Yüksek Performans İzolasyonun Geleceği: PIR

  • Kimyasallar
  • Ziyaret: 4316
  • izolasyon
  • Son Güncelleme: 27-08-2013
  •  
    Share on Tumblr       

Yüksek Performans İzolasyonun Geleceği: PIR

Günümüzde enerji masraflarını azaltma ve fosil yakıtlardan dolayı ortaya çıkan sera gazı emisyonunu düşürme ihtiyacı yalıtım sektörüne olan ilgiyi arttırmış ve bu ilgi yalıtım sektörünün hızla büyümesini sağlamıştır. Yalıtım sistemi hem eski hem de yeni binalardaki enerji verimliliğini arttırmak için en basit ve en düşük maliyetli sistemdir. Enerji verimliliğinin sağlanması dışarıdaki hava durumuna bağlı kalmaksızın oda sıcaklığının en uygun seviyede korunmasını mümkün kılmaktadır. Doğru yalıtım sisteminin kullanılması binanın ömrü boyunca enerji verimliliğini en üst seviyede tutmasını sağlar.

 Yalıtım sistemlerinin belirli zaman aralıklarında herhangi bir bakım ihtiyacı yoktur. Yalıtım sistemi tek seferde yapılır ve uygulama esnasında ödenen yatırım bedeli zaman geçtikçe elde edilen enerji tasarrufu göz önünde bulundurulduğunda maliyet açısından avantajlı ve karlı bir yatırıma dönüşür. Tüm bu sebeplerden dolayı iyi ısı yalıtım sistemi; daha düşük maliyetli ve çevreye daha az zarar veren bir yatırımdır.

 Savaş, politika, gelişen ülkelerdeki talep artışı ve doğal afetler fosil yakıt arzını tehdit etmektedir. Günümüzde ülkeler fosil yakıt kaynaklarının güvende olup olmadığından endişe etmektedirler. Mevcut alternatif sistemler (güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi gibi) fosil yakıt tüketimini karşılayamayacak seviyededir. Ancak, yalıtım sistemlerinin kullanılması durumunda, fosil yakıt tüketimi azalacağından enerji verimliliği sağlanmış olacaktır. Böylece yerel ve ulusal enerji tasarrufu ve güvenliği de sağlanmış olacaktır.

Yalıtım kendi içinde ısı yalıtımı, yangın yalıtımı, ses yalıtımı ve nem yalıtımı olarak dörde ayrılmaktadır. Türkiye’de yangın yalıtımı, yalıtım türleri arasında çeşitlilik açısından en az bilinenidir.

 Evlerde ve işyerlerinde kullanılan malzemelerin büyük çoğunluğu yanıcı olduğundan yangın riskini artırmaktadır. Böyle bir durumda gereken zaman ve kaçış yolunu ise yangın yalıtımı sağlayacaktır. Yangın yalıtımı için en çok bilinen ürünler ise taşyünü ve PUR/PIR sistemlerdir.

 Poliüretan, poliol ve izosiyanat adlı iki ana bileşenin, özel üretim şartlarında, katalizör malzemelerle, yüksek basınç altında karışımıyla oluşan katı poliüretan sert köpüktür. Poliüretan, kapalı hücre yapısı sayesinde üstün ısı yalıtımı sağlayabilmektedir ve pazardaki en verimli yalıtım maddesidir. Poliüretan köpüklerin termal iletkenlik değerleri 0.018 W/(mK) den 0.028 W/(mK)’e kadar değişmektedir.

Poliüretanın başlıca özellikleri aşağıdaki gibidir:

• Hafiftir ve tutulması kolaydır.

• Mekanik dayanımı iyidir.

• Boyutsal dayanıklılığı yüksektir, şeklinin bozulması kolay değildir.

• Kalıplanabilir, sprey olarak kullanılabilir veya metal yüzeyler depanel olarak kullanılabilir.

 Poliüretan tüketimi dünyada her yıl yaklaşık % 5 civarında artmaktadır. Bu oran gelişmekte olan ülkeler arasında yer alan Türkiye’de % 7-8’e ulaşmaktadır. Sayısal değer verecek olursak; Türkiye için 2011 yılında tüketilen poliüretan miktarı 42.000 ton iken 2016 yılı için beklenen tüketim rakamı 60.000 tondur.

 Poliüretan (PUR) ve Poliizosiyanurat (PIR), yalıtım sektöründe sandviç panel üretiminde en çok kullanılan köpüklerdir. Katı poliüretan köpükler yüksek yalıtım verimliliği ses, nem ve suya karşı yüksek dayanımı nedeni ile inşaat sektöründe, sandviç panel uygulamalarında tercih edilen en iyi yalıtım malzemesidir.

 Poliüretan, yüksek ısı yalıtımı sağlayabilmesine karşın, organik bir materyal olduğu için yapısında karbon içermektedir ve diğer organik materyaller gibi herhangi bir yangın durumunda yanma eğilimi göstermektedir. Bu yanmanın nasıl olacağı büyük oranda kullanılan poliüretanın yapısına ve formülasyonuna bağlıdır.

 Poliüretan köpüğün ana bileşenlerinden izosiyanatın kendisi gibi başka izosiyanat molekülleri ile reaksiyona girmesi sağlanarak poliizosiyanurat (PIR) adı verilen yeni bir makro molekül yapı oluşturulur ve oluşturulan bu yapının yanma dayanımı mevcut poliüretan sistemlere göre daha yüksektir. Avrupa’da ve tüm dünyada PIR sistemlerin yangın yalıtımında kullanılması yaygınlaşmaktadır.

Yüksek izosiyanat oranları ve yangın geciktirici katkılar PIR köpüklerin yanma performanslarında belirleyici olmaktadırlar. Örneğin belirli kalınlıklardaki köpükler ile yapılan testlerde kritik yangın dayanım süresi 30 dakikayı yakalayabilmektedir.

 

PIR yapılar; üç MDI molekülünün kendi aralarında reaksiyona girmesi ile oluşan poliizosiyanurat zincirlerinden (trimer) oluşurlar.

Şekil 2. Trimerizesyon Reaksiyonu

 Genel olarak PIR formülasyonunda ilk reaksiyon MDI’ın su ve poliollerle reaksiyonudur. Sonrasında ise ortamda kalan serbest MDI grupları birbirleri ile reaksiyona girerek trimerizasyonu gerçekleştirirler. Oluşan bu polimer yapısı (PIR) üç boyutlu ve oldukça çapraz bağlı bir polimer yapısıdır ve izosiyanuratların ve çapraz yapıların güçlü kimyasal bağlarının kombinasyonundan oluştuğu için çok yüksek ayrışma enerjisine sahiptir. Bir maddenin aromatik içeriği ne kadar fazlaysa, yangına karşı dayanıklılığının da o kadar iyi olduğu organik kimya endüstrisi tarafından bilinen bir konudur. Izosiyanurat bağlarını koparmak için gereken sıcaklık; 400oC’den yüksektir. Pratikte PIR/PUR polimer yapısı ile PUR yapısı karşılaştırıldığında; PIR/PUR için gerekli ayrışma sıcaklığı 200-270oC, PUR için gerekli ayrışma sıcaklığı 100-110oC dir. Bu da PIR’ın neden yüksek sıcaklık ve yüksek yangın dayanımı gerektiren uygulamalar için iyi bir çözüm olduğunu açıklamaktadır.

PIR’ın başlıca avantajları aşağıda belirtilmiştir:

• Yüksek R-Değeri (ısı akışına direnç) ve termal performansı,

• Nem dayanımı,

• Boyutsal stabilitesi,

• Mükemmel yangın dayanım performansı,

• Binalarda yaygın olarak kullanılan yapıştırıcı ve solventlerden etkilenmeyişi,

• İnşaat sektörünün gerektirdiği standartlara uygunluğu.

 Polimerizasyonda izosiyanurat yapısını oluşturmak çok kolay değildir. Çünkü trimerizasyon reaksiyonu için gerekli olan aktivasyon enerjisi poliüretan reaksiyonu için gerekli olan enerjiden daha yüksektir. Ayrıca trimerizasyon yapısını elde etmek için Potasyum Octoat/Asetat benzer bazı özel katalizörlerin de kullanılması gerekir. PIR köpük üretiminde; sıcaklığın 70oC’nin üzerinde olması gerekir.

Şekil 3. PUR/PIR Sistemler için Index ile değişen bazı özellikler 

PIR’lar, PIR trimerizasyonu için ne kadar izosiyanat gerektiğine göre sınıflandırılırlar. Yüksek indeksli bir PIR çok fazla izosiyanata sahipken, düşük indeksli PIR daha az miktarda izosiyanata sahiptir. Köpüklerin yangına dayanıklılıkları da

PIR’ın içerdiği izosiyanat miktarıyla doğru orantılıdır. Ayrıca polimerik izosiyanatlar farklı performans değerlerine sahip olabilmektedirler.


 


PIR formüllerinin başarı kriteri uluslararası alanda benimsenmiş sigorta standartları ve Avrupa Birliği yangın sınıflandırma sistemleri ile test edilerek ölçülebilir. Bu standartlardan bazıları aşağıda sıralanmıştır:

• Euroclass BS EN 13501-1

EN 13501-1 standardı, yapı elemanlarıyla birleşik olarak kullanılan mamüller de dahil olmak üzere bütün yapı mamullerinin alev karşısındaki davranışlarını kapsar. Mamuller, son kullanım şekillerine göre dikkate alınır. Bu standartta, yapı mamülleri üç gruba ayrılmıştır; yapı mamülleri (yer döşemeleri hariç), yer döşemeleri ve lineer borularda kullanılan ısı yalıtım ürünleri.

 




• LPS 1181

LPS 1181, sandviç panel sistemlerinin yangın anındaki ateşin büyümesine olan etkilerini ölçmektedir. LPS 1181 serisi standardı kendi içinde farklı sınıflandırmalara sahiptir. Örneğin; INT-1 sınıfı standartı.

• LPS 1208

LPS 1208 inşaatlarda özel uygulamaya sahip duvar ve zemin elemanlarının yangın direncini değerlendirmek için uygulanan bir standarttır. Temel amaç binanın yapısal bütünlüğünü korumak ve diğer bölmeler içine yangının yayılmasını önlemektir.

PIR Uygulamalarına Bazı Örnekler:

• Termal izolasyon ve buzdolapları,

• Su ısıtma sistemleri,

• Prefabrik PIR sandviç paneller,

• Boru ve tank İzolasyonu,

• Çatı ve cephe panelleri,

• Özel uygulamalar.

 Kimteks Kimya olarak şuan devam eden Ar-Ge çalışmalarımız arasında; yangın dayanımı normal PIR formüllerine göre çok daha yüksek olan, hem poliol tarafı hemde izosiyanat tarfındaki aromatik yapılar daha farklı gruplardan oluşan modifiye bir PIR formülü geliştirmek üzere araştırma ve denemelerimize devam etmekteyiz. Elde edeceğimiz bu yeni formül için beklenen performansların başında; yukarıda bahsettiğimiz yangın standartlarından bazılarına sahip olması ve proses aşamasında uygulamasının mevcut PIR sistemlere göre daha kolay olmasıdır. Ayrıca yine devam eden çalışmalarımız arasında yüksek yangın dayanımına sahip sprey köpük sistemleride bulunmaktadır.

Referanslar:

1. US 2011/0201707 A1: Isocyanate trimerisation catalyst

systems, a precursor formation, a process for trimerising

isocyanates, rigid polyisocyanurate/polyurethane

foams made therefrom, and a process of maing such

foams,

2. MDI Handbook, BASF, The Chemical Company 3. Thermal insulation materials made of rigid polyurethane foam (PUR/PIR), BING, Report N°1 (October 06) 4. ISSN 1392–1320 MATERIALS SCIENCE (MEDŽIAGOTYRA). Vol. 17, No. 3. 2011 Thermal Properties of Polyurethane-Polyisocyanurate Foams Based on Poly(ethylene terephthalate) Waste 5. Polyurethane / Polyisocyanurate for CRYOGENIC INSULATION, Duna-Corradini.