İzosiyanat bazlı poliimid köpükler (PIF'ler), termal kararlılık, mekanik dayanıklılık ve hafiflik gibi avantajlı özellikleri nedeniyle çeşitli endüstriyel uygulamalarda önemli ilgi görmüştür. Bununla birlikte, yanıcı olmaları daha geniş kullanım için bir zorluk teşkil etmektedir. Bu makale, izosiyanat bazlı PIF'lerde alev geciktirici olarak sıvı tri(1-kloro-2-propil) fosfat (TCPP) ve mikro boyutlu hidrotalsit (LDH) parçacıklarının entegrasyonunu incelemektedir. Çalışma, bu katkı maddelerinin farklı dozajlarının ve karıştırma oranlarının köpüklerin yangın direncine ve yapısal bütünlüğüne etkilerini açıklamaktadır. Bulgular, TCPP ve LDH'lerin birleştirilmesinin, gelişmiş yangın direnci ve iyileştirilmiş hücresel yapı elde etme potansiyelini vurgulamaktadır.
Özellikle izosiyanat bazlı poliimid köpükler, olağanüstü termal kararlılıkları ve mekanik özellikleri nedeniyle havacılıktan otomotive kadar çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, doğal yanıcılıkları, yangına duyarlı ortamlardaki uygulamalarını sınırlayan kritik bir dezavantaj olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, yangına dayanıklılıklarını artırmak için alev geciktiricilerin eklenmesi şarttır.
Son yıllarda, polimerik malzemelerin yangın performansını iyileştirmek için çeşitli alev geciktiriciler araştırılmıştır. Bunlar arasında, TCPP gibi sıvı fosfor bazlı bileşikler önemli bir etkinlik göstermiştir. TCPP, hem fiziksel hem de kimyasal etki mekanizmaları yoluyla yanma sürecini bozma yeteneğiyle bilinir. Bununla birlikte, TCPP'nin yüksek konsantrasyonlarda kullanılması, kürleme işlemi sırasında uçuculuğu nedeniyle köpüğün yapısal bütünlüğünü olumsuz etkileyebilir.
Öte yandan, metal hidroksitlerden oluşan inorganik bileşikler olan LDH'ler, alev geciktirici olarak umut vaat etmektedir. Eşsiz katmanlı yapıları, polimerik matrislere dahil edildiklerinde termal kararlılıklarını ve alev geciktirici özelliklerini artırabilen çeşitli anyonların ara katmanlanmasına olanak tanır. Bu makale, izosiyanat bazlı PIF'lerde TCPP ve LDH'lerin birleştirilmesinin sinerjik etkilerini, ortaya çıkan köpüklerin yangın direnci ve yapısal özelliklerine odaklanarak araştırmayı amaçlamaktadır.
İzosiyanat bazlı PIF'ler, farklı dozlarda TCPP ve LDH parçacıkları içeren tek adımlı bir işlemle sentezlendi. Köpükler aşağıdaki formülasyonlara göre sınıflandırıldı:
Kontrol grubu (katkı maddesi içermez)
Sadece TCPP içeren formülasyonlar (değişken dozlarda)
Sadece LDH içeren formülasyonlar (değişken dozlarda)
TCPP ve LDH'nin birleştirilmiş formülasyonları (çeşitli karıştırma oranları)
Hazırlık aşamasında bileşenlerin iyice karıştırılması ve ardından kontrollü koşullar altında kürleme işlemi gerçekleştirildi. Elde edilen köpükler, özelliklerini değerlendirmek için çeşitli analitik testlere tabi tutuldu.
Sınırlayıcı Oksijen İndeksi (LOI): Bu test, yanma için gerekli minimum oksijen konsantrasyonunu değerlendirmek amacıyla yapılmıştır. Daha yüksek LOI değerleri, daha iyi alev direncini gösterir.
Konik Kalorimetre Testi (KKT): KKT, köpüklerin ısı salınım özelliklerini değerlendirmek ve yangın davranışları hakkında bilgi edinmek için kullanılmıştır.
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM): Köpüklerin makro ve mikro yapısal bütünlüğünü gözlemlemek ve hücresel morfolojiyi ayrıntılı olarak incelemek için SEM kullanıldı.
Termal Kararlılık Analizi: Köpüklerin farklı koşullar altındaki termal kararlılığını değerlendirmek için termogravimetrik analiz (TGA) yapılmıştır.
İzosiyanat bazlı PIF'lerin yangına dayanıklılığı, TCPP ve LDH'lerin eklenmesinden önemli ölçüde etkilenmiştir. LOI değerleri, TCPP içeren formülasyonların, yalnızca LDH içerenlere kıyasla daha yüksek alev geciktiricilik sergilediğini göstermiştir. Özellikle, %10 TCPP eklendiğinde LOI'de %29,4'lük bir artış gözlemlenmiştir.
Konik kalorimetre test sonuçları da bu bulguları destekleyerek, %10 TCPP ilavesiyle en yüksek ısı salınım hızının (PHRR) %36,1 azaldığını ortaya koymuştur. Bu azalma çok önemlidir, çünkü daha yavaş bir ısı salınım hızını gösterir ve böylece malzemenin yangın senaryolarındaki güvenliğini artırır.
TCPP, üstün alev geciktirici verimlilik gösterirken, aşırı konsantrasyonu köpüğün yapısı üzerinde zararlı etkilere yol açtı. SEM görüntüleri, TCPP dozajı %10'u aştığında makro hücre yapısında önemli çatlaklar oluştuğunu ve mikro hücre açıklıklarının gözlemlendiğini gösterdi. Bu yapısal hasarlar, kürleme sonrası aşamada TCPP'nin hızlı buharlaşmasına ve bunun sonucunda hücre büzülmesine bağlandı.
Bunun aksine, LDH'lerin eklenmesi köpüklerin yapısal bütünlüğünü artırma yeteneğini göstermiştir. TCPP, LDH'lerle her biri %10 oranında birlikte kullanıldığında, elde edilen köpükler gelişmiş makro ve mikro hücresel yapılar sergilemiştir. LDH'lerin köpükler içindeki dağılımı, hücresel pencereleri ve iskeletleri güçlendirmeye ve böylece hücre büzülmesini azaltmaya katkıda bulunmuştur.
TCPP ve LDHs kombinasyonunun hem yangın direncini hem de yapısal bütünlüğü artırmada sinerjik bir etki gösterdiği kanıtlanmıştır. LDHs'nin varlığı, TCPP'nin hücresel yapı üzerindeki olumsuz etkilerini azaltarak daha kararlı bir köpük matrisi sağlamıştır. %10 TCPP ve %10 LDHs'den oluşan optimize edilmiş formülasyon, yalnızca yangın performansını iyileştirmekle kalmamış, aynı zamanda tek başına TCPP ile işlenmiş köpüklere kıyasla hücresel yapıyı da korumuştur.
Bulgular, yapısal bütünlükten ödün vermeden optimum yangın performansı elde etmek için polimerik sistemlerde alev geciktirici katkı maddelerinin dengelenmesinin önemini vurgulamaktadır. TCPP'nin alev geciktirici olarak etkinliği iyi belgelenmiştir; ancak yüksek uçuculuğu, PIF'lerin istenen özelliklerinin korunmasında zorluklar yaratmaktadır. LDH'lerin eklenmesi, köpük yapısını güçlendirirken ek alev geciktiricilik sağlayarak bu zorlukların üstesinden gelmektedir.
Gözlemlenen PHRR'deki azalma ve LOI'deki artış, sıvı ve katı alev geciktiricilerin birlikte kullanılmasının potansiyelini vurgulamaktadır. Bu yaklaşım sadece yangın güvenliğini artırmakla kalmaz, aynı zamanda çeşitli endüstrilerde PIF'lerin pratik uygulamaları için kritik öneme sahip olan temel mekanik özelliklerin korunmasını da sağlar.
Sonuç olarak, çalışma, sıvı TCPP ve mikro boyutlu LDH'lerin kombinasyonunun, izosiyanat bazlı poliimid köpüklerin yangın direncini ve yapısal bütünlüğünü önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermektedir. Bu alev geciktiricilerin sinerjik etkileri, performanstan ödün vermeden güvenlik standartlarını karşılayan yüksek kaliteli PIF'lerin formüle edilmesine olanak tanır. Gelecekteki araştırmalar, bu alev geciktirici sistemlerin uzun vadeli stabilitesini ve çevresel etkilerini inceleyerek çeşitli uygulamalarda sürdürülebilir kullanımlarını sağlamalıdır.
