Alev Geciktirici Malzeme Dolgulu Melamin Formaldehit Mikrokapsüllerin Üretimi Ve Karakterizasyonu

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2017-02-9
Yazarlar
Yaman, Dilşah
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
Polimerler özellikle son yıllarda hayatımızda çok fazla alanda kullanılmaktadır. Kolay proses edilebilirliği, metal ve seramik gibi malzemelere oranla çok daha hafif olmaları, hafif olmalarına karşın sahip oldukları yüksek mukavemetli oluşları, mali açıdan uygunluğu gibi özellikler polimerlerin her alanda tercih edilebilme sebeplerindendir. Aynı zamanda polimerlere, alanlar için daha elverişli hale getirmek amacıyla bazı fiziksel ve kimyasal bir takım iyileştirmeler uygulanabilmektedir. Fiziksel veya kimyasal iyileştirme amacıyla uygulamalar yapılabilmesi polimerlerin fonksiyonelliğini arttırmakla birlikte tercih edilme oranının da artışına sebep olmaktadır. Bu özellikleri arttırmak amacıyla kullanılacak olan polimere, polimerin yapısı, kullanım amacı ve kullanılacağı alan da göz önünde bulundurularak uygun katkı ve dolgu maddeleri eklenmektedir. Bu katkı maddelerinin başlıcaları alev geciktiriciler, plastikleştiriciler, antioksidanlar, renklendiriciler, UV ve ısı stabilizatörleri ve yağlayıcılar olarak sıralanabilir. Polimerlerin son yıllarda metal, seramik, cam gibi malzemelerin yerine kullanılabiliyor olması, yaşanabilecek plastik malzeme kaynaklı sorunların giderilmesine yönelik çalışmaları arttırmıştır. Can ve mal kaybına sebep olan yangınlar kimi zaman polimer malzemeler sebebiyle çıkabilir veya polimerler bu yangınların ilerlemesine sebep olabilirler. Polimer kaynaklı yaşanabilecek yangınları önlemek veya oluşabilecek yangınlar sonucunda yaşanabilecek can ve mal kaybını en aza indirebilmek amacıyla polimerlerde bir takım iyileştirmeler yapılmaktadır. Bu amaçla kendiliğinden alev geciktiricilik özelliğine sahip polimerler kullanılabileceği gibi, polimerizasyon sırasında alev geciktirici bir monomerin zincire eklenerek veya bazı katkı maddelerinin ilavesi ile de sağlanabilir. Alev geciktirici katkı maddeleri polimerlere doğrudan eklenebilecekleri gibi mikroenkapsülasyon tekniği ile başka bir malzemeyle kaplanarak da ilave edilebilirler. Mikrokapsülasyon işlemi ile alev geciktiricilerin birçok özelliğini geliştirmek mümkündür. Alev geciktiricilerin suda çözünürlüğünün azaltılması, polimerler ve alev geciktirici uyumluluğunun arttırılması, alev geciktiricilerin görünüm ve fiziksel halinin değiştirilmesi, piroliz sıcaklığının arttırılması ve alev geciktirici kaynaklı toksik gazların serbest bırakılmasının engellenmesi mikrokapsülasyon işleminin alev geciktiriciye sağladığı avantajlardandır. Mikroenkapsülasyon fonksiyonel olarak aktif maddelerin uygun ortamlarda kullanılabilmesi için, koruyucu bir polimerik malzeme ile kapsüllenerek içi boş mikro kürelerin içinde saklanması yoludur. İlaçlar, proteinler, antimikrobiyaller ve alev geciktiricilere mikroenkapsülasyon işlemini uygulamak mümkündür. Mikroenkapsülasyon sonucu elde edilen üründe kaplanacak olan malzeme çekirdek olarak adlandırılırken kaplama malzemesine de kabuk adı verilir. Ülkemizde de bolca rezervi bulunan borun bileşiği olan çinko borat son yıllarda yaygın olarak kullanılan alev geciktiricilerdendir. Reçinelerle uyumlu olan çinko borat zehirli de değildir. Tris (1-kloro-2-propil) fosfat (TCPP) ise sıvı halde bulunan bir alev geciktiricidir. TCPP'nin polimere sıvı halde eklendiğinde zaman içerisinde polimerik malzemeden ayrılarak malzeme yüzeyine göç edebilmekte ve aynı zamanda atmosfere zehirli gazların salınımına neden olabilmektedir. Bu çalışmada çinko borat ve TCPP alev geciktirici malzemelerinin, kendisi de alev geciktirici özelliğe sahip olan melamin formaldehit reçinesi ile kaplanması hedeflenmiştir. Bu çalışmada öncelikle çinko boratın mikroenkapsülasyon işlemi denenmiştir. Bu amaçla melamin formaldehit pre-polimeri sentezlenmiş ve sentezlenen reçineye istenilen çekirdek/kabuk kütle oranına göre hazırlanan çinko borat çözeltisi ilave edilmiştir. Daha sonra reçineyi kürleştirmek amacıyla ortamın pH'ı asidik yapılmıştır. Elde edilen ürüne FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analizi yapılmış ve analiz sonucunda melamin formaldehit reçinesine ait piklere rastlanmış ancak çinko borata ait pikler görülmemiştir. Elde edilen üründe çinko borata rastlanamamasının sebebi kürleşme için kullanılan asidin çinko boratı çözmesidir. İkinci olarak çinko boratın çözünmesini engellemek amacıyla diğer proses koşulları değiştirilmeden aynı deney reçinenin bazik ortamda kürleştirilmesi hedeflenerek tekrarlanmıştır. Ancak deney sonunda karıştırma durdurulduğunda reçinenin kürleşmediği, çinko borat çözeltisinin pre-polimerin birbirinden ayrıldığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada aynı zamanda çekirdek materyali olarak TCPP kullanılarak mükroenkapsülasyon işlemi denenmiştir. Yine aynı şekilde önce melamin formaldehit pre-polimeri sentezlenmiştir. TCPP sulu çözeltisine emülsifiyan olarak poli(vinil alkol) (PVA) ve sürfaktan olarak da Sodium Dodecyl Benzenesulfonate (SDBS) ilave edilerek sentezlenen pre-polimer ile birleştirilmiştir. Deney ortamı asidik olarak ayarlanarak reçinenin kürleşmesi sağlanmaya çalışılmıştır. Elde edilen ürüne yapılan FTIR analizi sonucunda hem melamin formaldehit reçinesine hem de TCPP'ye ait karakteristik piklerin görülmesi mikroenkapsülasyon işleminin başarılı olduğunun düşünülmesine sebep olmuştur. Aynı zamanda numunenin mikroskop görüntüleri ve SEM (Scanning Electron Microscopy) analizleri sonucunda da oluşan küre formları görülmüştür. Karıştırma hızı, çekirdek/kabuk ağırlık oranı, kullanılan SDBS ve PVA oranı gibi parametreler değiştirilerek deneyler tekrarlanmış ve bu parametrelerin mikroküre çapı, mikroküre çap aralığı ve elde edilen ürün verimi üzerine etkileri incelenmiştir. Yapılan analizler sonucunda artan karıştırma hızının küre çapında azalmaya sebep olduğu, artan çekirdek/kabuk oranının verimi arttırdığı, SDBS kullanımının azaltılmasıyla küre çaplarında homojenliği sağladığı, PVA oranın artmasının da küre çapını küçültme üzerine etkisi olduğu görülmüştür.
Polymers have been used extensively in our lives especially in recent years. Polymers are preferred for each area because they are much lighter than materials like metal and ceramics. They are light but they have high strength. Easy processability and financial suitability are also reasons why polymers are preferred. At the same time, some physical and chemical improvements can be applied to make the polymers more suitable for the areas to be used. Applications for physical or chemical improvements enhance the functionality of polymers and increase the rate of preference. To increase these properties, appropriate additives and fillers are added to the polymer according to the structure of the polymer, intended use and the areas of usage. These additives can be listed as flame retardants, plasticizers, antioxidants, colorants, UV and heat stabilizers and lubricants. Since polymers have been used in place of metals, ceramics and glass in recent years, efforts to solve problems caused by plastic materials have increased. Fires that cause loss of life and property can sometimes occur due to polymeric materials, or polymers can cause these fires to progress. Some improvements are applied in polymers, in order to prevent fires or to reduce the loss of life and property fires that may be caused by polymer. For this purpose, polymers with self-flame retardant properties may be used, a flame retarding monomer can be added to the chain during the polymerization or the flame retardant additive may be added directly to the polymer. The flame retardant additives can be added directly to the polymers or they can be added by coating with another material with the microencapsulation technique. It is possible to improve many properties of flame retardants by microencapsulation process. Reducing the water solubility of flame retardants, increasing the polymers and flame retardant compatibility, changing the appearance and physical properties of flame retardants, increasing the pyrolysis temperature and preventing the release of flame retardant toxic gases are advantages of the flame retardant microcapsulation process. Microencapsulation is a technique which provides entrapping to various chemicals as a small solid particle or a liquid droplet in a suitable shell stated liquid, gas or solid in micron diameter size. It is possible to apply microencapsulation treatment to medicines, proteins, antimicrobials and flame retardants. The material to be coated by the microencapsulation technique is called the core while the coating material is called the shell. Zinc borate is a flame retardant that has been widely used in recent years as a boron compound with abundant reserves in our country. Zinc borate, which is compatible with resins, is not toxic. Tris (1-chloro-2-propyl) phosphate (TCPP) is a liquid flame retardant. When the TCPP is added to the polymer in liquid form, it can be separated from the polymeric material over time and migrate to the surface of the material and it may also cause the release of toxic gases into the atmosphere. In this study, it is aimed to produce flame retardant microcapsules for using in polyurethane (PU), which have a very common usage today. It is aimed that the shell material of the produced microcapsules is melamine formaldehyde resin and the flame retardant additives are used as the core material. Firstly, microencapsulation process of zinc borate was tried. For this purpose, melamine formaldehyde pre-polymer was synthesized and a zinc borate solution prepared according to the desired core / shell mass ratio was added to the synthesized resin. After that the pH of the medium was acidified to cure the resin. FTIR analysis was performed on the product obtained and analysis showed peaks of melamine formaldehyde resin was encountered but peaks of zinc borate was not observed. The reason is the absence of zinc borate that the acid used for curing dissolves zinc in the zinc borate in the resulting product. Secondly, in order to prevent the dissolution of zinc borate, the same experiment was repeated with the aim of curing the resin in a basic environment without changing other process conditions. However, at the end of the experiment, it was observed that when the mixing was stopped, the resin did not cure, the pre-polymer and the zinc borate solution remained separately. In this study, microencapsulation was also tried using TCPP (tris (1-chloro-2-propyl) phosphate) as the core material. Likewise, melamine formaldehyde pre-polymer was synthesized at first. Then TCPP was combined with synthesized pre-polymer by adding poly (vinyl alcohol) (PVA) as an emulsifier and Sodium Dodecyl Benzenesulfonate (SDBS) as a surfactant to the aqueous solution of TCPP. The medium was adjusted acidic to try to cure the resin. As a result of the FTIR analysis on the obtained product, the appearance of characteristic peaks of both melamine formaldehyde resin and TCPP indicates that the microencapsulation process is successful. At the same time as a result of optical microscope images and SEM analysis of the samples, occurring spherical forms were seen. Experiments were repeated by changing parameters such as mixing speed, core / shell weight ratio, SDBS and PVA ratio used and the effects of these parameters on the microsphere diameter, microsphere diameter range and the product yield were investigated. As a result of the analyzes, it was seen that the increased mixing speed caused the decrease in the sphere diameter, the increased core / shell ratio increased the yield, reducing the use of SDBS provides homogeneity in sphere diameters, and the increase in the PVA ratio was also effective on the sphere size reduction.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2017
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2017
Anahtar kelimeler
Mikroenkapsulasyon, Alev Geçiktiriciler, Melamin Formaldehit Reçinesi, Polimerik Mikroküre, Microencapsulation, Flame Retardants, Melamine Formaldehyde Resin, Polymeric Microshepere
Alıntı