BORİK ASİT KATKISIYLA SU BAZLI İÇ CEPHE BOYALARININ ALEV DAYANIMININ İYİLEŞTİRİLMESİ

BORİK ASİT KATKISIYLA SU BAZLI İÇ CEPHE BOYALARININ ALEV DAYANIMININ İYİLEŞTİRİLMESİ

Berk USLU

YÜKSEK LİSANS TEZİ

KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI

GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MAYIS 2019

Berk USLU tarafından hazırlanan “BORİK ASİT KATKISIYLA SU BAZLI İÇ CEPHE BOYALARININ ALEV DAYANIMININ İYİLEŞTİRİLMESİ” adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.

Danışman: Prof. Dr. Nursel DİLSİZ

Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ...……….

Başkan: Prof. Dr. İrfan AR

Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Gazi Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………..

Üye: Doç. Dr. Suna ERTUNÇ

Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı, Ankara Üniversitesi

Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum. ………..

Tez Savunma Tarihi: 23/05/2019

Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum.

……….…….

Prof. Dr. Sena YAŞYERLİ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

ETİK BEYAN

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında;

 Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi,

 Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu,

 Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi,

 Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı,

 Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu,

bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim.

Berk USLU 23/05/2019

BORİK ASİT KATKISIYLA SU BAZLI İÇ CEPHE BOYALARININ ALEV DAYANIMININ İYİLEŞTİRİLMESİ

(Yüksek Lisans Tezi) Berk USLU GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

Mayıs 2019 ÖZET

Su bazlı boyalar dekoratif ve koruyucu amaçla çeşitli yüzeylere uygulanan yaygın kullanım alanına sahip boyalardır. Ancak yanmaya karşı dirençli değildirler. Gelişen teknoloji ve sanayileşmedeki artış beraberinde yangın riskinin artmasına da neden olmuştur. Bu riski en aza indirmek için aleve dayanıklı madde üretimi hızla ön plana çıkmaktadır. Çok çeşitli endüstrilerde yaygın kullanım alanına sahip su bazlı boyalarda da yanma dayanımının iyileştirilmesi gerekmektedir. Bor, Dünya üzerindeki en büyük rezervleri Türkiye’de bulunan, önemli bir madendir. Fakat bor rezervlerinin değerlendirilmesi açısından çeşitli ülkelerden geride kalınmaktadır. Borun hammadde olarak satılması yerine işlenerek pek çok değişik kullanım alanları olan özel bor ürünlerinin değerlendirilmesi gerekmektedir. Borik asit toksik olmayan, üstün yanma direncine sahip bir katkı maddesi olarak kullanılmaya başlanmış bir bor ürünüdür. Bu çalışmada su bazlı iç cephe boyalarına borik asit katkısıyla yanma dayanımı kazandırılması hedeflenmiştir. Farklı kütle derişimlerinde (%5,10 ve 20) borik asit ilavesiyle boyanın sahip olduğu fiziksel özellikleri, LOI yardımıyla yanma dayanımı testleri, TGA analizleriyle termal özellikleri ve maddenin kimyasal yapısı FTIR analizleriyle incelenmiştir. Ayrıca CaCO3 boya dolgu maddesi ve melamin katkı maddesinin de yanma dayanımı ve termal etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar literatür ile karşılaştırılmış, %24 LOI değerinden kütlece %5, 10 ve 20 borik asit katkılarıyla, 30, 33 ve 55 üzeri LOI değerlerine ulaşılmıştır. TGA analizleri sonucuna göre Borik asit miktarı arttıkça yapıdan uzaklaşan kütle miktarının azaldığı, bunun yanı sıra melamin ve kalsitin yanma dayanımı arttırıcı etkisi olduğu belirlenmiştir.

Bilim Kodu : 93008

Anahtar Kelimeler : Borik asit, alev geciktirici, su bazlı boya Sayfa Adedi : 87

Danışman : Prof. Dr. Nursel DİLSİZ

IMPROVING FLAME RETARDANCY OF WATER BASED INDOOR PAINTS WITH ADDITION OF BORIC ACID

(M. Sc. Thesis) Berk USLU GAZİ UNIVERSITY

GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES May 2019

ABSTRACT

Water based paints are most commonly used in surface coatings as protection and decorative reasons and has a wide range of usage area. However in case of fire, they are flammable products. Risk of fire increases with the growing industry and developing technology. To reduce this risk, producing fire resistant materials has become most urgent need in industry.

Due to this, fire retardancy of water based paints must be improved. Turkey has the largest boron reserves in the World. But economic benefits of this reserve is fewer than the other countries. Instead of using boron as raw material, special boron products which have many different application areas should be processed. Boric acid with no toxicological and highly prior flame retardancy effect, is a product of boron which started using as flame retardancy.

In this study, improving of flame retardancy of water based paints with addition of boric acid is planned. With addition of boric acid on different weight ratios (5%, 10 and 20); the physical properties of water based paint, with LOI analysis flame retardancy of paint, with TGA thermal analysis and with FTIR material analysis of paint has been examinated. Also thermal and flame retardancy effects of addition of CaCO3 and melamine to the paint has been examined. Performed test results show that addition of boric acid with different w/w ratios of 5%, 10 and 20; increased the LOI score of paint from 24 to 30, 33 and over 55 respectively. Also TGA results shows that with the increasing amount of boric acid in the paint compound, weight loss from the structure decreased, whereas melamine and CaCO3

also increase the flame retardancy of paint.

Science Code : 93008

Key Words : Boric acid, flame retardancy, water based paints Page Number : 87

Supervisor : Prof. Dr. Nursel DİLSİZ

TEŞEKKÜR

Yazmış olduğum bu tez için bana danışmanlık yapan, engin bilgilerini paylaşan ve bana büyük bir sabırla yol gösteren Sayın Prof. Dr. Nursel Dilsiz hocama saygı ve teşekkürlerimi sunarım. Bu çalışma için gerekli malzemelerin temini ve boyanın üretiminde bana yardımcı olan eski çalışma arkadaşım Sayın Nurettin Eker’e teşekkür ederim. Son olarak eğitim hayatım süresince yanımda olan, bu çalışmayı hazırlamamda maddi ve manevi desteklerini esirgemeyen başta eşim Derya Uslu olmak üzere değerli aileme teşekkür ederim.

İÇİNDEKİLER

Sayfa

ÖZET ... iv

ABSTRACT ... v

TEŞEKKÜR ... vi

İÇİNDEKİLER ... vii

ÇİZELGELERİN LİSTESİ ... x

ŞEKİLLERİN LİSTESİ ... xiv

RESİMLERİN LİSTESİ ... xvi

SİMGELER VE KISALTMALAR... xv

1. GİRİŞ

2. KURAMSAL TEMELLER

2.1. Boya ... 3

2.1.1. Boyanın tarihçesi ... 3

2.1.2. Boya içeriği ... 4

2.1.3. Boyanın sınıflandırılması ... 8

2.1.4. Su bazlı boya üretimi ... 10

2.2. Bor ... 11

2.2.1. Tanım ve özellikleri ... 11

2.2.2. Tarihçesi ve bileşimleri ... 12

2.2.3. Türkiye ve Dünya’da bor ... 14

2.2.4. Bor Mineralleri kullanım alanları... 15

2.2.5. Borik asit ... 22

2.3. Yanma ... 22

2.3.1. Alev geciktiriciler... 25

Sayfa

2.3.2. Alev geciktiricilerin sınıflandırılması ... 26

2.3.3. Alev geciktirici test yöntemleri ... 28

3. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI

4. DENEYSEL YÖNTEM VE ÇALIŞMA

4.1. Yanmaya Dayanımlı Su Bazlı İç Cephe Boyalarının Üretimi ... 36

4.1.1. Boya üretim basamakları... 37

4.2. Üretilen Boyaların Yanma Dayanımının, Karakteristik ve Boyama Özelliklerinin Test Edilmesi ... 40

4.2.1. Boyama özelliklerinin tayini ... 40

4.2.2. LOI testleri ... 41

4.2.3. Karakteristik analiz yöntemleri ... 43

5. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME

5.1. Boya Özellikleri Tayini Deney Sonuçları ... 45

5.2. LOI Sonuçları ... 47

5.3. TGA Sonuçları ... 52

5.3.1. Kalsitin (CaCO3) boyanın yanma dayanımı üzerindeki etkisinin TGA ile test edilmesi ... 52

5.3.2. Borik Asidin boyanın yanma dayanımı üzerindeki etkisinin TGA ile test edilmesi ... 55

5.3.3. Melaminin boyanın yanma dayanımı üzerindeki etkisinin TGA ile test edilmesi ... 61

5.4. FT-IR Sonuçları ... 63

6. SONUÇ VE ÖNERİLER

KAYNAKLAR ... 69

EKLER ... 73

EK-1 (TS 11162-2 EN ISO 4589 standardına uygun deney numunesi boyutları) ... 74

Sayfa EK-2 (Boyama özellikleri tayini deneyleri) ... 75 EK-3 (LOI değerinin belirlenmesi için yapılan çalışmalar) ... 78 ÖZGEÇMİŞ ... 87

ÇİZELGELERİN LİSTESİ

Çizelge Sayfa

Çizelge 2.1. Bor elementinin özellikleri ... 12

Çizelge 2.3. Bor ürünleri ve kimyasal formülleri ... 14

Çizelge 2.3. Ülke bazında bor rezervleri ... 15

Çizelge 2.4. Borik asit karakteristik özellikleri ... 21

Çizelge 4.1. Boya üretimi operasyon akış şeması... 38

Çizelge 4.2. Hazırlanan su bazlı iç cephe boyasının formülasyonu ... 39

Çizelge 4.3. Boya bileşimine eklenen dolgu ve katkı (yanmaya dayanım malzemelerinin) oranları ... 39

Çizelge 5.1. Boyama özellikleri deney sonuçları... 45

Çizelge 5.2. O2 konsantrasyonu aralığında, bir çift X ve O hareketi için oksijen konsantrasyonu tayini ... 47

Çizelge 5.3. İnterpolasyon sonucunda O2 ve N2 akış hızı değerleri ... 48

Çizelge 5.4. 0,2'lik değişim aralıkları için bulunan yanma süreleri ... 48

Çizelge 5.5. Dixon’un alt-üst metoduna göre yapılan tayinlerden oksijen indisi konsantrasyonu hesaplamak için k değerleri ... 49

Çizelge 5.6. Standart sapma hesaplama değerleri ... 50

Çizelge 5.7. Farklı oranlarda borik asit katkılı numunelerde boya bileşenlerinin bozunması aşamasındaki kütlece % kayıplar ... 59

Çizelge 5.8. %10 Borik asit ve %10 melamin katkılı boya numunesinin bozunma prosesinde her aşamadaki kütlece % kayıplar ... 62

ŞEKİLLERİN LİSTESİ

Şekil Sayfa

Şekil 2.1. Boya üretim fabrika akış şeması ... 11

Şekil 2.2. Bor ürünlerinin üretim yöntemleri ... 13

Şekil 2.3. Bor tüketiminin kullanım alanlarına göre dağılımı ... 16

Şekil 2.4. Borik asit geometrisi ... 21

Şekil 2.5. Yanma üçgeni ... 22

Şekil 4.1. Boya üretiminde kullanılan karıştırıcı ... 36

Şekil 4.2.EN ISO 4589-2 standardına uygun numune kalıbı ... 41

Şekil 4.3. Dynisco LOI cihazı ... 42

Şekil 4.4. TGA cihazı (Perkin Elmer Simultaneus Thermal Analyzer STA 6000) ... 44

Şekil 5.1. LOI Sonuçları ... 51

Şekil 5.2. Kalsit içermeyen su bazlı iç boyasının (Numune 6) TG ve DTG eğrileri .... 53

Şekil 5.3. Kalsit içeren su bazlı iç cephe boyasının (Numune 5) TG ve DTG eğrileri. 53 Şekil 5.4. Kalsitli (Numune 5) ve kalsitsiz (Numune 6) boya numunelerinin TG eğrilerinin karşılaştırılması ... 54

Şekil 5.5. Kalsitli (Numune 5) ve kalsitsiz (Numune 6) boya numunelerinin DTG eğrilerinin karşılaştırılması ... 54

Şekil 5.6. %5 Borik asit katkılı boya numunesinin (Numune 4) TG ve DTG eğrileri. 56 Şekil 5.7. %10 Borik asit katkılı boya numunesinin (Numune 3) TG ve DTG eğrileri. 57 Şekil 5.8. %20 Borik asit katkılı boya numunesinin (Numune 1) TG ve DTG eğrileri. 58 Şekil 5.9. Farklı oranlarda borik asit katkılı boya numunelerinin TG eğrilerinin karşılaştırılması ... 58

Şekil 5.10. Farklı oranlarda borik asit katkılı boya numunelerinin DTG eğrilerinin karşılaştırılması ... 59

Şekil 5.11. %10 Borik asit ve %10 melamin katkılı boya numunesinin (Numune 2) TG ve DTG eğrileri ... 61

Şekil Sayfa Şekil 5.12. Kütlece %10 ve %20 borik asit ile %10 melamin-%10 borik asit

katkılı numunelerin TG eğrilerinin karşılaştırılması………...…………... 62 Şekil 5.13. Kütlece %10 ve %20 borik asit ile %10 melamin-%10 borik asit

katkılı numunelerin DTG eğrilerinin karşılaştırılması…………...………... 62 Şekil 5.14. Kalsit dolgu maddeli ve kalsitsiz numunelerin (Numune 5 ve 6)

FTIR sonuçları………...………... 64

Şekil 5.15. Borik asit katkı maddeleri ve katkısız numune FTIR sonuçları………... 65

RESİMLERİN LİSTESİ

Resim Sayfa Resim 5.1. Yanma süresi ölçümü sırasında su bazlı boya numunesi... 48

SİMGELER VE KISALTMALAR

Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur.

Kısaltmalar Açıklamalar

BA Borik Asit

Cf Son oksijen konsantrasyonu değeri

FT-IR İnfrared Spektroskopisi

KU Krebs Unit

LOI Limit Oksijen İndeksi

OI Oksijen İndeksi

PVC Poli-vinil Klorür

TGA Termal Gravimetrik Analiz

TS Türk Standartları

UV Mor Ötesi

w/w Kütlece oran

1. GİRİŞ

Boyalar çeşitli yöntemlerle, çeşitli şekil ve yüzeylere dekoratif ve/veya koruyucu amaçlarla uygulanan, uygulandığı yüzeylerde ince bir film tabakası oluşturan kimyasal maddelerdir [1]. İnsanlık tarihinde kullanımı M.Ö. 40000 gibi oldukça eski dönemlerde başlayan boyanın, zamanla dekoratif özelliğinin yanı sıra koruyucu olabilme özelliğinin de keşfedilmesiyle kullanım alanları ve çeşitleri artmıştır. Dekoratif ve koruyucu kaplama alanında kullanımı yaygın olan boyanın, günümüz modern toplumlarında, teknolojinin de gelişmesiyle birlikte farklı özelliklerine de ihtiyaç duyulmaya başlanmıştır. Gelişen teknoloji, sanayileşme, kentsel yaşam ve toplu yerleşim alanlarındaki artış yangın riskini ve yangının maddi ve manevi zararlarını da beraberinde getirmektedir. İnşaat, sanayi, havacılık, otomotiv gibi sektörlerde kolayca yanabilen bazı malzemelerin kullanımı kaynaklı meydana gelen kazalar ve oluşan yangınlar, yeni kısıtlama ve kuralların oluşturulmasını zorunluluk haline getirmiştir. Bu kısıtlama ve kurallara uyabilmek için ise teknolojik çalışmalarla doğal veya sentetik yanabilen malzemelerin yanmaya karşı dirençli hale getirilmesi yönünde çalışmalar sürdürülmektedir. Otomotivden inşaata, tekstilden havacılık ve uzaya kadar neredeyse tüm sektörlerde dekoratif ya da koruyucu olarak yoğun bir şekilde kullanılan boyaların da yangına dayanım özelliğinin artırılması gerekmektedir. Son zamanlarda gerçekleştirilen çalışmalarda bor katkısının yangına dayanımı arttırdığı görülmektedir [11, 17, 21-24, 26].

Bor, doğada serbest halde değil mineralleri halinde bulunan bir elementtir. Bu mineraller, farklı elementlerle yaptığı bileşiklerin sahip olduğu türlü özelliklerden dolayı tarım, sanayi, cam, kimya, elektronik, inşaat gibi birçok sektörde geniş kullanım alanlarına sahiptir. Dünya üzerindeki en büyük bor rezervine sahip olan Türkiye, bor minerallerini hammadde olarak yurtdışına ithal etmektedir. Ancak bu hammaddelerin işlenerek yarı mamül ya da mamül haline getirilmesi, kullanım alanlarının artırılmasına ve ulusal ekonomiye çok daha fazla katkı sağlanmasına yol açar. Stratejik öneme sahip madenlerden olan ve rezervlerinin büyük çoğunluğu ülkemizde bulunan bor için teknolojilerinin araştırılması ve geliştirilmesi öncelikli hedeflerden biri olmalıdır.

Bor içerikli yanma geciktiriciler çoğunlukla, yanma esnasında eriyerek yanan malzeme üzerinde camsı bir katman oluşturur ve bu katman yanan malzemenin oksijenle temasını kesecek şekilde kaplayarak yanmayı bastırır. Bu çalışmada alevli ve dumanlı yanmaya karşı

direnç gösterebilen, korozif etkisi olmayan üstün yanma geciktirici performansı ve çevre açısından zararlı özellikleri bulunmayan borik asit, yanma geciktirici katkı maddesi olarak boyalara eklenmiştir. Boya olarak su bazlı iç cephe boyası kullanılmıştır. Ekolojik olarak toksisitelerin olmaması, çok yaygın kullanım alanlarına sahip olması, uygulama kolaylığı gibi etmenler, bu çalışma için su bazlı boya kullanılmasının nedenleri olmuşlardır. Boya ana hammaddelerinden bağlayıcı olarak stiren – akrilik kopolimer su bazlı boyada, pigment bağlama özelliğinin yüksek olması, su buharı aktarım hızının diğer bağlayıcı türlerine göre daha fazla oluşu, yüksek alkali direnci ve akrilik bağlayıcılara oranla ekonomik olması özellikleri nedeniyle tercih edilmiştir. Ayrıca borik asidin yanmaya dayanımı etkisinin, yüksek sıcaklıklarda oluşan kömürsü tabaka ile oluşması, yine yangına aynı şekilde yangına dayanım kazandırması ve yaygınlaşmaya başlayan kullanımı sebebiyle, melaminin de katkı maddesi olarak borik asit ile birlikte etkisi incelenmiştir.

Gerçekleştirilen tez çalışmasında elde edilen boyanın en yaygın kullanılan alev geciktirici test yöntemlerinden LOI (Limit Oksijen İndeksi) yöntemiyle aleve dayanımı incelenmiştir.

Ayrıca TGA ile termal özellikleri belirlenmiş, yapı tayini ise FTIR testleri ile belirlenmiştir.

Boyanın fiziksel özellikleri, Türk Standartları Enstitüsü’nün iç cephe boyalarının özelliklerinin belirlenmesi için oluşturduğu ilgili test metodu olan TS5808 test yöntemi ile test edilmiş ve elde edilen sonuçlar literatür ile karşılaştırılmıştır.

2. KURAMSAL TEMELLER

2.1. Boya

Boyalar, çeşitli yüzeyler üzerine yüzey koruyucu veya dekoratif amaç için, çeşitli yöntemler kullanılarak uygulanan ve uygulandığı yüzey üzerinde belirli bir incelikte film tabakası oluşturan kimyasal maddelerdir. Farklı bir tanım olarak boya; askı durumundaki pigmentler ile sıvı haldeki bağlayıcı bir maddeden oluşan ve genellikle katı yüzeyler üzerine örtücü bir katman oluşturacak şekilde uygulanan koruyucu ve dekoratif kaplama malzemeleridir [1].

2.1.1. Boyanın tarihçesi

Yüzeyler üzerinde koruyucu ve dekoratif amaçla kullanılan boyanın tarihçesine bakıldığında koruyucu kaplama özelliği daha yakın bir zaman diliminde kullanılmaya başlanmış ve günümüzde devam etmektedir. Ancak dekoratif olarak boyanın kullanılması insanlık tarihinde yaklaşık 40000 yıl önceye denk gelmektedir [2].

Paleolitik ve neolitik dönemlerde boyar maddelerde genellikle çok fazla değişiklik ve çeşitlilik gözlenmemiştir. Siyah ve kırmızı rengin bazı tonları olarak gözlemlenmiş renkler, odun, kemik ve demir madeni kaynaklı olmuşlardır. Bitki ve toprak bazlı boyar maddelerin de mağara duvarlarında kullanılmaya başlanması, insanoğlunun ilk boya algısıyla tanışması olarak belirtilebilir.

İnsanoğlunun yerleşik yaşama geçmesiyle boya ve boyama tekniklerinde de gelişmeler meydana gelmiş, el ve parmak boyamalarının yerini fırça kalem gibi aletler almış, renk çeşitliliği artmıştır. Mağara çizimleri yerini duvar, alet ve ekipmanların boyanmasına, basit yün boyamalardan kumaş boyanması gelişimine bırakmıştır [2].

Doğal cevherlerin ilk pigmentler olarak kullanımı, ancak M.Ö 6. yüzyıl dönemlerinde kavrulmuş karışım ve çeşitli organik pigmentlerin keşfi ile azalmıştır. Yine yumurta akı, balmumu ve jelatin boya hammaddelerinden bağlayıcı olarak tarihte kullanılmıştır. Tarihte boyanın koruyucu özelliğini ilk kullananlar ise Mısırlılar olmuştur. Gemilerinde oluşan

delik ve yarıkları zift ve doğal reçineler yardımı ile kapatan Mısırlıların uyguladığı bu yöntem diğer antik halklar tarafından da uygulanmıştır [1].

Boya endüstrisinin önemli gelişmelerinden birisi de 1800’lü yılların ortalarında titan oksit, çinko oksit kurşun sülfatın reçine esaslı bağlayıcılar ile birlikte kullanılmasıyla boya üretilmesidir. Daha sonra plastik endüstrisindeki gelişimler, 1920’li yıllarda selülozikler, 1945’li yıllarda ise akrilik ve PVC bağlayıcıların boya imalatında kullanımını sağlamıştır.

Sentetik boyalar 19.yy sonlarına kadar üretilememiş olsalar da, gelişmeleriyle boya hammaddelerinde kullanımlarının (sentetik polimer bağlayıcılar, sentetik renk pigmentleri gibi) artması, boyaların fiziksel ve kimyasal yapılarının incelenmesini, aşınmaya ve korozyona dayanıklı ve yanmayı geciktirici boyaların yapılmasının önünü açmışlardır [2].

2.1.2. Boya içeriği

Belirli şekillerde formüle edilen boyaların her ne kadar bileşenleri farklı olsa da, genel olarak boya içeriğindeki kimyasallar dört ana hammadde başlığında toplanabilir. Bu hammaddeler;

 Bağlayıcılar

 Pigmentler ve Dolgu Malzemeleri

 Çözücüler

 Kimyasal Katkı Maddeleri şeklinde sınıflandırılır.

Bağlayıcılar

Bütün boya çeşitleri uygulandıkları yüzeyin üzerinde, sürekli, sağlam ve yapışan bir film oluşturmaktadır. Bağlayıcılar pigment ve dolgu maddelerinin içinde homojen olarak dağılarak bu filmi oluşturan kısmıdır. Bu nedenle aynı zamanda film oluşturucu olarak da anılırlar. Boyaların kuruma süresi, yapışması, sağlamlık, esneklik, kimyasal maddelere karşı gösterdiği direnç ve sertlik gibi fonksiyonel özelliklerinin büyük çoğunluğu bağlayıcının cinsi tarafından belirlenmektedir. Bağlayıcılar bütün boyanın omurgasını oluşturur, yüzeye yapışmasını sağlar ve aynı zamanda pigment parçalarını düzgün boya filmi oluşturmak üzere bağlar.

Genellikle doğal veya sentetik reçinelerin çözeltileri polimerleri veya dispersiyonları olan bağlayıcılar polimerik bağlayıcı grubunun yanı sıra monomer ya da oligomer yapıya sahip halde de olabilir. Bu tür bağlayıcılar, diğer grubun aksine çok büyük moleküllere sahip olmadıklarından çözücü ya da suyun buharlaşması sonucu sert ve sağlam bir film halinde yüzeyde kalamazlar, daha çok UV ışımalarının etkisi altında polimerleştirilir ve sert bir film oluşturacak molekül büyüklüğüne sahip olmaları sağlanır [3].

Boyanın yüzey üzerine iyi yapışması, bağlayıcı polimerin esnekliği, düz zincir ya da ağ yapıda olup olmaması ile ilgilidir. Polimerin düz zincirli olma oranı ile boyanın yüzey ile ilişkisi arasında doğru orantı kurulabilir.

Bağlayıcı olarak en yaygın kullanımlar, akrilik, vinil ve bunların kopolimerleridir. Vinil bağlayıcı, vinil (CH2 = CRX) monomerlerinin katılma polimerleşmesi ile, Akrilik bağlayıcı ise, asit grubu (CH2 =CR-COOH) veya ester (CH2 =CR-COOR’) içeren monomerlerin katılma polimerleşmesinden oluşur. Akrilik bağlayıcılar, vinil bağlayıcılara göre ester gruplarının daha iyi yapışma özelliğinden dolayı boya üretimi kullanımında daha elverişlidirler [4].

Pigmentler ve dolgu malzemeleri

Boyanın tarihçesinde de bahsedildiği gibi doğadan saf halde ya da saflaştırarak veya sentetik yollarla elde edilen, bağlayıcı içerisinde mikron boyutlu katı asıltı halindeki tanecikler olarak bulunan pigmentler; boyaların renklendirilmesi, pas önleme ve örtücülük gibi amaçlarla kullanılan çoğunlukla inorganik esaslı katı maddelerdir. Pigmentler bağlayıcı ve çözücülerde çözünmezler. Boya üretiminin en önemli aşamalarından birisini pigmentlerin çözücü-bağlayıcı ortamında homojen bir biçimde yayılması oluşturur.

Pigmentlerin renk verme özelliklerini, kimyasal yapısında yer alan kromofor yani renk verici gruplar ile oksokrom- yardımcı renk grupları belirler. Pigmentlerin boyarmadde gibi renk verme özelliğine sahip diğer hammadde grubundan farkları, boyarmaddelerden daha yüksek ısıl kararlılığa ve dış dayanıma sahip olmalarıdır.

Boyanın örtücülüğüne etki eden önemli faktörlerden birisi de pigmentlerin kırınım indis dereceleridir. Kırınım indisi ışığın boşluktaki hızının belirtilen madde içerisinde sahip

olduğu hıza oranıdır. Boya endüstrisinde kullanılan hammaddelerden en yüksek kırınım indisine sahip madde 2,76’lık değeri ile rutil titanyum dioksittir [5]. Bu çalışmada da kullanılan rutil titanyum dioksit (TiO2), anataz isimli bir diğer çeşide daha sahiptir. Ancak rutil TiO2, daha sıkı bir molekül yerleşimine sahip olmasından dolayı yoğunluk ve kırınım indisi olarak daha yüksek değere sahiptir (2,76-2,55).

Pigmentler farklı şekilde sınıflandırılabilmektedir. Bunlar boya içerisindeki görev dağılımına göre;

 Ana pigmentler: Boyaya renk verme, örtücülük kazandırmaya yararlar. Başlıca örnekleri demir oksit, titanyum dioksit, çinko oksittir.

 İşlevsel pigmentler: Boyaya korozyona, yanmaya dayanıklılık kazandırmak gibi özel görevleri olan pigmentlerdir. Fosfat, kromat, çinko oksit örnektir.

 Pigmentsel katkı maddeleri: Boya üretiminde maddenin akış ve bozulmasının denetimini sağlamak, bakteri oluşumunu önlemek gibi amaçlara sahip katkı maddeleridir.

 Çoğaltıcı pigmentler: Boyanın pigment hacmini kontrol için kullanılırlar. Çoğaltıcı pigment miktarı boyanın parlaklığını ve yayılma gibi mekanik özelliklerini etkiler.

Alüminyum, baryum, kalsiyum gibi metallerin silikat ve karbonatları örnektir.

Pigmentler bu sınıflandırmanın haricinde inorganik pigmentler, organik pigmentler, sedef pigmentler ve alüminyum pigmentler şeklinde de sınıflandırılabilir. İnorganik ve organik pigmentlerin partikül boyutları 1µm’den daha az iken sedef pigmentlerin 2-110 µm, alüminyum pigmentlerin ise 8-80 µm arasındadır. Organik pigmentler moleküllerinde kromofora yani renk yapıcı atom gruplarına sahiptir, inorganik pigmentler ise çözünmeyen metal bileşiklerin oluşturduğu ve renklerinin temeli metal elektronlarının düzeyine bağlı olan pigmentlerdir.

Dolgu maddeleri

Dolgular, renk ve örtücülüğü olmayan, içinde bulunduğu ortamda çözülmeyen, boyaya ekonomik fayda sağlamak amaçlı kullanılan ve boyanın bazı teknik özelliklerinde iyileşme sağlayabilen katı malzemelere denir. Dolguların pigmentlerden temel farkı renksiz olmaları ve boya filmi içerisinde saydam davranış sergilemeleridir. Örtücülük oranları

pigmentlere göre çok daha azdır, fiyatları da daha uygundur. Dolgu maddeleri, doğal uygun kayalardan kimyasal çöktürme yöntemi kullanılarak elde edilen sülfat karbonat veya silikat bileşikleridir. Sektörde yaygın olarak kullanılan başlıca dolgu maddeleri kalsit, barit, talk, dolomit, ve silika dolgulardır.

Çözücüler

Boyaların akış ve biçim yapısının uygun bir şekilde ayarlanmasını sağlayarak boyanın yüzeye sürülebilmesini sağlayan, boya içerisindeki diğer maddeleri bir arada tutan ve boya uygulamasından sonra uçmak suretiyle giderek boyanın yüzeye ince bir tabaka halinde yapışmasını sağlayan, kimyasal maddelerdir. Çözücüler boyanın özelliğini bozmayan, kururken uçan ve boyanın kıvamını düzenleyen inceltici sıvılardır. Çözücüler bunun haricinde boyayı meydana getiren farklı organik bileşenlerin birbirleri içerisinde çözünmelerini, kuruma zamanı ve boyanın yüzeye yapışma kuvvetini etkiler. Çözücünün buharlaşma hızı da boyanın fiziksel ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde etkileyen etmenlerdendir. Eğer çözücü çok çabuk buharlaşırsa, boyanın yayılma özelliği, polimer zincirlerinin birleşip yüzeyi kaplaması ve yüzeye yapışması için yeterli zaman bulamamasından dolayı azalır. Çözücünün çok geç buharlaşması da boya yüzeyinde akma tabir edilen yüzeyin üst kısımlarının alt bölümlere göre daha ince olmasına neden olur.

Katkı maddeleri

Boyanın teknik özellikleri üzerinde önemli değişikliklere yol açan, boyanın üretimi uygulanması ve depolanmasında önemli etkinliklere sahip hammaddelerdir.

Boya üretimi ve depolanması süreçlerinde katkı maddeleri farklı özellikler sağlamak ya da boya üzerinde oluşabilecek olumsuz etmenlerin önüne geçmek için kullanılırlar. Katkı maddeleri boyanın cinsine ve kullanış amacına göre ilave edilir. Köpük oluşumunun giderilmesi, sert ve dayanıklı film oluşumu, ekstra parlaklık, matlık gibi özellikler kazandırılabilir. Boya endüstrisinde en yaygın kullanılan katkı maddeleri, kazandırdıkları özelliklere göre aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir:

 Köpük kesiciler: Yüzey geriliminin azaltılmasını sağlayarak dağılım esnasında molekül içerisine giren hava kabarcıklarının oluşturduğu köpüklerin patlayarak yok olmasını sağlarlar. Yüzey aktif maddelerdir.

 Kalınlaştırıcılar: Boya kıvamını artırarak dolgu maddeleri ve pigmentlerin çökmesini engellerler.

 Islatıcılar: Boya dağılımında pigment parçacıklarının bağlayıcı tarafından sarılması anlamına gelen ıslatma, boyanın dağılım ve yapışma kalitesini olumlu şekilde etkiler.

Aynı zamanda ıslatıcılar pigmentlerin depolanma esnasında birbirleri ile tekrar bağ oluşturmasını da engellerler.

 Film oluşturucular: Yüzey üzerine uygulanan boyada çözücü buharlaşırken polimer parçacıkları pigmentlerin etrafını sararak yayılır ve boya filmi oluşur. Bu katkı maddeleri yayılmayı artırarak polimerlerin yumuşamasını ve dolayısıyla pigment etrafını daha rahat bir şekilde sarmasını sağlar

 Belirtilen katkı maddelerinin haricinde boya endüstrisinde çeşitli özellikler ve dayanıklılıklar kazandırmak için spesifik görevlere sahip katkı maddeleri de kullanılmaktadır. Özel katkı maddeleri olarak adlandırılabilen bu maddelere örnek olarak biyositler, UV (mor ötesi) dengeleyicileri, fungusitler, matlaştırıcılar ve pas önleyiciler verilebilir.

2.1.3. Boyanın sınıflandırılması

Boyalar sınıflandırma açısından sahip oldukları özellikler, son kullanım alanı, kuruma yöntemi, içerdiği bağlayıcı türü gibi birden fazla ölçüt göz önünde bulundurularak çeşitli şekillerde sınıflandırılır. Örneğin bağlayıcı çeşitlerine göre;

 Selülozik boya

 Akrilik boya

 Poliüretan boyalar

 Epoksi boyalar şeklinde sınıflandırılır [6].

Ancak boya endüstrisinde en yaygın kullanım çözücü isimlerine göre boyaların sınıflandırılmasıdır. Aynı zamanda boya içerisinde kullanılan çeşitli bileşenlerin, boyanın üretimi ve kullanımı sonrası oluşturabilecekleri çevre kirliliği ve atıkların yönetimi

dolayısıyla, atık kontrolü ve miktarının azaltılması açısından da çözücü temelinde sınıflandırılma yapılır [3]. Çözücü cinsine göre boyalar:

 Solvent bazlı boyalar

 Toz boyalar

 Su bazlı boyalar olarak sınıflandırılır.

Solvent bazlı boyalar

Temel çözücü olarak tiner, etil glikol, tolüen gibi solvent bazlı çözücülerin kullanıldığı boyalardır. Organik solvent bazlı boyalar yapıları dolayısıyla önemli bir miktarda uçucu organik kimyasal içerirler.

Solvent bazlı boyaların atıkları genellikle çevre için zararlıdır. Yanıcı ve tehlikeli sınıfta olan bu atıklar, yüksek ısıl içerik ile atık geri döngüsü, yeniden kullanılması gibi alanlarda da değerlendirilebilir [3]. Ekolojik açıdan su bazlı ve toz boyalara göre tehlikeli olarak sınıflandırılabilecek solvent bazlı boyalarda, bağlayıcı olarak solvent kullanımının faktörleri fiyat, buharlaşma oranı, alevlenme noktası olarak örneklenebilir.

Toz boyalar

Su bazlı ve solvent bazlı boyaların aksine toz boyalar çözücü içermezler. Toz boyalar pigment, bağlayıcı, kuruma ajanları, akış kontrol ajanları, güçlendirici dolgu maddeleri ve diğer katkı maddelerinden oluşurlar. Toz boyalar uygulandıkları yüzeylere elektrostatik püskürtme ve akışkan yatak teknikleri kullanılarak kuru halde uygulanır. Toz, bir film tabakası oluşturulacak şekilde ısı uygulanarak eritilir ve böylece boyanacak yüzey üzerine tutunur. Yüksek aktarım verimine sahip olması dolayısıyla çok az atık üreten ve çevresel avantaj oluşturan toz boyalarda anlatılan uygulama şekli en büyük dezavantaj olarak ortaya çıkar. Çünkü çoğu kaplama uygulama yöntemlerinde büyük ve ağır parçaların ısıtılması gerekmektedir. Yine elektrostatik toz püskürtme sistemlerinde bazı geometrilerde boya tozunun düzenli şekilde birikmesini engelleyebilecek elektrik alanları oluşmaktadır [3].

Su bazlı boyalar

Çözücü olarak su kullanılan boyalardır. Su bazlı boya grubunda sulu emülsiyonlar, suyla inceltilen kaplamalar bulunur. Emülsiyon kaplamalar, suda sentezlenen ve yüzey aktif madde içeren polimerlerden yapılmaktadır. Emülsiyon boyaları sıvı monomerin su içerisinde küçük damlacıklar halinde polimerleşmesi sonucu emülsiyon polimerizasyonu ile elde edilir. Farklı polimerik bağlayıcı çeşitlerine sahiptir. Akrilikler, stirenler, stiren – bütadien, stiren – akrilik kopolimerleri, alkidler ve polistirenler kullanılır.

Su bazlı boyalar uçucu organik kimyasalların emisyonunu azaltır. 20. yy başlarında kullanılan arsenik, sistematik zehirlenme sorunları sonrası yerini turpentin isimli maddeye, zamanla böbrek bozukluklarına ve alerjilere yol açtığı keşfedilen turpentin de yerini bütanol, metil etil keton, etil asetat gibi organik çözücülere bırakmıştır. Bu organik çözücüler turpentinden daha uçucu olduklarından boya endüstrisinde kullanımı hızla yayılmıştır.

Ancak yapılan çeşitli çalışmalarda gözlemlenen bazı sonuçlar mesleki açıdan bu belirtilen organik solventlere maruz kalmakta olan kişilerde merkez sinir sistemlerinde çeşitli hasarlar oluşabildiğini göstermiştir [7]. Belirtilen bu durum, içerisinde organik çözücü miktarı çok az olan su bazlı boyaların endüstride kullanımının yaygınlaşmasını sağlamıştır. Hava kirliliğine yol açan solventlere sahip olmaması, temizlenmesi ya da inceltilmesinde solventlere ihtiyaç duymaması, içerisinde bulundurduğu organik çözücü miktarının çok az olması sebebiyle atık suyunda daha az toksik organik içermesi, stoklama maliyetinin solvent bazlı boyalara göre daha düşük olması, uygulama kolaylığı, uygulandığı yüzey, bina, mekanların daha kısa sürede aktif kullanıma açılabilmesi, solvent bazlı boyalara göre daha uygun olan üretim maliyeti gibi sebeplerden dolayı bu çalışmada su bazlı boyalar tercih edilmiştir.

2.1.4. Su bazlı boya üretimi

Boya endüstrisinde üretim aşamalarının akış şeması şekildeki gibidir. Hammaddelerin ilk girdi anında el ve göz muayeneleri ve farklı hammadde ürünlerine göre yapılan deneylerle başlayan boya üretim prosesi, daha sonra ana üretim aşamasına geçer. Ürün oluşumu öncesi ve sonrasında proses parametrelerinin kontrolleri kapsamında, kalite deneyleri için gereken numunelerin alınması, yoğunluk, viskozite, pH ölçümü gibi kontrol basamakları gerçekleştirilir. Üretim onayı sonucu elde edilen boya, dolum makinaları ile istenilen şekilde

ambalajlanır ve sevkiyata hazır hale gelir. Bu çalışmada kullanılan su bazlı iç cephe boyasının üretimi deneysel yöntem ve çalışma bölümünde detaylıca anlatılmıştır.

Şekil 2.1. Boya üretim fabrika akış şeması 2.2. Bor

Bu bölümde bor elementinin yapısal özellikleri ve bileşimleri, tarihçesi, kullanım alanları ve önemi hakkında bazı genel bilgilere yer verilmiştir.

2.2.1. Tanım ve özellikleri

Atom numarası 5, atom ağırlığı 10,81 ve ergime noktası 2473 ± 20 K olan bor, B simgesi ile gösterilir ve periyodik sistemin üçüncü grubunda yer alan metal ile ametal arası yarı iletken özelliklere sahip bir elementtir. Kütle numarası 10 (doğada bulunma yüzdesi %19,10-20,31) ve 11 (doğada bulunma yüzdesi %79,69-80,90) olan iki kararlı izotopu vardır. Radyoaktif izotopları ⁸B ve ¹²B’dir ve bir saniyeden daha az yarılanma ömrüne sahiptir. Borun elektron yapısı 1s² 2s² 2p¹’dir ve 3 değerlik elektronuna sahiptir ve BX3 (X=alkiller, halojenler) trikovalent bileşikler oluşturur. Bu bileşiklerin bağ açısı 120^o’dir. Bor, 9,3’lük bir Mohs sertlik derecesine sahiptir ve bu sertliğinden dolayı ışın kırıcı katı olarak kullanılır. Yarı iletken olarak sınıflandırılır (oda sıcaklığında 1.5x10^-6ohm^-1cm^-1). Doğada hiçbir zaman serbest halde bulunmayıp oksijen ile borun bağlanması ile oluşan bor minerali (B2O3) şeklinde bulunur [8, 9].

Bor Dünya üzerinde toprak, su ve kayalarda yaygın olarak bulunan bir elementtir. Toprak içeriğinde bor miktarı genellikle ortalama 10 – 20 ppm arası olmakla beraber ABD’nin batı bölgeleri ile Akdeniz’den Kazakistan’a kadar uzanan coğrafyada yüksek konsantrasyonlarda bulunabilmektedir. Tatlı suda 0,01 – 1,5 ppm, deniz suyunda 0,5-9,6 ppm seviyesinde

bulunur. Doğada çeşitli metal ve ametal elementlerle yaptığı birleşiklerle yaklaşık olarak 230 çeşit bor minerali bulunmaktadır [8].

Çizelge 2.1. Bor elementinin özellikleri [8]

Atom Yarıçapı 0,98

Atom ağırlığı 10,81 ±0,005 g/mol

Yoğunluk 2,34 g/cm³

Sertlik 9,3 mohs

Elektronegatiflik 2,0

Kristal Yapısı Hekzagonal İyonlaşma Enerjisi 191 kcal / g atom

Buharlaşma Isısı 128 kcal / g atom

Bor, silisyum ve kalsiyum elementlerine en çok benzerliğe sahip ve oksijen ile bağlanabilirliği çok yüksek olan bir elementtir [10]. Borun, oksijen ile bağ yapmaya yatkın yapısından dolayı çok sayıda bor-oksijen bileşiği bulunmaktadır. Bu bileşiklere verilen genel ad borattır. Sahip olduğu bu çeşitlilik ve yaptığı bileşiklerin sahip olduğu farklı özellikler, endüstride pek çok bor bileşiği çeşidinin kullanılmasını sağlamaktadır.

2.2.2. Tarihçesi ve bileşimleri

Elementer keşfi 1808 yılında Sir Humphry Davy ile Gay- Lussac ile Jacques Thenard tarafından yapılmıştır. Ancak bor tarihte ilk olarak 4000 yıl önce altın işlemeciliğinde lehim elemanı olarak kullanılmak üzere Babiller tarafından Uzakdoğu’dan boraks ithal edilerek kullanılmıştır. Mısırlılar tarafından mumyalama, antiseptik ve metalürji uygulamalarında, Çinliler tarafından cam ve seramik uygulamalarında, Romalılar tarafından boratlar temizlik malzemesi olarak olmak üzere farklı uygarlıklar tarafından da kullanılmıştır [11].

Modern bor endüstrisi, 13.yy’da boraksın Tibet’ten Avrupa’ya getirilmesiyle başlamıştır.

1836 yılında Şili’de boratlar bulunmuş ve 1852 yılında Şili’de endüstriyel anlamda ilk boraks madenciliği başlamıştır. 1864 yılında ABD’nin Kaliforniya ve Nevada eyaletlerinde bor yatakları keşfedilmiş, daha sonra Caliko ve Kramer bölgelerindeki yatakların da bulunarak işletilmeye alınmasıyla ABD dünya bor gereksinimi karşılayan birinci ülke haline gelmiştir [12].

Türkiye’deki bilinen bor tarihi 1800’lü yıllarda başlamıştır. Balıkesir-Susurluk yakınlarında pandermit adı verilen bor minerali bulunmuş ve işletmesi Fransız bir firmaya 20 yıllık süre ile verilmiştir [13]. Türkiye’de bor madenleri devlet kontrolündedir. 1978 yılında tüm madenler Eti Maden Genel Müdürlüğü’ne devredilmiştir.

Bor mineralleri yapılarındaki kalsiyum, sodyum ve magnezyum elementlerine göre sınıflandırılır. Doğada 230’dan fazla bileşik oluşturan borun, endüstriyel açıdan önemli bileşikleri arasında sodyum kökenli bor bileşiği olan boraks (tinkal), kalsiyum kökenli bor bileşiği olan kolemanit, sodyum- kalsiyum kökenli bor bileşiklerinden olan üleksit ana grubu ile beraber borik asit, susuz boraks, boraks pentahidrat, sasolit ve kernit sayılabilir [14].

Çeşitli kimyasal işlemler sonucunda farklı formül ve yapıda olan; tinkal, kolemanit ve üleksitten elde edilen bor türevleri şekilde gösterilmiştir.

Şekil 2.2. Bor ürünlerinin üretim yöntemleri [8]

Şekil 2.2’de görülen bor ürünlerinin kimyasal formülleri ise çizelgede gösterildiği şekildedir.

Çizelge 2.3. Bor ürünleri ve kimyasal formülleri [8]

Borik Asit H3BO3

Bor Oksit B2O3

Boraks Pentahidrat (Etibor-48) Na2B4O7.5H2O

Boraks Dekahidrat Na2B4O7.10H2O

Susuz Boraks Na2B4O7

Disodyum Oktaborat Tetrahidrat Na2B8O13.4H2O

2.2.3. Türkiye ve Dünya’da bor

Bor yatakları, milyonlarca yıl öncesinde volkanların etkisindeki bölgelerin uygun kimyasal koşullara sahip göllerde biriken malzemelerinin sularının buharlaşması sonucu oluşmuştur.

Bu yatakların kapalı olması günümüze kadar erimeden gelmesini sağlamıştır. Türkiye’nin bilinen bu borat yataklarının tümü batı Anadolu’da yerleşmiştir. Keşfedilmiş bor yatakları, Eskişehir- Kırka, Balıkesir- Bigadiç, Kütahya- Emet ve Bursa- Kestelek bölgesindedir.

Türkiye, dünyada ekonomik-endüstriyel olarak en çok kullanılan boraks, üleksit ve kolemanit yataklarına sahiptir [12].

Bor madenlerinin değerinin ölçümü genellikle içerisindeki %B2O3 ile gerçekleştirilir.

Ülkemizdeki madenlerden Kırka’daki tinkal madeni yaklaşık %25-26 oranında %B2O3

içermekte, mevcut tesislerinde zenginleştirilerek bu oran %33’e çıkarılmakta ve tane büyüklüğüne göre sınıflandırılmaktadır.

Emet’te bulunan kolemanit yataklarından çıkarılan cevher ise yaklaşık %28 ile %37 arasında

%B2O3 oranına sahiptirve bu oran zenginleştirilerek %45’e yükseltilmektedir.

Bigadiç bölgesinde bulunan ve yaklaşık %30-32 oranında %B2O3 içermekte olan kolemanit cevheri de zenginleştirilerek %44 seviyesine çıkarılmaktadır.

Türkiye’de batı Anadolu bölgesinde yukarıda belirtilen alanlarda yoğunlaşmış olan bor madenleri, Dünya geneline bakıldığı zaman ise, dört ana bölgede yoğunlaşmış haldedir.

Bunlar; ABD Kaliforniya Eyaletinin güneyinde yer alan “Mojave Çölü”, Güney Amerika’da yer alan “And Kemeri”, Türkiye’nin de yer aldığı “Güney-Orta Asya Orojenik Kemeri” ve Doğu Rusya’dır. Dünya üzerindeki en büyük bor rezervi Türkiye’dedir. Dünyada mevcut bulunan bor rezervleri göz önünde alındığında % 72,8 oranı ile Türkiye ilk sırada yer alırken onu önem sırasına göre %8,2 payla Kazakistan ve % 6,5 payla Amerika takip etmektedir.

Ülkeler ve bor rezerv çizelgesi şekildeki gibidir [15].

Çizelge 2.3. Ülke bazında bor rezervleri [15]

Dünya üzerindeki en büyük bor rezervine sahip olan Türkiye, bor üretimi ve ticareti açısından ise ABD’nin gerisindedir. Toplam tonaj miktarında Türkiye ilk sıradayken, B2O3

yüzdesi bazında ABD üretimde ilk sıradadır. Dünyada ham bor ihracatı yapabilen tek ülke ise yine Türkiye’dir. Fakat çevresel duyarlılık ve rafine bor ürünlerine olan talep, ham bor ürünleri yerine bu ürünlere kullanımın artışı yönünde bir etki yaratmaktadır.

2.2.4. Bor minerallerinin kullanım alanları

Doğada çok çeşide sahip olan bor mineralleri bu çeşitliliğe uygun olarak farklı bir çok alanda kullanılmaktadır. Günümüzde çoğunlukla endüstri ve ev kullanımı için üretilen temizlik

Ülkeler Toplam Rezerv

(bin ton B2O3)

Toplam Rezerv (% B2O3)

Türkiye 955300 72,8

A.B.D. 80000 6,1

Kazakistan 100000 7,6

Çin 47000 3,6

Arjantin 9000 0,7

Bolivya 19000 1,4

Şili 41000 3,2

Peru 22000 1,7

Kazakistan 15000 1,2

Sırbistan 24000 1,7

Toplam 1312300 100

malzemeleri ile cam ve seramik yapımında kullanımı gerçekleşmektedir. Bunların haricinde yaygın olarak kullanıldığı alan ve oranlar şekildeki gibidir.

Şekil 2.3. Bor tüketiminin kullanım alanlarına göre dağılımı [12]

Cam endüstrisi

Bor kullanımının ana endüstrilerinden birisidir. Cam endüstrisinde imalatın daha kolay yapılabilmesi ve camın yansıtma, kırma, parlama gibi özelliklerini arttırmak amacıyla bor kullanılmaktadır. Bor ürünleri, erimiş haldeki cam ara mamulüne ilave edildiğinde, camların çizilme ve kimyasal maddelere karşı direncini ve camın viskozitesini artırmakta, yüzey sertliğini ve dayanıklılığını yükseltmektedir. Cam eriyiği %0,5 ile %23 arasında değişen miktarlarda bor oksitten oluşmaktadır. Cam endüstrisinde en çok kullanılan bor ürünleri borik asit, bor oksit, susuz boraks ve kolemanit olup, bu bor mineralleri cam elyafı, borosilikat camlar ve fiber optiklerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Üretilen bu borlu camların kullanıldığı bazı uygulama alanlarına örnek ise özel fırın kapları, sıvı kristal göstergeler, laboratuvar malzemeleri, araba camları, cam yünü, tekstil tipi cam elyafı olarak verilebilir.

Cam elyafı, kullanılan bor oksidin büyük miktarının harcandığı üründür. Ergimiş cama %7 bor oksit verecek şekilde boraks pentahidrat veya üleksitprobertit katılmaktadır. Maliyetine bağlı olarak sulu veya susuz tipleri kullanılmakta, bazı hallerde de borik asitten yararlanılmaktadır. Uygun fiyatı, gerilmeye karşı yüksek direnci, kimyasal etkilere

Cam Elyafı 45%

Borosilikat Camlar 9%

Seramik 10%

Tarım 5%

Diğer Alanlar 27%

Temizlik 4%

dayanımı ve hafifliği nedeniyle endüstride yaygın kullanım alanlarına (otomobil sanayisi, yalıtım, optik vb.) sahip olan cam elyafı, kullanıldığı malzemelere sertlik ve dayanıklılık kazandırmaktadır.

Seramik endüstrisi

Bor ürünleri seramik endüstrisinde yaygın olarak emaye kaplamalar ve seramik sırlarda kullanılmaktadır. Emayelerin doygunlaşma ısısını ve viskozitesini azaltan bor oksit %20'ye kadar kullanılabilmektedir. Emayeye katılan hammaddelerde bor oksit miktarı %17-32 aralığında olup, genellikle sulu boraks tercih edilir. Ayrıca emaye kaplamada eklenen bor mineralleri malzemenin dekoratif görüntü sağlamasında, daha düşük sıcaklıklarda camsı tabakanın malzemeyi kaplamasında ve yapışmasında katkıda bulunmaktadırlar [16].

Seramik sırların üretimde kullanılan bor ürünleri ise bor oksit, boraks, kolemanit ve diğer sodyumlu borlardır. Burada bor oksidin temel görevi, cam ve malzeme arasında ısısal açıdan uyum oluşturmak ve sırrın ısısal genleşme katsayısını düzenlemektir. Sırlara bor eklenmesinin önemli faktörlerinden bir diğeri de, ergimenin ilk aşamalarında cam oluşumunu gerçekleştirmektir.

Tarım endüstrisi

Farklı miktarlarda olmak üzere çoğu bitkinin temel besin maddesi arasında yer alan bor, tarım endüstrisinde bitki örtülerinin gelişimini artırmak, zararlı bitki örtülerinin gelişmesini, çoğalmasını önlemek amacıyla kullanılmaktadır. Şeker pancarı başta olmak üzere yumru köklü bitkilerde, pamuk, tütün, kahve ve meyve ağaçlarında bor eksikliği, belirtilen türlerin gelişim eksikliği yaşamasına sebep olmaktadır. Böyle sorunlarda, boraks pentahidrat ile susuz borat karışımlı bir gübre kullanılmaktadır. Tarımda en çok kullanılan bor ürünleri, susuz boraks, boraks pentahidrat, disodyum oktaborat tetrahidrat ve sodyum pentaborattır [15].

Bor tarım endüstrisinde böcek öldürücü olarak boratlar halinde, ahşapları zararlılardan korumak için genellikle boraks, borik asit ve boraks pentahidrat halinde kullanılmaktadır.

Disodyum oktaborat tetrahidrat, kerestelerin fungal ve böcek türlerinden korunmasında, özel bir önlem olmaksızın malzeme üzerine boyama, sprey ya da basınç yoluyla kolaylıkla

uygulanabilmektedir. Ayrıca EPA (Amerika Çevre Koruma Ajansı), 1993 yılında sodyum boratın evlerdeki selülozik malzemelerde böcek öldürücü olarak kullanımını onaylamıştır.

Temizlik endüstrisi

Sabun ve deterjan başta olmak üzere temizlik ürünlerinin üretiminde kullanılan bor, sabun ve deterjanlarda su yumuşatıcı ve mikrop öldürücü (jermisit) etkisi nedeniyle %10 oranında boraks dekahidrat olarak, beyazlatıcı özelliği ile sodyum perborat olarak kullanılmaktadır.

Sodyum perborat (NaBO2H2O2.3H2O) aktif bir oksijen kaynağı olduğundan etkili bir beyazlatıcıdır. Lekelerin ya da kimyasal maddelerin atom ve moleküllerini ayırarak çamaşırların temizlenmesine yardımcı olmaktadır [15]. Temizlik endüstrisinde borun başlıca beyazlatıcılık, pH dengeleyici, su yumuşatıcı, düşük sıcaklıkta kullanılabilirlik ve makinelerin aşınmasını azaltıcı özellikleri ön plana çıkmaktadır.

Sağlık endüstrisi

Sağlık sektöründe bor, nötron yakalama terapisi (Boron Neutron Capture Therapy) adı verilen yöntemle kanser tedavisinde kullanılmaktadır. Özellikle; beyin kanserlerinin tedavisinde hasta hücrelerin seçilerek imha edilmesine yaraması ve sağlıklı hücrelere zarar vermemesinden dolayı tercih nedeni olabilmektedir. Metabolizmadaki bor, kalsiyum, magnezyum ve fosfor dengesini ayarlamakta ve sağlıklı kemiklerin oluşumuna, kasların ve beyin fonksiyonlarının gelişmesine yardım etmektedir [12]. Ayrıca borik asit kozmetikler (pudralar vb.) ve antiseptiklerde (ağız, göz) yaygın olarak kullanılmaktadır. Organo-borlar kortizon üretiminde kullanılır. Sodyum borhidrür ise antibiyotikler, analjezik, anti-artiritik ilaçlar vb. sentezinde önemli bir avantaja sahiptir [17].

Metalurji

Metalurji sektöründe kullanılan bor mineralleri yüksek sıcaklıklarda düzgün, yapışkan, koruyucu, çapaksız ve temiz bir sıvı oluşturmaktadır. Bu sıvı demir dışı metal sanayiinde koruyucu bir cüruf oluşturucu ve ergitmeyi hızlandırıcı madde olarak kullanılmaktadır. Bor bileşikleri, elektrolit kaplama sanayiinde, elektrolit elde edilmesinde de kullanılmaktadırlar.

Nikel kaplamada borik asit, fluoboratlar ve fluoborik asitler ise kalay kurşun, bakır, nikel gibi demir dışı metaller için elektrolit olarak metalürji endüstrisinde kullanılmaktadır.

Nükleer

Nükleer uygulamalarda bor ürünlerinden genellikle borlu çelikler, bor karbürler ve titan-bor alaşımları, atom reaktörlerinde kullanılmaktadır. Paslanmaz borlu çelik, nötron absorbanı olarak tercih edilmektedir. Bor atomu, nötronlara karşı oldukça duyarlı olup, yaklaşık her bir bor atomu bir nötron absorbe etmektedir. Bu özelliğinden dolayı nükleer santrallerde, atom reaktörlerinin kontrol sistemleri ile soğutma havuzlarında ve reaktörlerin alarm ile kapatılmasında (B10) kullanılmaktadır. Ayrıca nükleer atıklar bir bor minerali olan kolemanitten üretilen cam ambalajlar içine alınıp cam kütükler haline getirilerek depolanır.

Bor izotopları nükleer reaksiyonların denetlenmesine yardımcı olur.

Havacılık, uzay ve savunma sanayi

Uçak ve havacılık endüstrisinde bor kullanımı oranı her geçen gün artmaktadır. Sodyum borhidrür, füzelerde yakıt katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Hidrojen diboran (B2H6) ve hidrojen pentaboran (B5H9) gibi borhidrürler için de; uçaklarda yüksek performanslı potansiyel yakıt olarak çalışmalar yapılmaktadır. Tank ve zırhlı personel araçlarında zırhlarını kuvvetlendirici seramik plakalarda bor katkısı kullanıldığı bilinmektedir. Yine dayanıklılığı bor katkısıyla artırılmış cam malzemelerin, iletken olmayan ve düşük dielektrik özellikleri sebebiyle anti-radar uygulamalarında askeri alanlarda kullanımı mevcuttur.

Tekstil endüstrisi

Tekstil ve kumaşlarda boraks; nişastalı yapıştırıcıların viskozitelerinin ayarlanmasında, kazeinli yapıştırıcıların çözücülerinde, dericilikte kireç çöktürücü madde, boru ve tel çekmede akıcılığı sağlayıcı madde olarak kullanılmaktadır. Ayrıca alev geciktirici özellikleri dolayısıyla yine bu sektörde tercih edilmektedirler. Alev geciktirici bor bileşik kombinasyonlarına (borik asit ve boraksa ilaveten) diamonyum fosfat, sodyum, tungsten gibi bileşikler de eklenmektedir.

Yanma geciktirici

Maddelerin yanabilirliğini azaltarak yanma dirençlerini artıran maddeler yanma geciktirici maddelerdir. Borlar, yanma esnasında eriyerek yanan malzeme üzerinde camsı bir katman oluşturur ve bu katman yanan malzemenin oksijenle temasını kesecek şekilde kaplayarak yanmayı bastırır. Bor minerallerinin yanma üzerine gösterdikleri bu davranıştan dolayı, son zamanlarda yanma geciktirici olarak kullanılmaktadır. En çok kullanılan borlu yanma geciktirici maddeler boraks, borik asit ve çinko borattır. Çinko boratlar, plastik malzemelerde; borik asit, boraks pentahidrat ve boraks dekahidrat gibi çözünebilir boratlar ise selülozik malzemelerde yanma geciktirici katkı maddesi olarak kullanılmaktadır.

Diğer endüstriler

Otomotiv endüstrisinde güvenlik ekipmanlarından olan hava yastıklarının çok hızlı bir şekilde şişmesi için bor kullanılmaktadır. Çarpma anında, elementel bor ile potasyum nitrat toz karışımı elektronik sensör ile harekete geçirilmektedir. Bu yöntemle, sistemin ve hava yastıklarının harekete geçirilmesi 40 milisaniye gibi oldukça kısa bir sürede tamamlanmaktadır. Yine otomotiv endüstrisinde hidrojen içeren bor ürünlerinden biri olan sodyum bor hidrürün suyla tepkimesi sonucu hidrojen gazı oluşmakta ve elde edilen bu hidrojen gazı otomobillerde yakıt enerjisi olarak kullanılabilmesi üzerinde çalışılmaktadır.

Enerji depolama ve dağıtımı için kullanılan kapasitörlerin üretiminde yine bor kullanılmaktadır. Fiber optik kablolar ile çok hızlı veri aktarımı için bor ürünü olan cam elyafı kullanılmaktadır. Yine akım levhalarının ana hammaddesi kolemanittir. Araçların soğutma sistemlerinde korozyonu önlemek üzere boraks, antifiriz karışımına katkı maddesi olarak da kullanılır.

Bor bileşikleri yapı endüstrisinde mukavemeti güçlendirme ve izolasyon amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Bor ürünlerinin çimento üretiminde kullanılmasıyla, üretilen çimentoların beton dayanıklılığının arttığı görülmüştür [17, 18].

2.2.5. Borik asit

Borik asit (H3BO3), beyaz ve triklinik (üç eksenli) bir kristal olup sudaki çözünürlüğü

%5,6’dır. Ticari olarak ortoborik asit olarak bilinir, zayıf bir monobazik olarak davranır ve

geometrisi düzlemsel üçgendir. Sudaki çözünürlüğü oda sıcaklığında az miktarda olmasına rağmen, sıcaklık arttıkça çözünürlüğü de önemli miktarda yükselmektedir. Bu nedenle sanayide borik asidi kristallendirmek için genellikle doygun çözeltiyi 80°C’den 40°C’ye soğutma işlemi yeterli olmaktadır.

Şekil 2.4. Borik asit geometrisi

Alkollerde ve gliserin içerisinde de çözünmekte olan borik asidin oda sıcaklığındaki doygun çözeltisi zayıf asidik karakterdedir ve çözeltinin pH değeri 4’tür. Karakteristik özellikleri aşağıdaki çizelgede belirtilmiştir.

Çizelge 2.4. Borik asit karakteristik özellikleri [17]

Yapısal Formül H3BO3

Molekül Kütlesi 61,83 g/mol

Erime Noktası 169 ºC

Özgül Ağırlığı 1,44 g/cm³

Oluşum Isısı -1089 kJ/mol

Çözünme Isısı +22,2 kJ/mol

Kimyasal Bileşimi %56,3 B2O3, %43,7 H2O

Borik asidin 75 ºC sıcaklığa ulaşıldıktan sonra yapısındaki hidrat suyu uzaklaşır, ve 120°C - 130°C sıcaklıkta metaborik asit (HBO2) oluşur. Sıcaklığın artışı ile dehidrasyon devam eder ve 270°C civarlarında bor oksit oluşumu gerçekleşir.

Borik asidin; bu çalışmada olduğu gibi yanma geciktirici etkisi dolayısıyla endüstride kullanımı her geçen gün artmaktadır. Ayrıca borik asit hem alevli hem de dumanlı yanmaya karşı dirençliyken, sodyum boratlar ise sadece alevli yanmaya karşı dirençlidirler. Yine sodyum boratlar alüminyum ile korozif etki gösterirken borik asit korozyon oluşumu

göstermemektedir. Yine borik asitten üretilen birçok bor içeriğinin de (inorganik bor tuzları, bor fosfatlar) yanma geciktirici etkisi vardır.

2.3. Yanma

Maddenin ısı ve oksijen ile belirli bir birleşmesi sonucu meydana gelen kimyasal bir reaksiyon olarak tanımlanabilecek yanma, gerçekleşebilmesi için üç farklı unsurun belirli bir oranda bir araya gelmesine ihtiyaç duyar. Bu üç şarta genel olarak yangın üçgeni adı da verilmektedir. Yangın ise kontrol altında olmayan yanma olayıdır. Herhangi bir organik malzemede yanma olayı 3 basamakta meydana gelmektedir. Bunlar:

 Ürünün ısınması,

 Makro moleküllerin termik olarak parçalanması (piroliz),

 Tutuşma ve yanmanın başlaması.

Şekil 2.5. Yanma üçgeni

Yanmanın başlaması için gerekli olan şartlardan birisi olan ısı, maddeleri oluşturan atom veya sıcaklık moleküllerin yüksek düzeydeki titreşimlerinden ortaya çıkan bir enerji türü, ayrıca sıcaklığın bir fonksiyonudur. Isı kaynakları doğal ısı kaynakları ve yapay ısı kaynakları şeklinde ayrılabilir. Doğal ısı kaynakları güneş ışığı, volkanlar ve yıldırım olarak belirtilirken, yapay ısı kaynakları ise ısının kimyasal, mekaniksel ve elektriksel kaynaklardan elde edilmesidir. Yanma için gerekli oksijen atmosferde yer almaktadır. 51 bar basınç altında ve -119^oC’de sıvılaşan oksijen havada %20,9 oranında bulunmaktadır.

Havada mevcut olan diğer gazlar %78,1 azot, %0,93 argon, %0,03 karbondioksit ve diğer gazlardır. Sıvı oksijenin ise 1 litresi 1,118 kg’dır.

Yanma üçgeninde belirtilen yakıt ise ısı karşısında yanıcı buhar ya da gaz çıkarabilen, kolaylıkla korlaşabilen maddelerdir. Yanma eyleminin gerçekleşebilmesi için bu üç etmenin de bir arada bulunması gerekir. Sıcaklık, oksijen ve yanıcı madde miktarı arasındaki dengedeki değişiklikler ise yangının şiddetini belirleyen etmenlerdir. Mevcut bir yangını durdurmak ya da bir yangının oluşmasına engel olmak için, bu üç etmenden birisinin yok edilmesi veya aralarındaki dengenin bozulması gerekir [19].

Belirli bir enerji verilmesi durumunda, ürünün ısınması yani yüzey sıcaklığının artması o ürünün özgül ısı, erime ve buharlaşma ısısı ya da ısı iletkenliği gibi bazı termal özelliklerine bağlı olarak değişir. Piroliz, yüzey sıcaklığı belirli bir dereceye ulaştığında başlamaktadır. Pirolizin yavaş gerçekleşmesi halinde yanıcı gaz karışımı oluşmazken, artan sıcaklığın etkisiyle piroliz hızı da arttığından dolayı yanıcı gaz karışımı meydana gelmekte ve bir kıvılcımla kendiliğinden tutuşabilmektedir. Piroliz ürünlerinin etkileri şu şekilde belirtilebilir;

 Yanıcı gazlar tutuşmaya yol açar.

 Yanmayan gazlar ateşin soğumasına ve özellikle ağır yanma gazları yanan yüzeyin etrafını sararak hava oksijeni ile temasın azalmasına yardımcı olur.

 Yanmayan sıvı parçalanma ürünleri buharlaşma yoluyla sıcaklığın düşmesine yardımcı olur.

 Katı kömürleşme artıkları yanıcı gazların dışarıya difüzyonunu azaltır ve ısı izolasyonu sağlayarak termik parçalanmayı yavaşlatır [20].

Yanmanın gerçekleşebilmesi için yanıcı maddenin gaz fazında olması gerekmektedir. Faz değişimi için gereken ısıl enerjiye maruz kalan maddenin tutuşma sıcaklığına erişerek yanması için oksijen ve yakıtın uygun oranlarda bir arada bulunması gerekir. Yanmanın gerçekleşebileceği karışım oranları arasındaki alt ve üst limit arttıkça maddelerin yanıcılık özelliği de artar. Yanıcı maddeler tutuşma özelliğine göre ve doğadaki özelliğine göre olmak üzere iki şekilde ayrılabilir [19].

Tutuşma özelliğine göre yanıcı maddeler;

 Zor tutuşan maddeler

 Kolay tutuşan maddeler

şeklinde ayrılırken, doğadaki özelliklerine göre;

 Katı haldeki yanıcı maddeler

 Sıvı haldeki yanıcı maddeler

 Gaz haldeki yanıcı maddeler

şeklinde ayrılırlar.

Katı haldeki yanıcı maddeler genellikle ısının etkisiyle yanıcı buhar ve gaz çıkarırlar ve oksijenle birleşerek yanma olayı gerçekleşir. Bazı türleri önce eriyerek sıvı hale gelmekte daha sonrasında ise buhar halinde yanmaktadırlar. Bazı türleri ise doğrudan buhar haline geçiş yapar ve yanmayı gerçekleştirir. Sıvı yanıcı maddelerin büyük çoğunluğu buharlaştıktan sonra yanar, ve çoğu normal hava ısısında buharlaşırlar. Gaz yanıcı maddeler ise diğer iki faza göre çok daha kolay ve hızlı yanarlar. Yanmaları için belirli oranlarda oksijenle karışırlar. Bütün gaz yanıcı maddeler için farklı olan LEL (lower explosion limit) alt yanma sınırlarına ulaştıklarında ve bir ısı kaynağı ile etkileşime girdiklerinde patlama meydana gelebilir.

Belirtilen yanma adımları dikkate alındığında yanmanın engellenmesi için çeşitli yöntemler oluşturulabilir.

 Soğutma uygulanması veya ısının uzaklaştırılması; belirli bir noktada ısı birikimini önleyen ısı absorblayıcı maddelerle yapılabilmektedir.

 Piroliz sıcaklığının yükseltilmesi; materyalin ısıya dayanıklı hale getirilmesiyle mümkündür.

 Buharlaşmanın önlenmesi; kömür halinde, uçucu olmayan ürünlerin oluşturulması ile gerçekleştirilir. Kükürt, fosfat, bor içeren, katı fazda etkili olan maddelerin yardımıyla yapılabilmektedir.

 Yanmanın önlenmesi; oksijenin yanma alanından uzaklaştırılması ve bu sayede oksidasyonun durdurulması ile gerçekleştirilir. Gaz fazında etkili olan bir yöntemdir [18].

2.3.1. Alev geciktiriciler

Gelişen teknoloji ve buna bağlı olarak artan sanayileşme, artan popülasyonla birlikte toplu yaşam alanlarının yoğunluğunda artışı beraberinde getirmektedir. Günümüz toplumlarında ekonomik ve sosyal etmenler her geçen gün kentleşme oranının artışına, dolayısı ile toplu yerleşim yerlerinin fazlalaşmasına buna bağlı olarak yangın riskinin artmasına sebep olmaktadır. Kentsel kalabalığın fazla olması yangının maddi ve manevi etkilerinin de artmasına yol açmaktadır. Bu sebeplerden dolayı, yangınlarda oluşabilecek maddi ve manevi etkilerin azaltılması ya da önlenmesi için kamusal veya bireysel tüm alanlarda (okul, hastane, iş yeri, ulaşım, ev vb.) kullanılan malzemelerin herhangi bir sebeple aleve maruz kaldıklarında tutuşmama özelliğine sahip olması beklenmektedir. Artan teknolojik gelişmeler ısı dedektörleri, otomatik söndürme sistemleri, erken uyarı sistemleri gibi yangın durumunda koruma ve uyarı sağlayan sistemlerin gelişmesine yol açtıysa da; bütün sistemler belirtilen bu ortamlarda bulunan malzemelerin güç tutuşabilirlik kazandırılmış malzemeler olması ile daha verimli hale gelebileceklerdir.

Alev geciktirici ve duman bastırıcı malzemeler, katkı maddeleri ve reaktifler olarak iki ana gruba ayrılır. Alev geciktiricilerin katkı maddesi olarak polimerik malzemeye ilave edilmesi daha çok tercih edilen bir yöntemdir. Katkı maddeleri malzemeye eklenirken bazı türlerinin etkisini göstermesi için yüksek oranda eklenmesi gerekebilmektedir. Bu durum bazı maddelerde fiziksel ve kimyasal bozulmalara yol açabilir. Reaktiflerde böyle bir durum daha az oranda gerçekleşse de, katkı maddeleri kolay erişimi, yaygınlığı ve ucuz olması tercih edilmelerini sağlamaktadır. Reaktif alev geciktiricilerin yapılarında ısıya dayanıklı heteroatomlar kimyasal olarak polimer yapısına katılmış halde bulunmaktadır. Katkılı alev geciktiriciler ise, kimyasal reaksiyona girmeden fiziksel olarak polimerler ile karıştırılmaktadır. Alev geciktiriciler yanma koşullarına fiziksel, kimyasal ya da her iki yönde etki edebilirler [18].

Fiziksel etki:

 Soğutma; katkı maddeleri maddelerin sıcaklığını yanmanın devam edebilmesi için gereken sıcaklığın altına düşürür.

 Derişimin düşürülmesi; Katkı maddeleri, dolgu maddelerinin de yardımıyla katı ve gaz fazındaki yanıcı maddelerin derişimini düşürür ve gaz karışımının düşük tutuşma sınırını geçmesini engeller.

 Koruyucu tabaka oluşturulması; Yoğunlaşmış yanıcı kısmın buhar fazıyla teması, bir katı veya gaz koruyucu tabaka oluşturularak kesilir. Böylece yanabilen faz soğutulabilir, açığa çıkan gaz miktarı azalır, yanma prosesi için gereken oksijen uzak tutulur ve ısı transferine engel olunur.

Kimyasal Etki:

 Buhar Fazı Tepkimesi: Yanma sürecinin buhar fazındaki serbest radikal mekanizması alev geciktirici tarafından kesintiye uğratılır. Böylece ekzotermik tepkime durur, sistem soğumaya başlar, yanıcı gaz akışı azalır ve sonunda tamamen durur.

 Katı Faz Tepkimesi: Bu durumda iki tip tepkime gerçekleşebilir. İlk olarak, alev geciktirici polimerin bozulmasını hızlandırabilir; bu da polimerin eriyik halde alevlerin etkin olduğu bölgeden bir an önce uzaklaşmasını sağlayacaktır. İkincisi ise, alev geciktirici polimer yüzeyinde karbon tabaka oluşturabilir. Bunun bir sebebi, alev geciktiricinin dehidrasyon etkisiyle polimer yüzeyinde çift bağlı yapılar oluşmasına öncü olmasıdır [21].

2.3.2. Alev geciktiricilerin sınıflandırılması

Başlıca alev geciktirici katkı maddeleri şöyle sınıflandırılabilir; halojenli bileşikler, fosfor içerikli bileşikler, azot içerikli bileşikler, inorganik hidroksitli bileşikler, silikon içerikli bileşikler, bor içerikli bileşiklerdir.

Halojenli alev geciktiriciler

Yapılarında klor, flor ve brom gibi halojenler bulunan alev geciktiricilerdir. Endüstride en yaygın kullanılan katkılı alev geciktirici grubunu oluştururlar. Yaygın olarak fosfor bileşikleriyle ya da metal hidroksitler ile birlikte kullanılırlar. Flor ve iyotlu bileşikler çok güçlü ve zayıf bağ oluşturmaları nedeniyle gaz fazında etkin bir durdurma gerçekleştiremediklerinden yaygın kullanılmaz. Genel olarak, halojenli alev geciktiricilerde termal bozunma sırasında açığa çıkan radikaller polimerle etkileşerek halojenür