Yeni Grafen Bazlı Alev Geciktirici Kompozit
Polymers dergisinde yazıldığı üzere, melamin ve fitik asidin (PA) indirgenmiş grafen oksit (rGO) üzerine kendiliğinden birleşimiyle alev geciktirici kompozitlerde yeni bir çığır açıldı. Sonrasında buluş, PLA’nın yangın direncini artırmak için kullanıldı.
PLA’nın Çeşitli Uygulama Alanları
Polilaktik asit (PLA), biyomühendislik, tekstil ürünleri ve elektrikli cihazlar gibi farklı disiplinlerdeki çeşitli uygulamaları nedeniyle oldukça ilgi görmekte. PLA, dikkat çeken mekanik özellikler, iyi işlenme kapasitesi ve biyolojik uygunluk gibi gelişmiş işlevselliğe sahip olağanüstü bir biyoçözünür malzemedir. Ancak PLA, düşük alev geciktiriciliğe sahiptir.
Fotoğraf 1: (a) PMrG’nin hazırlanma prosedürünün şematik gösterimi; (b) PMrG’nin SEM görüntüleri; (c) rGO, Melamin ve PMrG’nin FTIR spektrumları; (d) PMrG için XPS spektrumları; ve (e) rGO, PM ve PMrG-3’ün TGA eğrileri.
PLA’nın düşük alev geciktiriciliği, özellikle askeri uygulamalarda kullanımını ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Yangına dayanıklılık özellikleri artırılmış PLA ürünleri, elektronik, otomobil ve havacılık dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde yüksek talep görmektedir. PLA’nın alev geciktiriciliği özelliğini güçlendirmek için alev geciktirici işlem ve alev geciktiricilerin eklenmesi dahil olmak üzere bir dizi yöntem araştırılmıştır. PLA dışında, bir de fitik asit (PA) vardır.
Fotoğraf 2: PLA, rGO/PLA kompoziti, PM/PLA kompoziti ve PMrG-3/PLA kompozitinin DSC eğrileri: (a) soğutma işlemi; (b) ısıtma işlemi (kompozitlerdeki katkı maddelerinin kütle oranlarının tümü %10’dur).
PA’nın Uygulamaları
PA, alev geciktirici olarak tek başına uygulandığında, kompozitin ayrışmasına neden olarak tutuşma süresini kısaltır. Sonuç olarak, PA, alev geciktirici etkinliğinin arttırılması açısından, yeniden yapılandırmanın ardından veya diğer malzemelerle kombinasyonu şeklinde, alev geciktiricilerin üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Melamin, termokromik alev geciktirici sistemlerde yaygın kullanılan bir bileşendir ve yangına dayanıklılıklarını arttırmak için genellikle fosfor bazlı alev geciktiricilerle birlikte kullanılır. Çoğunlukla epoksi reçinenin alev geciktiricisinin üretimi sırasında melamin, epoksi reçine bazlı kompozitin tepe ısı yayma oranını (pHRR), toplam duman salınımını (TSR) ve yangın büyüme oranını azaltan PA ile birleştirildi.
PMrG’nin Üretim Yöntemleri
Sentezlenen PMrG, PLA’da ve PMrG/PLA kompozit üretim sürecinde yangın geciktirici olarak kullanılmakta. Makul bir dağılım koşuluna ulaşmak için önce PMrG/diklorometan çözeltisini oluşturuldu, ardından tam çözünmeyi sağlamak için PLA parçacıkları eklendi. PLA ve kompozitlerinin kristalizasyon ve termal özelliklerini araştırmak için ise DSC kullanıldı.
PMrG/PLA kompozitindeki melamin ve PA miktarı arttığında, kristalleşme sıcaklığı da arttı. Sonuç olarak, PMrG’nin nükleasyon arttırıcı etkisi çoğunlukla melamin ve PA bileşenlerine bağlandı. Ayrıca, PM/PLA ve PMrG-3/PLA kompozitlerinin soğuk kristal tepesinin kaybolması, onların artan kristalleşme kabiliyetini gösterirken, PLA’nın sıcaklık bağımlılığı ve erime sıcaklığı oldukça az etkilenmiştir.
Fotoğraf 3: (a) ısı salım oranı, (b) toplam ısı salımı, (c) toplam duman salımı ve (d) saf PLA ve kompozitlerinin 35 kW/m2’lik bir harici ısı akışı altında kömür kalıntısı eğrileri (kompozitlerdeki katkı maddelerinin kütle oranlarının tümü %10’dur).
Araştırmanın Sonucu
Çok katmanlı bir yapıya sahip PMrG’nin temel öğesi olan rGO, kompozitin yanma hızını düşürerek bariyer etkisi sağlar. PMrG alev geciktirici olarak kullanıldığında, kompozitin yanması ile birlikte PA’nın buharlaşması ve melaminin çözünmesi anında meydana gelir ve kompozitin yüzeyindeki oksijen seviyelerini azaltan H2O ve NH3 gibi yanıcı olmayan buharlar üretir.
Sonuç olarak, toplam ısı salınımı önemli ölçüde azalır. PMrG’deki rGO, melamin ve PA elementlerinin, yanma sırasında kompakt bir kömür tabakasının oluşturulmasını destekleyen, ısı ve duman emisyonunu etkin bir şekilde sınırlayan sinerjik etkisi, PMrG-3/PLA malzemelerinin artan alev geciktirici etkinliği ile ilişkilendirilir.
Keşfedilen Alev Geciktiricinin En İyi Avantajları
Malzemelerde duman üretimi, ölüme neden olan kilit faktörlerden biri olarak kabul edilir ve düşük duman üretim hızı ve TSR, bir yangın felaketinde daha düşük duman riskine ve daha uzun tahliye süresine işaret eder. Düz PLA, yanma işlemi boyunca oldukça az duman üretti, ancak rGO veya PM’nin eklenmesi, üretilen duman miktarını önemli ölçüde arttı.
Bu durum öncelikle polimerlerin yetersiz yanmasına neden olan rGO veya PM’ye atfedildi. Sonuç olarak, ısı emisyonunu azaltmak için PLA’ya rGO veya PM uygulandığında, polimerlerin duman bastırması kötüleşti. Alev geciktirici olarak ağırlıkça %10 PMrG kullanıldığında, ortaya çıkan PMrG/PLA kompoziti, PMrG’deki daha yüksek melamin ve PA seviyesi nedeniyle daha düşük bir TSR değerine sahipti.
Nano Katmanlı Maddeler Üzerine Daha Fazla Araştırma
Diğer bir yandan, melaminin polimerik kompozitler yığınıyla zayıf uyumu, kompozitlerdeki dağılımını bozarak alev direncini düşürür. Sonuç itibarıyla, araştırmacılar grafen, karbon nanotüpler gibi karbon nano katmanlı maddeleri dahil etmeye çalışmaktalar.
Grafen, iyi ısı yalıtımı ve geliştirilmiş termostabilite sağlayan çok katmanlı bir yapıya sahip yanıcı olmayan bir malzeme olduğu için birçok alev geciktirici teknolojinin bir bileşeni olarak kullanılmaktadır.
Kaynak: azom.com
