TR201517494A1 - Odun plasti̇k kompozi̇t malzemelerde kolemani̇t bor mi̇nerali̇ni̇n kullanimi - Google Patents

Abstract

Mevcut buluş yapı endüstrisinde veya mobilya sanayiinde kullanılmak üzere üretilen odun plastik kompozit malzemelerin yanıcılığının geciktirilmesi amacıyla kolemanit bor minerali ihtiva eden bir odun plastik kompozit malzeme ve bunun üretim yöntemi ile ilgilidir.

Description

Tarifname ODUN PLASTIK KOMPÜZIT MALZEMELERDE KOLEMANIT BOR MINERALININ KULLANIMI Bulusun Ilgili Oldugu Teknik Alan Mevcut bulus yaniciligin azaltilmasi amaciyla bilesiminde kolemanit bor minerali ihtiva eden bir odun plastik kompozit malzeme ve onun üretim yöntemine iliskindir.

Teknigin Bilinen Durumu Günümüzde yapi endüstrisinde estetik amaçli olarak odun dokusu ve hissinin olusturulmasi yaygin olarak tercih edilen bir uygulamadir. Bu nedenle odun plastik kompozit malzemeler genellikle yapi endüstrisinde yer dösemesi veya korkuluk sistemlerinde kullanim için tercih edilen önemli malzemelerdendir. Ayrica odun plastik malzeme üreticileri yeni pazar arayisiyla birlikte yapi endüstrisi uygulamalari disinda mobilya endüstrisi gibi diger alanlara da dahil olmaya baslamislardir. Diger kullanim alanlarindan bir tanesi de kent ormanlari gibi dogal ortamlardir. Bu noktada odun plastik kompozitlerin agaç malzemeye göre daha yanici olmasi önemli bir dezavantaj olusturmaktadir. Söz konusu malzemelerin yaniciliginin geciktirilmesi için gerçeklestirilen bir çok çalisma bulunmaktadir.

Odun plastik kompozitlerin yangin performanslari ile ilgili olarak, Mali/ar ve digerleri ”Fire issues In engineered wood composites for naval waterfront facilities”, SAMPE journal, 37 [4], 70-75 [2001), çesitli odun plastik kompozit malzemeler, dolgu içermeyen plastik yapi malzemeleri ve masif kereste üzerinde yaptiklari çalismada söz konusu malzemelerin yapi malzemesi olarak uygunluklarini degerlendirmislerdir. Çalismada yer alan yanma performans testlerine göre tüm odun plastik kompozit malzemeler bina yapimi için kabul edilebilir olarak degerlendirilmislerdir. Fakat söz konusu malzemelerin tutusma sicakliklarinda büyük farkliliklar gözlenmistir. Tutusma sicakliklarina göre dolgu içermeyen plastik malzeme sirasiyla odun plastik kompozit malzemelerden ve masif odundan daha iyi performans göstermistir.

White, R. H., Dietenberger, M. A. and Stork, N. M., 2007, "Cone calori'meter tests of wood- based decki'ng materials”, Proceea'ings of the 18th annual conference on recent advances i'n flame retardancy of polymeric materials. Norwalk, CT.' BCC Research, 2007, ISBN: türleri, ticari ve laboratuvar kosullarinda üretilmis odun plastik kompozit malzemelerin ve dolgu maddesi içermeyen plastiklerin bulundugu çesitli yer dösemesi elemanlari üzerinde yaptiklari testler ile bu malzemelerin isi yayilma hizlarini tespit etmislerdir. Elde ettikleri sonuçlar dogrultusunda en yüksek isi yayilma hizi tepe noktasi degeri dolgu içermeyen plastikte gözlenmistir. Diger en yüksek isi yayilma hizi tepe noktasi degerleri ise sirasiyla odun plastik kompozit malzemeler ve masif odun için tespit edilmistir.

Odun plastik kompozit malzemelerde yanmayi geciktirmek üzerine yapilan çalismalarda çogunlukla katki maddesi olarak fosfor esasli bilesikler üzerine odaklanilmistir.

CN101143952A dokümani, odun plastik kompozit malzemelerde yanmayi geciktirici olarak alev ile temas durumunda sisen amonyum polifosfat esasli malzemelerin kullanimini açiklamaktadir. Bu alanda yapilan bir diger çalisma ise CN102093735A numarali dokümanda açiklanmaktadir. Bahsi geçen doküman odun plastik kompozit malzemelerde silanlar ile modifiye edilmis amonyum polifosfatin yanmayi geciktirici olarak kullanimindan bahsetmektedir. CN102181166A numarali doküman ise odun plastik kompozit malzemelerde organik islem görmüs bentonit, çinko borat ve alüminyum hidroksidin yanmayi geciktirici olarak kullanimini açiklamaktadir. Odun plastik kompozit malzemelerde yanmayi geciktirmek amaci ile borlu silikonlu polimer malzemelerin kullanildigi bir baska çalisma ise CN101838465A dokümani kapsaminda sunulmaktadir.

Mevcut bulus kapsaminda ise odun plastik kompozit malzemelerde yanmayi geciktirme amaçli kolemanit minerali kullanilmistir. Bulus sahipleri sürpriz bir sekilde odun plastik malzemelerde kolemanit maddesi kullaniminin katki maddesi içermeyen diger odun plastik kompozit malzemelere kiyasla büyük oranda isi yayilma hizi tepe noktasi degerini düsürdügünü tespit etmislerdir.

Bulusun Ayrintili Açiklamasi Odun kompozitleri terimi odunsu materyalin odunsu bir materyal ya da baska bir materyal ile yapistiricilar kullanilarak birlestirilmesiyle elde edilen malzemeleri ifade etmektedir. Odun kompozitleri ile ilgili literatürde degisik siniflandirmalar bulunmaktadir. Levha ürünleri, yapisal kompozitler, mekanik olarak lamine edilmis elemanlar, kaliplanmis ürünler, odun-odun disi ürün kompozitleri bunlardan en önemlileridir. Odun plastik kompozit malzemeler ise bu gruplardan odun-odun disi ürün kompozitleri grubuna dahil edilmektedirler. Odun plastik kompozitlerinin özellikleri degiskenlerin tipine, sekline, katki maddelerinin tipine, proses sirasinda meydana gelen olaylara, bilesimi meydana getiren parçalarin agirliklarina vb, bagli olarak büyük oranda degisim göstermektedir. Odun plastik kompozit malzemeler dolgu maddesi, güçlendirici olarak lignoselülozik esasli hammadde ve termoplastik hammaddenin bir araya getirilmesiyle elde edilmektedirler. Odun unu odun plastik kompozitlerde kullanilan en yaygin lignoselülozik esasli hammaddedir ve endüstriyel atik olarak planya talasi, testere tozu ve belli bir boyuta kadar olan odun cipsi formlarinda ticari olarak elde edilmektedir.

Odun plastik kompozit malzemelerin üretiminde kullanilan diger lignoselülozik esasli hammaddeler arasinda keten, hint keneviri, kenaf, kenevir gibi tarimsal lifler, bugday sapi, misir sapi, hindistan cevizi lifi gibi tarim atiklari ve geri dönüsüm ürünlerinden kagit bulunmaktadir. Lignoselülozik maddeler genellikle %40-65 oraninda odun plastik malzemelere ilave edilmektedirler. Söz konusu malzemelerdeki katki maddesi orani ise agirlikça maksimum %20 olarak belirlenmektedir. Kullanilan katki maddeleri malzemenin üretiminin kolaylastirilmasi veya son ürünün çesitli performans degerlerinin artirilmasi amaciyla kullanilmaktadir. Kullanilan katki maddeleri arasinda kayganlastiricilar, kaynastirici ajanlar, köpük olusturan ajanlar, foto-stabilizatörler, fungisitler ve yanmayi geciktiriciler bulunmaktadir. Kaynastirici ajanlar odun plastik kompozit üretimindeki ortak problem olan hidrofobik termoplastik ve hidrofilik lignoselülozik esasli hammaddenin uyumunu artirmak amaci ile yaygin olarak kullanilmaktadirlar.

Odun plastik kompozit malzemeler vakum-basinç yöntemleri ile emprenye edilmis agaç malzemenin yapisina göre ve de içerisindeki inorganik baglayici maddelerden dolayi rutubete karsi dirençli, boyutsal stabilitesi yüksek, böceklere ve çürümeye karsi dayaniklidir. Ayrica odun plastik kompozit malzemeler dolgu maddesi içermeyen plastik yapi malzemelerine göre daha sert, daha az kaygan ve termal olarak daha düsük genlesme arz etmektedir.

Mevcut bulus kapsaminda odun plastik kompozit malzemelere yaniciligi geciktirmek amaçli kolemanit mineralinin ilave edilmesi açiklanmaktadir. Günümüzde odun plastik kompozitlerin yanmaya karsi direncini arttirmak amaciyla kullanilan bilesiklerden halojen esasli olanlarin çevreye karsi ciddi anlamda olumsuz etkileri bulunmaktadir.

Ayrica alüminyum hidroksit ve çinko borat bilesikleri agir metaller içermekte olup yine çevreye ve insan sagligina zararli etkiler yaratmaktadirlar. Amonyum polifosfat gibi bilesiklerin ise sudaki çözünürlügünün yüksek olmasi islak ve rutubetli ortamlarda yapidan uzaklasma gibi problemlere sebep olmaktadir. Kolemanit minerali dolayi çevreye olan olumsuz etkileri oldukça düsük seviyelerdedir. Ayrica yapilarinda herhangi bir agir metal bulunmamakta olup, sudaki çözünürlükleri de oldukça düsüktür.

Bu tür Özelliklerinin yaninda kolemanit minerali ayni zamanda maliyet açisindan da büyük bir avantaj saglamaktadir. Dolayisiyla yapi endüstrisinde kolemanit dolgulu odun plastik kompozit malzemelerin kullanimi hem maliyet açisindan hem de çevre ve insan sagligi açisindan büyük avantajlar saglayacaktir.

Bilinen plastik imalat teknikleri odun plastik kompozit malzemelerin üretimi içinde kullanilabilmektedir. Odun plastik kompozit malzemelerin imalati iki asamali olarak gerçeklestirilmektedir. Ilk asamada termoplastik hammadde eritilmekte ve eriyige lignoselülozik hammadde ve katki maddeleri katilarak homojen kompozit yari mamul elde edilmektedir. Çift vidali ekstrüksiyon en yaygin homojen yari mamul üretim yöntemidir. Bu islemin ardindan gerçeklestirilen ikinci asamada ise, farkli teknikler kullanilarak yari mamul biçimlendirilmekte ve son ürün elde edilmektedir.

Biçimlendirme teknikleri, enjeksiyon kaliplama (eriyigin bir kaliba enjekte edilerek 3 boyutlu ürünün olusturulmasi), profil ekstrüzyon (eriyigin iki boyutlu bir kaliba itilmesi ile belli bir enine kesite sahip ürünün elde edilmesi] ve basinçla kaliplama [iki sicak pres arasinda eriyigin preslenerek istenen seklin elde edilmesi) olarak üçe ayrilmaktadir.

Tercihen bazi durumlarda homojen yari mamul üretimi ve biçimlendirme tek asamada gerçeklestirilmektedir. Söz konusu yöntemlerin kullanimi ile gerçeklestirilen odun plastik kompozit üretimi sirasinda, kolemanit minerali toz halinde odun unu ve plastik Ham bir bor minerali olan kolemanit odun plastik kompozitlerin yanma direncini arttirmak amaciyla kullanilan saflastirilmis ve ticari forma dönüstürülmüs çinko borat gibi bor bilesiklerine ve alüminyum ve magnezyum hidroksit bilesiklerine oranla daha ekonomik bir maddedir. Örnegin maliyet bakimindan çinko borattan bes kat daha ucuzdur. Odun plastik kompozitleri üretimi dünya çapinda giderek artmaktadir. Söz konusu malzemelerin yanici olmasindan kaynakli olusabilecek sorunlari minimize etmek amaçli ise mevcut bulus kapsaminda dolgu maddesi olarak kolemanit minerali kullanilmasi önerilmektedir. Mevcut bulus kapsaminda söz konusu malzemelerin yanma problemlerine çözüm getirilirken diger yandan da maliyet avantaji sunulmaktadir.

Mevcut bulus kapsaminda ayni zamanda kolemanit minerali ihtiva eden bir odun plastik kompozit malzeme üretim yöntemi de açiklanmaktadir. Söz konusu yöntem dahilinde odun unu, bir polimer ve kolemanit minerali belli bir sicaklik altinda eritilerek karistirilmakta ve homojen bir pelet olusturulmaktadir. Daha sonra peletler ekstrüksiyon, enjeksiyon vb. gibi seçilen üretim metoduna göre son ürün haline getirilmektedir.

Lignoselülozik esasli hammaddelerin düsük sicakliklarda bozulmaya baslamasi nedeni ile erime noktasi 200°C'nin altinda olan termoplastikler kullanilmaktadir. Mevcut bulus kapsaminda kullanilan polimer tercihen yüksek yogunlukta polietilen (YYPE), düsük yogunlukta polietilen [DYPE], polipropilen (PP) ve polivinil klorür (PVC) termoplastikleri arasindan seçilmektedir. Söz konusu malzemelerin karisim orani olarak agirlikça %40 ila olarak yaklasik %1-5 kaynastirici ajan olarak tercih edilmektedir. Söz konusu kolemanit mineralinin tercihen tane büyüklügünün 60 mesh'den küçük olmasi tercih edilmektedir.

Tablo 1. Konik Kalorimetre Test Sonuçlari E T i m Hizi T T I m l I 0- Suresi Noktasi 2 Yayilimi Buyume Etkili Vanma Spesifik 3 Tepe Noktasi kW/m - .

D? Zamani Indeksi isisi Kayip Alan Yukaridaki tabloda katki maddesi içermeyen ve farkli katki maddeleri ile elde edilen odun plastik kompozitlerine ait ASTM 1354 standartlarindaki test sonuçlari sunulmaktadir.

Tabloda yer alan C = katkisiz deney grubu, M = Magnezyum hidroksit Mg(OH]2 katkili deney grubu, 2 = Çinko borat katkili deney grubu, B = Boraks katkili deney grubu, K = Kolemanit katkili deney grubu, Ü = Üleksit katkili deney grubu, T = Tinkalkonit katkili deney grubu olarak ifade edilmektedir. Tabloda yer alan söz konusu harflerin yanindaki , 10 veya 15 rakamlari ise odun plastik kompozit karisimina ilave edilme yüzdeleridir. sonucunda, tablodan da görülecegi üzere yanmayi geciktirme amaciyla ilave edilen katki maddelerinin tamami tüm katki oranlarinda SÖZ konusu degeri düsürmüstür. IYHTN degeri en önemli yanma performans kriteri olup bu degerin düsük olmasi malzemenin yanmaya karsi daha dirençli oldugunu ifade etmektedir. Bahsi geçen degerdeki en yüksek gerileme %5 Mg[0H)2 katkisi ile yaklasik olarak %23 olarak gözlenmistir. Söz konusu deger boraks veya kolemanit için %5 ilave oraninda %14'lük bir gerilemeye tekabül etmektedir. Ayni düzeydeki ilave oraniyla çinko borat, üleksit ve tinkalkonit için bahsi geçen degerdeki gerileme oranlari sirasiyla %13, %7,5 ve %9,5'dir. tepe noktasi (lYHTN) degerindeki en yüksek gerileme Mg[OH]2 katkili kompozit malzemeler için belirlenmis olup gerileme orani yaklasik olarak %28 olarak tespit edilmistir. %10 oraninda kolemanit minerali katkili odun plastik kompozit malzemede isi yayilma hizi tepe noktasi degerinde %27 oraninda düsüs saglanmistir. Bu oran %5 kolemanit katkili malzemedeki degerine kiyasla iki kat iyilesme saglandigini göstermektedir. Üleksit katkisinin %10'a çikarilmasi ise lYHTN degerinde 3,5 kat iyilesme saglamis olup %26 oraninda düsüs kaydedildigi görülmektedir. Söz konusu tabloya göre, çinko borat katkili malzemede de kolemanit katkili malzemeye benzer bir durum ortaya çikmis olup lYHTN degerindeki düsüs orani iki kat artarak %25 oraninda düsüs göstermistir. Tinkalkonit mineral katkili malzemede ise lYHTN degerindeki düsüs katki maddesi içermeyen malzemeye göre %24 oranindadir. Söz konusu düsüs boraks içeren malzemede %22 degerindedir. Tablo Ijde verilen degerlere göre %15 oraninda kolemanit içeren odun plastik kompozit malzemedeki isi yayilma hizi tepe noktasi degeri %40 oraninda bir düsüsle en yüksek düsüs oranlarindan birini saglamaktadir. Mg[0H]2 katkili malzemede ise düsüs degeri %42 oraninda tespit edilmistir. Test sonuçlarindan da görülecegi üzere, kolemanit minerali kendisinden kat kat daha maliyetli olan Mg[OH]2 minerali ile hemen hemen ayni performansi göstermektedir. Dolayisiyla mevcut bulus kapsaminda sunulan çalisma ile odun plastik kompozit malzemelerin yanma dirençlerinde daha ekonomik bir sekilde iyilesme saglanmaktadir.

Claims (1)

1. ISTEMLER Kolemanit bor mineralinin bir odun-plastik kompozit malzemede yanma geciktirici dolgu maddesi olarak kullanimi. Istem 1'e göre sunulan kullanim olup özelligi söz konusu kolemanit bor minerali katki oraninin agirlikça %1 ila %15 arasinda olmasidir. Istem 1'e göre sunulan kullanim olup Özelligi söz konusu kolemanit bor minerali tane büyüklügünün 60 mesh'den küçük olmasidir. Istem 1'e göre sunulan bir kullanim olup özelligi içerigindeki polimer malzemenin yüksek yogunlukta polietilen [YYPE], düsük yogunlukta polietilen [DYPEJ, polipropilen (PP) ve polivinil klorür (PVC) termoplastiklerinden olusan gruptan seçilmis olmasidir. Istem 1'e göre sunulan bir kullanim olup özelligi içerigindeki polimer oraninin agirlikça %30 ila %44 arasinda olmasidir. Istem 1'e göre sunulan bir kullanim olup özelligi içeriginde odun unu ihtiva etmesidir. Istem 6'ya göre sunulan bir kullanim olup özelligi içerigindeki odun unu oraninin agirlikça %40 ila %65 arasinda olmasidir. Istem lie göre sunulan bir kullanim olup özelligi içerigindeki polimer malzemenin erime sicakliginin 200°C'den düsük olmasidir. Istem 6'ya göre sunulan bir kullanim olup özelligi içerigindeki odun ununun planya talasi, testere tozu, odun cipsi, keten, hint keneviri, kenaf, kenevir, bugday sapi, misir sapi, hindistan cevizi lifi, tarimsal atiklar, geri dönüsüm kagitlari veya bunlarin bir karisimindan elde edilmis olmasidir.