HCFC-141b'li Poliol Sistemlerin SOLKANE ® 365/227'li Sistemlere Dönüştürülmesi

31.08.2016

Montreal Protokolü ve ulusal yönetmelikler nedeniyle HCFC-141b’nin poliüretan (PU) köpüklerde şişirme ajanı olarak kullanılması azaltma takvimine tabi tutularak 12 Kasım 2008 tarihli ve 27052 sayılı Resmi Gazete’de belirtildiği gibi 1 Ocak 2013 tarihinden itibaren Türkiye’de sonlandırılmıştır. Birçok alternatif kimyasal olmasına rağmen sadece sınırlı miktardaki kimyasallar poliüretan endüstrisinin talep ettiği teknik özellikleri sunabilmektedirler. Bu yazı HCFC-141b şişirme ajanı ile en çok kullanılan formülasyonların yeni yönetmeliklerin doğrultusunda uygun bir şekilde değiştirilip SOLKANE® 365/227 ve SOLKANE ® 365mfc şişirme ajanlarının kullanımının optimize edilmesinde rehber olması için hazırlanmıştır. İlk bölümde ürün özellikleri tanıtılmış olup ikinci bölümde poliol formülasyonların en uygun şekilde nasıl değiştirilebileceği anlatılmıştır.

1. SOLKANE® 365/227 ve SOLKANE® 365mfc’nin Ürün Özellikleri

SOLKANE® 365mfc hidroflorkarbon olup kaynama sıcaklığı normal koşullar altında 40 °C olan bir sıvıdır. SOLKANE ® 365mfc, SOLKANE® 227ea ile karıştırıldığında yanmaz sıvı olarak kullanılabildiğinden birçok uygulamada tercih edilen yöntemdir. Tablo 1’de SOLVAY tarafından sunulan SOLKANE ® 365mfc bazlı şişirme ajanlarının fiziksel özelliklerini göstermektedir.

Tablo 1 / Table 1:

SOLVAY tarafından sunulan SOLKANE® 365/227 karışımlarının ISO 1516/1523 standartlarına göre parlama noktaları (flash point) yoktur ve parlayıcı madde yönetmeliklerine tabi değildirler. Karışımlar azeotropik olmadıkları için kullanım esnasında kompozisyonları değişebilir. SOLKANE® 227ea’nın konsantrasyonu %5’in altına düştüğünde karışım parlayıcı olur. Saf SOLKANE® 365mfc’nin parlama noktası DIN 51755 metoduna göre -27 °C’nin altındadır. SOLKANE ® 365mfc’yi tutuşturmak oldukça güçtür. Minimum tutuşma enerjisi takriben pentana göre 50 kat daha yüksektir. SOLKANE ® 365mfc’nin tutuşma enerjisi 10,4 mJ’dür (25 °C, 1 bar havada % 8 hacim oranında). Standart koşullarda kuru havada patlama limitleri aşağıdaki gibidir:

Tablo 2 / Table 2:

HCFC-141b ile karşılaştırıldığında SOLKANE® 365mfc’nin termal ve kimyasal dayanıklılığı göreceli olarak daha da iyidir. Kuvvetli alkali bileşiklere ya da alkali metallere maruz bırakılmamalıdır. Yüksek derece ya da basınç altında çinko, alüminyum ve alaşımları, magnezyum gibi reaktif metallerle ve hatta hava ile zararlı reaksiyonlar olabilir. Önceden hazırlanmış PU köpük sistemlerinde SOLKANE® 365mfc’nin stabil olduğu gözlemlenmiş olduğundan stabilizatöre gerek yoktur. SOLKANE® 365mfc serin ve iyi havalandırılan alanlarda depolanmalıdır. Isı kaynaklarına, açık aleve ya da kıvılcımlara teması sakınılmalıdır. SOLKANE® 365mfc birçok malzeme ile uyumlu bir bileşiktir. Geniş bir yelpazeyi içeren conta malzemeleri ile uyumluluğu Tablo 3’te gösterilmiştir. *Ağırlık % değişimi 7 gün sıvı içinde tutulduktan sonra tespit edilmiştir. Poliol içinde ki çözünürlük* HCFC-141b’e göre daha düşük ve genellikle hidrokarbonlara göre daha yüksektir. Aşağıdaki tabloda şişirme ajanının gram olarak 100 g poliol içerisindeki çözünürlüğü gösterilmiştir. * SOLKANE® 365/227 karışımları için de benzer değerler kabul edilebilir. 2. Formülasyonların Değiştirilmesi SOLKANE® 365mfc kullanılan birçok poliol, alev geciktirici, katalizatör, sürfaktan ve izosiyanat gibi PU hammaddeleri ile tamamıyla uyumludur ve bu nedenle HCFC-141b’nin SOLKANE® 365mfc veya SOLKANE® 365/227 ile değiştirilmesi oldukça basit bir uygulamadır. Bizim tavsiyemiz bu değişim sırasında kullanılan sürfaktan tipinin yüksek çözünürlüklü şişirme ajanları için geliştirilmiş olanlarının yerine orta çözünürlüklü şişirme ajanları için geliştirilmiş olan sürfaktanların kullanımının tercih edilmesidir. Örnek olarak pentan tipi sürfaktanların kullanımı uygun olmalıdır. Dönüştürme reçetesinin doğru seçimi her uygulama ya da özel durumlar için farklı olup aşağıda belirtilmiş hedef parametrelere bağlıdır: 1. Yoğunluk 2. Isı geçirgenliği 3. Mukavemet gücü 4. Yapışkanlık SOLKANE® 365mfc ve SOLKANE® 365/227’nin kullanımının avantajı formülasyonlarda su ile geniş bir oran aralığında karıştırıldığında en iyi sonuçları vermesidir. Bu sebeple HCFC- 141b’nin değiştirilmesinin optimize edilmesinde aşağıdaki adımları tesviye etmekteyiz.

2.1 Birinci Adım: HCFC-141b’nin SOLKANE® 365/227 ile Değiştirilmesi

İlk adım HCFC-141b’nin SOLKANE® 365/227 ile 1,27 oranında ya da 117:149 mol ağarlıkları oranında değiştirilmesidir. Örnek: 10 birim HCFC-141b yerine 12,7 birim SOLKANE® 365/227 ya da SOLKANE® 365mfc kullanılmalıdır. Deneyimlerimize dayanarak köpük aşağıdaki özellikleri büyük bir olasılılıkla sergileyecektir: 1. Mukavemet gücü ve boyutsal sağlamlık gibi daha iyi mekanik özellikler. Bu SOLKANE® 365mfc’nin köpük matrisi içerisinde daha az çözünür olmasındandır. HCFC-141b’den kaynaklanan yumuşama etkisi SOLKANE® 365mfc içeren köpüklerde hemen hemen tamamı ile ortadan kaybolmuştur. Sonuç olarak HCFC-141b yerine SOLKANE® 365/227 kullanıldığında köpük yoğunluğunu düşürmek mümkündür. 2. Kısmen daha yüksek ısı iletkenlik değeri (λ ya da k-değeri). Bu değişikliğin sebebi bileşiklerin özgül ısı iletkenliği farkından ve olasılıkla SOLKANE® 365mfc’nin yoğunlaşmasından kaynaklanmaktadır. 2.2 İkinci Adım: SOLKANE® 365/227’nin Adım Adım Su ile Değiştirilmesi Bu adım ısı iletkenliğinin optimize edilmesi ile HCFC-141b’nin yerine SOLKANE® 365/227 kullanılmasından kaynaklanan ek maliyetin sınırlandırılmasını sağlayacaktır. Bu kullanılacak olan SOLKANE® 365/227 miktarının bir kısmının adım adım su ile değiştirilmesi ile mümkün olacaktır. Bu yer değiştirme 8,28 ya da 149:18 mol ağırlıkları oranında uygulanmalıdır. İlave bir miktar su, köpük yoğunluğunun azalmasını telafi etmek üzere eklenebilir. Su ile yer değiştirme işlemi HCFC-141b ile elde edilebilen değerlere ulaşılana kadar yapılmalıdır. Örnek: SOLKANE® 365/227 miktarının 4,14 birim azaltılması için önce 0,5 birim su ilave edilmelidir. Sonra da köpük yoğunluğunun %17,5’lik azalmasını telafi etmek için de bir 0,5 birim su daha eklenmelidir. Optimum sonucu nihai köpüğün hedef spesifikasyonlarına uygun olarak elde edebilmek için, su ile yer değiştirme adım adım yapılmalıdır.

3. Köpük Örneği

Yukarıdaki örnekte ikinci sütun 1. Adımı, yani HCFC-141b’nin SOLKANE® 365/227 ile değiştirilmesi ile ilgili bilgileri sunarken üçüncü sütun da 2. Adımı, yani kullanılacak olan SOLKANE® 365/227 miktarının bir kısmının adım adım su ile değiştirilmesi sonucundaki verileri sunmaktadır. Öncelikle bahsedildiği gibi HCFC-141b miktarı 1,27 molekül kütle oranında SOLKANE ® 365/227 ile değiştirilir: 17 birim HCFC-141b için (17 x 1,27 =) 21,59 birim SOLKANE ® 365/227 kullanılmalıdır. Sonra 0,5 birim su 8,28 (149:18) oranında SOLKANE® 365/227 ile değiştirilmelidir, yani 0,5 birim su ilave edildiğinde SOLKANE ® 365/227 4,14 birim azaltılmalıdır. Sonuç olarak ilave edilmesi gereken SOLKANE® 365/227 (21,59 – 4,14 =) 17,45 birim’dir. 40 g/ dm3 olan köpüğün yoğunluğunu 17,5% azaltıp 33 g/dm3 değerine düşürmek için ayrıca 0,5 birim miktarında su ilave edilir. SOLKANE® 365/227 ile yapılan köpüklerin mekanik özellikleri daha iyi olduğu için bunun yapılması mümkündür.

4. Sonuç

Yukarıda anlatıldığı gibi rehber açıklama kullanılarak formülasyonlarınızdaki HCFC-141b SOLKANE® 365/227 ya da SOLKANE® 365mfc ile değiştirilebilir. Böylece değişik uygulama alanlarında kullanılan benzer köpükler elde edilebilir. Yeni formülasyon poliüretan spesifikasyonlarınıza göre optimize edilmelidir. Optimizasyon her bir formülasyon ve uygulama için ayrıca yapılmalıdır. İkinci adımda önerildiği gibi su ilave edilmesi ile tüm formülasyonun maliyetinin düşürülüyor olmasının yanı sıra SOLKANE® 365mfc’nin ‘‘yoğunlaşma etkisi’’ de çözümlenmiş olup ısı iletkenlik değerleri de azalıyor olacaktır (λ ya da k-değeri). Şişirme ajanının SOLKANE® 365/227’ye değiştirilmesinin integral köpükte ve kalıpla üretilen köpüklerde artı bir etkisi vardır. Kalıptan çıkarıldıktan sonra çekme etkisi eskiden CFC-11 ile yapılmış formülasyonlara benzer bir şekilde HCFC-141b ile yapılan köpüklere göre daha düşüktür.