Uçucu Organik Bileşiklerin (VOC) içeriğinin azaltılması, poliüretan endüstrisinde önemli bir konu olmaya devam ediyor.
Hem daha çevre dostu ürünler üretebilmek hem de malzeme güvenliğini artırmak için PU sprey ve otomotiv üreticilerinin yanı sıra mobilya ve yatak sektörüne poliüretan sünger üreten firmalar daha sıkı düzenlemeler yapmaktalar.
Bu uçucu organik bileşikleri azaltma eğilimi, LGA, CertiPUR, Ecolabel gibi esnek sünger pazarında giderek artan 3. parti enstitü sertifikalarının da birer yansımasıdır.
Poliüretan köpüğün oluşumu sırasında anahtar katalizörlerden biri amin katalizörüdür. Amin katalizör PU köpükte emisyon yaratan birçok bileşenin yanında emisyon çalışmalarında üzerinde en fazla durulan bileşiktir.
Bis (2-dimetilaminoetil) eter (BDE) ve Trietilendiamin (TEDA) gibi tersiyer aminler, uzun yıllar esnek poliüretan sünger üretiminde kullanılmıştır. Fakat bu katalizörler kayda değer bir uçuculuğa sahip olduğu için VOC emisyonlarının artışına sebep olurlar.
Evonik, esnek PU köpüklerde oluşan toplam VOC emisyonlarında amin katkısını en aza indirmek için farklı mekanizmaların anlaşılmasına katkıda bulunmuş ve birçok kaynak oluşmasını sağlamıştır (Şekil 1). Son birkaç yılda ise, Evonik tarafından, izosiyanat-reaktif gruplar içeren ve uçucu olmayan çeşitli amin katalizörler geliştirilmiştir.
Şekil 1. Konvansiyonel amin katalizörleri ile uçucu olmayan amin katalizörlerinin reaktivitesindeki fark
Bununla birlikte, tüm reaktif katalizörler emisyonsuz değildir. Polimer matrisine sıkı sıkıya bağlı olmasına rağmen, amin katalizörler ayrışabilir ve köpüğün toplam VOC miktarını artırmaya yol açan taşınan katkı maddeleri oluşturabilir.
Bu nedenle, Evonik DABCO® NE katalizörleri tipik olarak reaktif grupları yüksek moleküler ağırlığa ve yüksek bir polariteye sahiptir. Bunun yanı sıra, gerçek amin katalizöründeki reaktif olmayan, uçucu yan ürünlerin miktarının, minimum düzeye düşürülmesi önemlidir.
DABCO® NE serisi yüksek emisyon sorunlarına çözüm üretebilmek için yüksek saflık derecesi içeren ürün grubumuzdur.
Emisyon ve çevresel gerekliliklere ek olarak, amin katalizörlerinin, yüksek fiziksel özellik standartlarını karşılamak için belirli kurallara göre sentezleme yapılması gerekir. Nihai ürünün mekanik performansı ancak bu koşullar altında garanti edilebilir.
Esnek sünger endüstrisinde, süngerin yaşam döngüsü üzerindeki performansını simüle etmek için çeşitli testler geliştirilmiştir. Bu testler, yüksek ısı ve nem koşullarında yapılmakta olup, süngerin kimyasal stabilitesi ile ilgilidir.
Bu test metodolojileri, zaman içinde sünger performansına kılavuzlar oluşturmak ve aynı zamanda sünger yaşlanmasının hızlandırılmış koşullarını simüle etmek için kullanılır.
Genel olarak, poliüretan polimerinde tutulan katalizörler ile yapılan süngerler, hızlandırılmış yaşlanma koşullarına maruz kaldıklarında daha düşük kimyasal stabiliteye sahip olurlar.
Evonik, yeni katalizör teknolojileri geliştirerek sünger üretimine yardımcı olmayı hedeflemektedir. Bu yeni teknolojiler ile sünger üreticileri daha sıkı emisyon gereksinimlerini karşılarken diğer taraftan sünger stabilitesinin de gereksinimlerini karşılamış olurlar.
Evonik’in yeni katalizör teknolojisi, reaktif şişirme katalizörü olan DABCO® NE 300 ile jel katalizörü olan DABCO® NE 740’ın kombinasyonundan oluşuyor (Şekil 2).
Şekil 2. EMEA bölgesi için emisyonsuz amin katalizörleri
Yüksek Şişirme Seçiciliğine Sahip Reaktif Amin Katalizörleri- DABCO® NE 300
DABCO® NE 300, otomotiv endüstrisi için çeşitli yüksek sıcaklıklı emisyon testlerinde (örn. VDA 278) ve aynı zamanda esnek sünger uygulamaları için oda sıcaklığı testlerinde sıfır amin emisyon sergileyen bir reaktif şişirme katalizörüdür.
DABCO® NE 300, DABCO® BL 11 gibi geleneksel şişirme katalizörlerine kıyasla benzer aktiviteye ve süngerde benzer fiziksel özelliklere sahiptir. DABCO® NE 300’ün DABCO® BL 11 ile değiştirildiği formülasyonlarda DABCO® NE 300, DABCO® BL 11 ile eşit miktarda kullanılabilir.
(Bazı formülasyonlarda DABCO® NE 300 çok az miktarda fazla kullanılabilir). Şekil 3’te, 19 kg/m³ yoğunluğundaki formülasyonda DABCO® BL 11 ve DABCO® NE 300’ün yükselme profilleri görülmektedir. Bu formülasyonda DABCO® NE 300, DABCO® BL 11’e göre bir miktar fazla kullanılmıştır.
Şekil 3. DABCO® NE 300’ün (mavi eğri) 19 kg/m³ yoğunlukta DABCO® BL 11 (kırmızı eğri)
ile karşılaştırılan reaksiyon profili
Kimyasal yapısı nedeniyle DABCO® NE 300, düşük deformasyon değerine sahip, çok açık hücreli ve yüksek kaliteli bir köpük oluşturur. Ayrıca DABCO® NE 300 polioller ve poliol/su karışımları ile kolayca karışabilir.
VDA 270 koku testine göre, DABCO® NE 300 ticari olarak temin edilebilen diğer reaktif şişirme katalizörlerine göre daha düşük kokuya sahiptir (Şekil 4).
Şekil 4. DABCO® NE 300’ün koku değerlendirmesi
Son Jenerasyon Uçuçu Olmayan Jel Katalizörler- DABCO® NE 740
PU formülasyonlarında şişirici özelliğe sahip bir amin katalizörünün yanı sıra, katalizör dengesini oluşturmak için ek olarak jelleştirme davranışına sahip aminlerin de kullanılması gerekmektedir.
Son yıllarda indirgenmiş ve emisyon içermeyen jel amin katalizörleri geliştirilmişti. Örneğin; DABCO® NE 500, DABCO® NE 1082, TEGOAMIN® ZE tipleri vs.
Bu ürünler, endüstride yaygın olarak kullanılan DABCO® 33 LV’ye kıyasla daha düşük bir aktiviteye ve yetersiz jel seçiciliğine sahiptirler. Bu nedenle uçucu olmayan jel aminlerin kullanımı pek kolay olmamaktadır.
Evonik bu araştırmayı genişletmiş ve kısa süre önce yeni nesil DABCO® NE 740 adı verilen “yüksek jel seçiciliğe sahip emisyonsuz amin katalizörünü” geliştirmiştir.
DABCO® NE 740, esnek sünger endüstrisinde kullanılan bazı regülasyonları (LGA, OEKOTEX vb.) karşılamak için esnek polieter sünger uygulamalarında kullanılmaktadır.
Bu uygulamanın yanı sıra otomotiv endüstrisinde kullanılan yeni VDA 278 test standartlarında da kullanılmaktadır. Emisyon özelliklerinin yanı sıra DABCO® NE 740 ön cam buğulanmasını veya vinil lekelenmesini de ortadan kaldırmaktadır.
DABCO® NE 740, standart polieter sünger, viskoelastik sünger veya HR sünger gibi çeşitli esnek poliüretan süngerlerin üretiminde kullanılabilir. DABCO® NE 740, uçucu olmayan diğer katalizörlere kıyasla süngerin termal yaşlanma, yaşlanma ve kalıcı deformasyon özelliklerinin geliştirilmesine olanak sağlar.
Güçlü jel seçiciliği sayesinde DABCO® NE 740, düşük emisyonlu viskoelastik süngerlerin (TDI veya MDI bazlı) ve hipersoft süngerlerin üretimi için de çok uygundur. Genel olarak, DABCO® 33 LV ile karşılaştırdığımızda, formülasyona bağlı olarak DABCO® NE 740 miktarını %10 ila %30 oranında artırmamız gerekmektedir.
Şekil 5’te, 21 kg/m³ yoğunlukta iki farklı süngerin oluşum eğrisi görülmektedir. Bu eğrilerden biri 0.11 part DABCO® 33 LV ile yapılmış diğeri ise 0.14 part DABCO® NE 740 ile yapılmıştır. Her iki denemede temel olarak yükselme süresi, sünger yüksekliği ve yükselme eğrisi incelenmiştir.
Şekil 5. DABCO® NE 740 (kırmızı eğri) ile DABCO® 33 LV (mavi eğri) 21 kg /m³ yoğunlukta
reaksiyon profilinin karşılaştırılması.
Yeni amin katalizörünün DABCO® 33 LV’ye göre jel seçiciliğini belirlemek için DABCO® NE 740 ile visko sünger hazırlanmıştır. Şekil 6’da sonuçlar gösterilmiştir. DABCO® NE 740, benzer yükselme eğrisini elde edebilmek için DABCO® 33 LV’ye göre %20 daha fazla kullanılmıştır.
Diğer yandan bu artırılmış kullanım seviyesi ile hazırlanmış olan formülasyonda çilt kuruma süresi (Tack free time) 90 saniyeden 65 saniyeye düşmüştür.
Şekil 6. DABCO® NE 740 ve DABCO® 33 LV ile yapılmış iki TDI 80 Visco süngerin formülasyonu ve özellikleri
Esnek sünger üretimlerinde DABCO® NE 300’ün yeni geliştirilen jel katalizör DABCO® NE 740 ile birlikte kullanıldığı durumlarda, VDA 278 ve DIN 16000-9 (Kap) termal desorpsiyon yöntemine göre yapılan testlerde amin emisyonun ortaya çıkmadığı gözlenmiştir.
Kayda değer en önemli ilerleme, DABCO® NE 740’ın mevcutta bulunan emisyonsuz aminlere göre çok daha iyi bir aktiviteye ve jel seçiciliğine sahip olmasıdır. Örneğin visko süngerlerin son kürlenmesi DABCO® 33 LV ile karşılaştırılabilecek durumdadır.
DABCO® NE 300’ün yeni jel katalizör DABCO® NE 740 ile kullanılmasının avantajları şöyle sıralanabilir;
1. Sünger üreticilerine, hızlandırılmış yaşlandırma testi altında başarı sağlaması,
2. Emisyon standartlarının/gereksinimlerinin sağlanması,
3. Koku etkisi yaratmaması.
Geniş talepler yelpazesi ile; konfor, dayanıklılık, işlenebilirlik, fiziksel özelliklerin geliştirilmesi, VOC emisyonlarının azaltılması veya ortadan kaldırılması için Evonik Industries AG, poliüretan sistem evlerinin, üreticilerinin ve poliüretan endüstrisinin sürekli değişen gereksinimlerini karşılamak amacıyla yeni teknolojiler geliştirmeye devam edecektir. Son tüketiciler, geliştirilmeye devam edilen poliüretan katkı maddeleri ile üretilen yüksek standartlara sahip ürünlerin tadını çıkarabilirler.
Not: Bu çalışma için üretilen tüm süngerler, laboratuvarda elle dökülerek yapılmıştır.
Dr. Michael Krebs
EMEA Bölgesi Teknoloji Müdürü
Evonik Nutrition&Care GmbH
Uğur Can İyidir
Teknik Servis Müdürü – Esnek Köpük
Türkiye&Orta Doğu
Evonik Ticaret Ltd. Şti.
