Polimer İçerikli Malzeme Üretiminde Kullanılan Bazı Katkı Maddelerinin İncelenmesi

Abstract

Çevremizde bulunan ve kullandığımız çoğu malzeme, polimer içermektedir. Polimerler çeşitli malzemelerin üretiminde kullanılabilmektedir. Bu çalışma kapsamında yer alan beyaz eşya ve tüketici elektroniğinde kullanılan birçok parça içeriğinde polimerik malzemeler bulunmaktadır. Polimerler gerekli fonksiyonel özellikler elde etmek için yardımcılar içermektedir. Yüksek kalitede ürünler elde etmek için bu yardımcıların her birinin optimum miktarlarda bulunması gerekmektedir. Bu yardımcılar katkılar ve düzenleyicilerdir. Katkı maddeleri küçük miktarlarda düzenleyiciler ise büyük miktarlarda kullanılmaktadır. Katkı maddeleri polimerin mekanik özelliklerini etkilemezken, düzenleyiciler mekanik özellikleri değiştirmektedir. Katkılar ve düzenleyiciler polimere polimerizasyondan sonra eklenmektedir. Bazen polimerin işlenmesine yardımcı olurken bazen de polimerlerin performans özelliklerini geliştirebilmektedirler. Plastikleştiriciler, antioksidanlar, ısı ve UV sabitleyiciler, alev geciktiriciler, renklendiriciler, dolgular başlıca polimer yardımcılarıdır. Kullanılan katkıların polimerle uyumlu ve karışabilir olması çok önemlidir ve bu katkının miktarını sınırlamaktadır. Katkılar olmadan, polimerler teknik özellikler açısından kullanıma uygun değilken, katkıların kullanılması halinde plastikler daha güvenli, temiz, sağlam ve renkli özelliklerde olmaktadır. BCC 2001 ve 2006 yılları raporlamasına göre, Avrupa Birliği’nde 2006 yılında 2.7 milyon ton plastik katkıları kullanılmıştır. Plastikleştiricilerin %56’lık kullanım oranıyla pazarda baskın bir payı bulunmaktadır. Alev geciktiriciler ise pazarda ikinci sırada yer almaktadır. Plastikleştiriciler, polimerlerin esnekliğini, uzamasını ve işlenebilirliğini artıran katkılardır. Ftalat esterleri ise düşük fiyatları, kullanım kolaylığı ve elverişliliği sebebi ile en yaygın kullanılan plastikleştirici türleridir. Diğer yaygın plastikleştiriciler ise adipatlar, polimerik katkılar ve trimelitatlardır. Plastikleştiricilerin yüzde 90 oranından fazlası esnek PVC (polivinilklorür) uygulamalarında kullanılmaktadır. Plastikleştiriciler PVC ye her oranda katılabilmektedir. Bu nedenle plastikleştirilmiş PVC beyaz eşya ve tüketici elektroniği de dahil olmak üzere birçok çeşit üründe kullanılabilmektedir. REACH, kimyasalların kaydı, değerlendirilmesi, izni ve kısıtlanmasını öngören bir Avrupa Birliği mevzuatıdır. Avrupa Birliği (AB) nde (Avrupa Ekonomik Alanında yer alan ülkeleri de kapsamaktadır) üretilen veya ithal edilen neredeyse tüm ürünleri kapsayan bir mevzuattır. Kırktan fazla yönetmelik ve tüzüğünü kapsayan, bunları tek bir şemsiye altında toplayan kompleks bir tüzüktür (Regulation (EC) No 1907/2006). REACH’in bir kaç amacı vardır: • Çevre ve insan sağlığını, kimyasal kullanımından yüksek düzeyde korumayı sağlamak. • Kimyasalları piyasaya süren insanları (üretici ve ithalatçı / ihracatçı) kullanım amaçlarına ilişkin risklerin anlaşılması ve yönetiminden sorumlu tutmak. • Maddelerin AB pazarında serbest hareketini sağlamak. • AB kimya sanayiinde rekabetin ve yenilikçiliğin arttırılması. • Maddelerin zararlı özelliklerinin değerlendirilmesi için alternatif yöntemleri özendirmek. Kimi kimyasalların kansere neden olabilen (karsinojenik), genetik değişime yol açabilen (mutajenik), canlıların üremelerinde zehir etkili (reprotoksik), çevrede uzun sürede parçalanmayan (kalıcı kirletici), hayvanların dokularında birikim yapan (biyobirikimli) zararlı etkileri bulunmaktadır. Bunlar SVHC (yüksek önem arz eden) maddelerdir. Bu kategori, canlılarda ‘endokrinal sistemi parçalayıcılar’ gibi eşdeğer risk gösteren kimyasalları da kapsamaktadır. Bu tür maddelerin eşyalar içinde kullanımı da kontrol edilmeye çalışılmaktadır. ECHA (Avrupa Kimyasallar Ajansı), bu tür kimyasalları bir Aday Liste halinde yayımlamakta ve bu listeyi en azından iki yılda bir güncellemeyi amaçlamaktadır. Bu listedeki maddeler daha sonra izin prosedüründeki adımlardan geçerek, REACH Tüzüğü Ek XIV e girecek ve İzne Tabi Maddeler arasında yer alacaktır. REACH in amaçlarından biri de, izin prosedürü yoluyla bu tür kimyasalları denetim altında tutmak ve bunların daha güvenilir maddelerle değiştirilmesi için endüstriyi özendirmektir. REACH, beyaz eşya ve tüketici elektroniği ürünlerinin tümünü de kapsamakta ve bu sebeple beyaz eşya ve tüketici elektroniği sektörünü güvenilir maddeler ve alternatif arayışları konusunda araştırmaya ve çalışmaya zorlamaktadır. SVHC (yüksek önem arz eden maddeler) listesi, plastikleştiriciler, alev geciktiriciler, gibi polimer performans kimyasalları ve ve bilerek ya da geri dönüşüm kullanımı nedeniyle eklenen çeşitli fonksiyonel katkı maddelerini de içermektedir. Bu sebeple plastikler, kauçuklar, yapıştırıcılar, boyalar, kurutucular ve alev geciktiriciler SVHC içerme açısından yüksek risk taşıyan malzemeledir. Aday listede bulunan bu SVHC maddelerinin beyaz eşya ve tüketici elektroniği ürünlerinin polimer içeren kısımlarında da bulunma ihtimali bulunmaktadır. Laboratuvarlar tarafından yapılan birçok SVHC analizi ve araştırmasına göre bu sektörde sıklıkla rastlanan SVHC maddeleri ftalat esterleridir, ftalatlardan ise en çok kullanılan DEHP (bis (2-etilhekzilftalat)) maddesidir. Bu maddeye PVC kısımlarda (özellikle PVC kablolarda) sıkça rastlanmaktadır. Beyaz eşya ve tüketici elektroniği sektöründe en çok rastlanan SVHC maddesinin ftalat esterleri olması sebebi ile bu çalışmada SVHC listesinde bulunan ftalatlar üzerinde odaklanılmıştır. Ürün ve malzemelerin, analitik test metotları kullanılarak ftalat analizleri yapılabilmektedir. Ftalatların tanımlanması ve miktar tayininin yapılması için her bir ftalatı birbirinden ve polimer matrisin kendisinden ayıracak bir analitik metoda ihtiyaç duyulmaktadadır. Bu analiz için gaz kromotografi/kütle spektrometresi (GC-MS) en uygun enstrümantal yöntemdir. Gaz kromotografisi analitleri ayırırken, kütle spektrometresi ftalat miktarı ile ilişkili ölçümü yapacak ve ftalat tanımlaması bu sayede gerçekleşecektir. Bu çalışmada, beyaz eşya ve tüketici elektroniği sektörü için REACH Tüzüğü yükümlülükleri özetlenmiş, SVHC kullanımı uygulamaları araştırılmış ve polimerik malzemelerdeki kullanım alanları detaylı olarak açıklanmıştır. Bu sektörde yaygın olarak rastlanan SVHC maddelerinden olan ftalatların analizi için test metotları araştırılmış ve çamaşır makinesinden seçilen altı çeşit polimerik parçadan örnekler hazırlanarak GC/MS metodu kullanılarak ftalat tayini yapılmış ve sonuçları raporlanmıştır.Many things that we see around us and use are polymers. Polymers used in production of very kind of materials. Severals parts of white appliances and consumer electronics have also contained polymeric materials. Polymers contain auxiliaries for essential functional properties; each should be used in optimum amounts for attainment of high-quality products. These auxiliaries are subdivided into additives and modifiers. Additives are used in small proportions and modifiers are added in greater proportions. Additives do not affect mechanical properties but modifiers modify mechanical properties. Both additives and modifiers are combined with polymers after the polymerization. Sometimes, they aid processing (process additives) or sometimes they improve usage properties of polymers (functional additives and modifiers). Plasticizers, antioxidants, heat and UV stabilizers, flame retardants, colorants, fillers are the main polymer auxiliaries. Compability and miscibility of additives with the polymers are very important and limit the amount of the additives. Without additives, plastics would not work, but with them plastics can be made safer, cleaner, tougher, and more colorful. According to BCC Inc. report; 2.7 million tons of plastics additives were used in Europe in 2006. Plasticizers dominate the market, representing some 56% of the market. Flame retardants are the second largest market segment. Plasticizers are polymer additives that serve to increase the polymer s flexibility, elongation and ease of processing. Phthalates command the plasticizers market due to their low cost, ease of use and and availability. Other common plasticizers include adipates, polymerics and trimellitates. Over 90 percent of plasticizer volume goes into flexible PVC applications. Plasticizer can be mixed with PVC in all portions so plasticized PVC polymer is found in a wide variety of products including white appliances and consumer electronics. REACH is a European chemicals and substance regulation that applies to nearly all products that are manufactured or imported into the European Union (including European Economic Area (EEA) countries). The acronym REACH stands for: Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals. It is a complex regulation (Regulation (EC) No 1907/2006) consolidating over 40 previous legislations under one umbrella and adding many new requirements. The European REACH regulation imposes requirements to declare and sometimes restrict the use of Substances of Very High Concern (SVHC) because of their hazardous properties: Carcinogenic, Mutagenic, Toxic for reproduction etc. REACH affects all product types and forces the home appliances and consumer electronics industry to investigate these substances. The SVHC list includes polymer performance chemicals such as plasticizers, flame retardants, and various functional additives added intentionally or as contaminants due to the use of recyclates. Plastics, resins, adhesives, paints, desiccants and flame retardants all pose a fairly significant risk of containing one or more SVHC. Several of the SVHC on the Candidate List may be found in polymer containing parts of white appliances and consumer electronics. According to the results of many SVHC analysis and investigations the most rarely seen SVHCs in home appliances and consumer electronics sector are phthalate esters, especially DEHP, which are used in PVC parts as a plasticizer mostly in PVC cables. For this reason, this study focused on phthalates included in the SVHC list. Products and materials may be tested for phthalates using analytical test methods. The identification and quantitation of phthalates requires an analytical technique which can separate each phthalate from other additives and from the plastic matrix itself. Gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) is an excellent instrumental platform for this analysis. The gas chromatograph separates analytes, while the mass spectrometer response is correlated to the amount of phthalate and will confirm the identification. In this study, the REACH Regulation requirements were summarized for home appliances and consumer electronics manufacturers, the use applications of SVHCs were researched and the usage in polymeric materials were examined in detail. The most common SVHCs (phthalates) test methods were investigated and GC/MS analysis of phthalates done for some polymeric parts of a washing machine and the results were reported.