adım olarak mezo gözenekli silika ağ yapı oluşturulmuştur. Sol-jel teknolojisi ile elde edilen bu ağ yapı kendi içerisinde çok fazla çapraz bağ yapı kurarak gözenek büyüklüğünü ile gözenek yüzdesini (%) miktarını azaltmaktadır. Bu amaçla sol-jel reaksiyonuna başlamandan önce gözenek oluşturucu olarak tanımlanan; Pluronik asit, yüksek molekül ağırlıklı PEG veya CTAB gibi yapılar solüsyon içerisinde kullanılmıştır. Çapraz bağlı silika yapı içerisine yerleşen bu organik yapılar kalsinasyon işlemi ile ekstrakte edildi ve bu şekilde ağ yapısı içerisinde mezo gözenekler oluşturuldu. Mezo gözenekli silika materyali sentezlenirken TEOS materyaline öncelik verilmiştir. Bu çalışmada mezogözenekli silika küreler (MPS'ler) ve polifosforik asit bazlı organofosfat ester alev geciktirici  malzeme sentezlenmiş ve akrilat esaslı poliüretanlar (PUR) ve polyester (PEs) reçinelerdeki alev geciktirici performansları incelenmiştir. Bunun için hem MPS'ler hem de FR materyali literatüre uygun olarak sentezlendi ve FR materyali, kaplamalarda taşıyıcı rolü üstlenen MPS'lere yüklendi. Yüklenen MPS'ler foto-kürlenebilen PUR ve PEs reçinelerine konuldu ve UV lambası altında polimerize edildi. Özellikleri FT-IR, TGA, LOI, SEM ve TEM ile araştırıldı. Sonuçlar, FR malzemenin hem PUR hem de PEs serileri için mükemmel alev geciktirici yeteneklere sahip olduğunu gösterdi. TGA eğrileri, sentezlenen FR malzemesinin düşük sıcaklıklarda orijinal malzemelere göre daha düşük termal kararlılık gösterdiğini, ancak daha yüksek sıcaklıklarda iyi bir kömür oluşturma yeteneği gösterdiğini ve bu nedenle numunelerin alev geciktirici özelliğini geliştirdiğini ileri sürdü. Ayrıca LOI analizi, alev geciktirici özelliklerinin önemli ölçüde iyileştirildiğini gösterdi. Katkı maddesi, LOI değerini %20,5 ve %21'den %26,5 ve %27'ye yükseltmiştir.

Abstract:
Many flame retardant agents used today release toxic gas (such as chlorine and bromine gas) while delaying the flame and extinguishing the fire. For this reason, even if the materials have fire resistance, they pose a threat to the people around them when they catch fire. For example, one of the most important factors that cause loss of life in a fire is gas poisoning. The most important goal of this study was the development of an environmentally friendly and non-toxic flame retardant. This network, which will be made by the sol-gel method, reduces the pore size and % ratio by making too much cross-linking. For this reason, before this reaction starts, structures such as Pluronic acid, high molecular weight PEG or CTAB, which we call pore / pore generator, will be used. These structures trapped in the silica network structure will be extracted together with the calcination process and thus pores will form in the network structure. Priority will be given to using TEOS when creating a mesoporous silica structure. In this research, mesoporous silica spheres (MPSs) and an organophosphate-ester flame-retardant which based on polyphosphoric acid were prepared and flame retardancy properties in photo-cured polyurethanes (PUR) and polyester (PEs) coatings were studied. For this purpose, MPSs and FR were prepared consistent to literature and FR product was integrated into MPSs canals which takes the role of FR material carrier in coatings. FR loaded MPSs were added into photo-curable PUR and PEs coatings in various amounts and photo-polymerized under UV lamp. The properties of MPSs, FR and coatings were investigated by FT-IR, TGA, LOI, SEM and TEM. The results suggested that flame retardant material showed an excellent flame-retardancy property for both PUR and PEs coatings. The TGA thermograms showed that prepared FR material has a lower thermal stability at lower temperature than original coatings however it exhibited good capability of char formation at high temperature, consequently improving the flame-retardancy of coatings. Additionally the LOI tests proves that flame retardancy properties were enchanced significantly. The flame retardant addition into coatings increased the LOI value from 20,5 and 21 to 26,5 and 27.