Yangın emniyeti aktif veya pasif yangın koruma yöntemleriyle saÄŸlanabilir. Pasif yangın koruması yüksek yangın performansı gösteren malzemeler kullanmayı içerir, bu suretle ya tutuÅŸma olasılığı azaltılır veya eÄŸer tutuÅŸma meydana gelirse yangın sonucunda oluÅŸan hasarın derecesi en aza indirilmiÅŸ olur. Alev geciktiriciler de pasif yangın koruması saÄŸlamanın bir baÅŸka yöntemidir.

Yangın güvenliÄŸinin önemli olduÄŸu bir yerde uygulamalarda yanıcı bir madde (genellikle polimer) kullanıldığında malzemeden kaynaklanan esas yangın güvenliÄŸi eksikliÄŸi pasif yangın korumasına baÄŸlanmalıdır. Bu konuda dört yaklaşım vardır ve bunlardan ikisi alev geciktiricileri içerir.

·         Alev tutucu ilave edilmesi (yani alev geciktirici katkı maddesi ilave edilmesi),

·         Malzemenin faklı türlerinin senteziyle daha iyi yangın performansı olan ürünler elde edilmesi (yani, reaktif alev geciktirici kullanılarak),

·         Malzemeyi yangın performansı daha iyi olan baÅŸka malzemelerle harman yaparak yada birleÅŸtirerek,

·          Malzemeyi bir koruma içine alarak veya ayırarak olası ısıdan kaynaklanan hasarlara maruz kalmasını önlemek (örneÄŸin, araya bariyer koymak)

Yangın güvenliÄŸinin kritik olduÄŸu tipik uygulamalar içinde kullanıcı ürünleri (kaplı mobilya veya örtüler), elektrik ve elektronik cihazlar (kablo, tel, elektrik panoları, bilgisayar veya cihaz kabinleri) ve inÅŸaat ürünleri (iç son kat boya, izolasyon veya çatı malzemeleri) yer alır.

Bu uygulamaların hepsi için yanmaz malzemeler seçmek mümkündür. Ancak böyle bir seçim söz konusu ürünün normal olarak ya estetiÄŸi ya da konforunu etkileyecektir. ÖrneÄŸin, yanıcı köpükler tipik olarak mobilyalarda konfor ve elastikiyet saÄŸladığı için kumaÅŸ kaplama altında yastık olarak kullanılmaktadır. Köpükler çelik veya betonla deÄŸiÅŸtirilebilir, ancak elde edilecek konfor son derece düÅŸük olacaktır. Ä°ç son kat kaplama malzemesi (örneÄŸin, duvar kaplamaları) aÄŸaç veya dekoratif duvar kâğıdı olabilir veya bunlar yerine alçıpan veya beton kullanılabilir ancak bu ikinci seçeneklerin görüntülerinin hoÅŸ olmayacağı aÅŸikârdır.

Alev geciktirici malzemeler yanıcı maddelerin içlerine yangın performanslarını iyileÅŸtirmek veya yangın testi ÅŸartlarını saÄŸlamaları için katılırlar.  Birçok çalışma alev geciktiricilerin tutuÅŸabilirliÄŸi artırdığını ve/veya alevin yayılmasını azalttığını göstermiÅŸtir. Herhangi bir tutuÅŸturma olmazsa yangının olmayacağı aÅŸikârdır; dolayısıyla tutuÅŸmada bir gecikme olması yangın güvenliÄŸini artıracaktır. Buna raÄŸmen, yangın tehlikesi tutuÅŸmanın meydana geldiÄŸini kabul eder ve araÅŸtırmalar alev geciktiricilerin faydalı etkisinin ısı çıkışını azaltması olduÄŸunu göstermiÅŸtir. Bu ise yangının en önemli özelliklerinden biridir.

Alev Geciktiriciler Nedir?

Alev geciktiriciler yeni bir buluÅŸ deÄŸildir. 18. Yüzyıldan beri, bazı özel kimyasalların ilave edilmesinin, yangının özelliklerinden bir veya birkaçının geliÅŸmesine yardımcı olduÄŸu bilinmektedir. En eski basılmış örnek de,  “alüminyum sülfat, metal sülfat veya sülfürik asit ve boraks” kullanarak tekstil ve kâğıdın yanabilirliÄŸini iyileÅŸtirmesini gösteren 1735 Wyld patentidir. Ayni yüzyılda alev geciktirici kaplama Fransa’da Montgolfier kardeÅŸler tarafından bulunan “havadan hafif balonların” kaplamasında kullanıldı.  Çok daha öncesinde eski Mısırlılar ve Yunanlılar alum ismi verilen alüminyum esaslı tuz solüsyonlarını savaÅŸ zamanlarında aÄŸaçları alev geciktirici olarak kaplamada kullandılar.

Katkı maddesi veya reaktif alev geciktirici yedi kimyasal element polimerlerle birleÅŸtirilmiÅŸ malzemelerin içinde bulunduklarında, malzemenin yangın performansının artmasına en büyük etkiyi yaparlar.  Bunlar, bromür, klor,  azot, alüminyum, antimon ve bordur. Alev geciktirici kimyasallar (daha geniÅŸ deyimiyle alev geciktiriciler) genellikle bu kimyasal elementlerin bir veya daha fazlasını içerir ve bunların etkinliÄŸi de esas olarak alev geciktiricide bulunan aktif elemanın fonksiyonudur.

Sinerji (bir baÅŸka ifadeyle etkinlikte ayrı ayrı elemanların ilave etkilerinden beklenenin daha ötesinde bir artma, birleÅŸik etki)  sıklıkla bu kimyasal elementlerden, birinden fazlasını içeren katkı maddelerinin birleÅŸtirilmesiyle meydana gelir. ÖrneÄŸin, yukarıda belirtilen elementlerden biri olan antimon içeren malzemeler genellikle, alev geciktirme bakımından klor veya brom veya her ikisini de içeren malzemelerle birleÅŸtirilmedikçe, hemen hemen hiç etki yapmaz.

Brom ile birleÅŸmiÅŸ alev geciktiriciler belki de en etkili olanlardır. Küçük bir parça brom katkısı veya alt malzeme olarak kullanılan polimeri brom ile birleÅŸtiren bir reaksiyon sıklıkla yangın performansı üzerine çok belirgin bir etki yapacaktır. Brom ile birleÅŸmiÅŸ alev geciktiricilerin en yaygın iÅŸlev mekanizması gaz fazda reaksiyona giren ve zincirleme reaksiyonu engellemeyen ısıl sürüklenmedir ve bu sayede yanmayı yayan yanıcı madde ürünlerinin bozulmaları saÄŸlanır. Mekanizma oldukça reaktif  serbest radikallerin çok daha az reaktif hale dönüÅŸmelerine neden olur.

Klor ile birleÅŸtirilmiÅŸ alev geciktiriciler de oldukça etkilidir ve brom ilave edilen alev geciktiriciler gibi çalışırlar. Tipik olarak, gaz fazında yukarıda belirtilen etkiyi yaparak hidrojen klorür bırakacak ÅŸekilde malzemeyi bozar. Ancak, klor ilave edilen alev geciktiriciler aynı zamanda yoÄŸun veya katı fazda da bozulma mekanizmasını ve yanma oranını deÄŸiÅŸtirir.

Klor içeriÄŸinin yangın performansı üzerine faydalı etkisinin en belirgin göstergelerinden biri de temel formüllerinde klor içeren polimerlerin aynı yapıda ancak klor içermeyen polimerlerden daha iyi performans sergilemeleri gerçeÄŸidir. Bunun tipik örneÄŸi PVC’dir [polivinil klorit], bu malzeme polietilene [PE] nazaran çok daha az ısı yayar ve çok daha iyi tutuÅŸabilir. PE ve PVC’nin kimyasal yapıları arasındaki temel fark PVC’nin klor içermesidir.

Fosfor içeren alev geciktiriciler, kullanılan malzeme ve polimer alt maddeye baÄŸlı olarak,  farklı bir çalışma ÅŸekli gösterirler. YoÄŸun fazda, gaz fazında veya her ikisinde de iÅŸlem yaparlar. Fosfor içeren alev geciktiricilerde,  yoÄŸun fazda meydana gelen reaksiyonun tipik sonucu kömürleÅŸme oluÅŸumunun artmasıdır, bazı durumlarda ÅŸiÅŸme diye adlandırılan bir mekanizmayla iÅŸlev yapar.

Bu maddelerin alev geciktirici olarak faydaları genellikle halojen (klor veya brom) içeren maddelerle artırılır. Bu bazen, yapısı içinde elemanlardan birden fazla içeren malzeme geliÅŸtirilerek veya bir sistem olarak bir seri katkı kullanarak yapılır.

Saf fosfor, kırmızı fosfor, belki de saf element olarak kullanılan tek alev geciktiricidir. Çalışması esas olarak gaz fazındadır ve sinerjiyle güçlü bir ÅŸekilde etkisi artırılır.

Kaplama boyasının ÅŸiÅŸme olayı için, aynı elemanın birden fazla rolü olabilse de, üç eleman gerekir, “carbonific-karbonlaÅŸtırıcı”  etmen (madde içinde kömürleÅŸme için gerekli karbon hammaddesini saÄŸlar),   “spumific_köpük yapıcı” etmen (ÅŸiÅŸirici gazı saÄŸlar) ve katalizör etmen (genelde amonyum fosfat olan süreci hızlandırır). BaÅŸlangıçta malzemenin içinde olan veya sonradan bir organik polimer üzerine kaplanan belli bileÅŸenler, koruyucu bir bariyer oluÅŸturmak için ya parçalara ayrılır ya da yoÄŸun fazda yüksek sıcaklıkta diÄŸer malzemelerle reaksiyona girerler ve burada polimerin parçalara ayrılmasıyla ortaya çıkan gaz nitelikli ürünler oluÅŸtuÄŸu gibi tutulur. Yangın ile karşılaÅŸtığında ÅŸiÅŸme yapan kaplama polimer yüzeyde oluÅŸtuÄŸu söylenir. Bu yanmayan koruyucu kaplama polimerin yüzeyini kaplar, yanabilen polimeri ısıdan korur ve yanabilen polimerin ısı kaynağından izole edilmesine yardımcı olur ve bu suretle yanabilen bozulma ürünlerinin oluÅŸmasına mani olur (en azından gaz fazına geçmelerine mani olur). Aynı zamanda gaz haldeki oksit yapıcı maddeyi de (normal olarak hava veya oksijen) polimerin yüzeyinden izole eder. Alternatif bir iÅŸlem olarak da polimerin yüzeyine doÄŸrudan yanmayan tabaka uygulanması bu kez kabarma yapmayan kaplama oluÅŸturur.

Azot içeren malzemeler alev geciktirici olarak kendi baÅŸlarına nadiren kullanılırlar ancak azot içeren bazı polimerler (aromatik polimerler, yün veya ipek gibi doÄŸal malzemeler) yapılarında doÄŸal olarak geliÅŸmiÅŸ alev performansı sergilerler. Azot içeren malzemelerin en yaygın kombinasyonları genellikle aynı molekül içinde fosfor veya sülfür içeren maddelerledir. Bu maddelerin yangın geciktirici olarak çalışmasının bir mekanizması azot içeren gazlar yaymalarıdır. Bu gazlar buhar fazını seyreltir veya soÄŸutur, bu ÅŸekilde yanma reaksiyonlarını yavaÅŸlatır. Azot içeren alev geciktirme sistemleri aynı zamanda ÅŸiÅŸme yapan kaplama malzemelerinin bir parçası da olabilirler.

Alümina (Alüminyum Oksit Al₂O₃) en yaygın olarak kullanılan alev geciktiricidir, tipik olarak su ile karıştırılmış malzemedir (veya alüminyum hidroksit). Isıl iÅŸlem ile su atacak ÅŸekilde bozulmaya uÄŸrar daha sonra soÄŸur ve buhar fazını seyreltir ve yanmayı çok zor hale getirir. Aynı zamanda dolgu malzemesi olarak da çalışarak yanıcı malzemelerin miktarını azaltır. Çalışması esas olarak fizikseldir ve genellikle etkini olması için çok büyük miktarda kullanılması gerekir. Sulandırılmış alüminayla benzer faaliyet magnezyum hidroksitle saÄŸlanır ancak bu malzemede bozulma (parçalara ayrılma) sulandırılmış alüminadan daha yüksek sıcaklıklarda meydana gelir.

Antimon esas olarak antimon oksit olarak kullanılır ve halojen malzemelerle (klor veya brom) birlikte kullanıldığında oldukça etkilidir. Aktivitesi esas olarak gaz fazında meydana gelir ve halojen katkı maddelerince meydana getirilen serbest radikallerin süpürülme iÅŸlemini artırır.

Brom esas olarak ya antimon oksit (çinko borat) yerine, tekstil gibi selülozik malzemelerle veya gevÅŸek dolgu izolasyonunda (boraks veya boraks/borik asit karışımı) kullanılır. Çalışma mekanizması genellikle yoÄŸun fazın üzerinde donuk kalıntılar oluÅŸumu kombinasyonu, kömürleÅŸmenin artması ve gaz fazında ise su buharı salma ÅŸeklinde olur. Brom 19. yüzyıldan beri kullanılmaktadır.

Yangın performansının artırılması için, sınırlı sayıda, birçok maddeler ilave edilebilir. Tipik örnekler, magnezyum, sülfür (özellikle amonyum tuzları) ve teneke (hidroksi stanat veya çinko hidroksi stanat).

Ancak her alev geciktirme sistemi (ve modern sistemler birçok eleman içerebilir) belli bir polimer sistemi ve özel bir uygulama için faydalı olacaktır.  Bu nedenle eÄŸer bir alev geciktirme sistemi belli bir kullanım için olan polimer üzerinde çok etkiliyse aynı polimerin baÅŸka bir maksat için kullanılması veya aynı amaç için baÅŸka bir polimerin kullanılması halinde o kadar etkin olmayabilir. Alev geciktirme sistemleri, malzemeye, son kullanıcının kullanma amacına ve yangın emniyeti gereksinimlerine göre düzenlenmelidir.

Alev Geciktiriciler Ne Yapar?

Alev geciktiriciler anahtar konumdaki tutuÅŸabilirlik, alev yayılması ve yanarak tükenme gibi her yangın özelliÄŸi üzerine olumlu etki yapar. Bu etkilerin hepsinin her olayda aynı anda gerçekleÅŸmesi söz konusu deÄŸildir. Uygun alev geciktirme sisteminin gerçek kullanım alanında çok iyi bilinen ürünlerle beraber görülen bazı örnekleri son derece iyi sergilenmektedir ve hatta yönetmelik ve uygulama kuralları içine dâhil edilmiÅŸlerdir. Belli bir alev geciktiriciyi belli bir uygulamaya tahsis etmek imkânsızdır zira çeÅŸitli uygulamalarda birçok farklı alev geciktiriciler veya tersi olarak çeÅŸitli alev geciktiriciler birçok farklı uygulamada kullanılabilir.

AhÅŸap, yangın geciktirici olarak iÅŸlenmiÅŸ aÄŸaç (YGOÄ°A) elde etmek için, alev geciktiricilerle iÅŸleme alındığında çok farklı davranış gösterebilir. Standart ahÅŸap paneller 7 ila 200 arasında alev yayma indeksi (ASTM E84 testinde) olan davranış sergilerler. Buna karşılık Alev Yayma Ä°ndeksi 25’in altında olan YGOÄ°A paneller birçok uygulamada standart ahÅŸap panellere nazaran tercih edilmektedir.

Son ısı çıkartma çalışması gerek düÅŸük gerekse orta yoÄŸunluktaki yonga levhaların en üst noktada ısı çıkartma oranlarının [konik kalorimetreyle] alev geciktirildiÄŸinde azaldığını göstermiÅŸtir. Benzer sonuçlar karaçamda ve ısıl iÅŸlem görmüÅŸ çamda da mevcuttur. Ä°ncelenen her durumda iÅŸlenmiÅŸ ahÅŸap malzeme aynı zamanda çok daha az tutuÅŸabilir bulunmuÅŸtur.

Selüloz gevÅŸek dolgu, oldukça zayıf bir yangın performansı göstermesine raÄŸmen, çatı altlarının izolasyonu için kullanılır. Yönetmelik ve mevzuat ürünün bir kritik radyant akıyı karşılamasını olasını ÅŸart koÅŸmaktadır. Bu yangın performansı sadece selüloz gevÅŸek dolgu malzemesi genellikle brom malzemelerle olmak üzere alev geciktiricilerde iÅŸlenirse saÄŸlanabilir.

Tavan aralarına yerleÅŸtirilen kabloların Ulusal Elektrik Yönergesi (National Electrical Code NEC) gereÄŸince yanmaz kablo kanalları içinde olması gerekmektedir. 1970’lerde yangın tehlikesi deÄŸerlendirmeleri kabloların, uygulama için tasarlanan özel yangın testinde alev yayılması ve duman çıkartma ÅŸartlarını karşılaması halinde,  tavan aralarında herhangi bir kanal kullanmadan emniyetli olabileceÄŸini göstermekteydi.

Bu ÅŸart NEC’nin içine dahil edildikten sonra tavan arası kablo izolasyonları ve ceket kılıf malzemeleri için uygun yangın performansının alev geciktirici ile iÅŸlenmiÅŸ malzemeyle (genellikle birden fazla katkı sistemleriyle) saÄŸlanabileceÄŸi anlaşılmıştır. Bu kablolardaki malzemelerde ve kabloların kendileri üzerinde küçük ölçekli ve orta ölçekli Ä±sı çıkartma testleri yapılmıştır. Testler alev geciktirici maddelerle iÅŸlenmiÅŸ olanlarda iÅŸlem görmemiÅŸ olanlara nazaran alev yayılması ve ısı çıkartmada belirgin olarak düÅŸme göstermiÅŸtir. Bunlar tipik olarak tavan aralarındaki kabloların NEC ÅŸartlarını saÄŸlamalarında kullanılan maddelerdir. 

Ä°ngiltere’de kaplanmış mobilyalarda ve ÅŸiltelerde, yataklarda yangın testinin ÅŸartlarını saÄŸlamaları için 1980’lerden beri poliüretan köpük kullanılmaktadır. Test, (standart bir kumaÅŸla kaplandığında) köpüÄŸün test minderinin uçlarına alevi sıçratmamasını gerektirmektedir. Poliüretan köpük kullanan mobilya ve ÅŸiltelerin büyük bir kısmı Ä°ngiltere’de köpük içine alev geciktirici katarak yapılmaktadır.

Konik kalorimetre ile yapılan ısı çıkartma testleri BS 5852 çocuk yatağı 5 ÅŸartlarını saÄŸlayan kumaÅŸ ve alev geciktirici ile iÅŸlenmiÅŸ köpüÄŸü olan sistemlerin alev geciktiricili olmayan sistemlere nazaran çok daha düÅŸük ısı çıkartma oranı sergilediklerini göstermiÅŸtir. Ä°lave olarak bu sistemlerde tutuÅŸma olmamaktadır, çocuk yatağındaki alev söndüÄŸü anda, yangının durmaktadır.

BS 5852 çocuk yatağı 5 köpüÄŸü içeren gerçek bir kanepeyi (Ä°ngiltere’de alınan) alev geciktirici ile iÅŸlenmemiÅŸ bir kanepeyle (ABD de alınmış) karşılaÅŸtıran tam skalalı testler benzer etkiler göstermektedir: Ä°ngiltere’den alınan kanepe tutuÅŸmamış, buna karşılık ABD’den alınan kanepe aynı ateÅŸleme kaynağı kullanıldığında tutuÅŸmuÅŸ ve söz konusu kanepe içinde bulunduÄŸu kompartımanın (baÅŸka bir cisim yoktur) aniden alevlenmesine neden olacak kadar ısı çıkartmıştır.

Bu baÄŸlantıda kaplanmış mobilya parçalarının yanabilirliklerini deÄŸerlendirmek için California’da kullanılan, TB 117.  isimli test metodundan bahsetmekte yarar vardır. Test 1975’ten beri yürürlüktedir, çıplak köpüÄŸün hafif açık alevle test edilmesidir, poliüretan köpüÄŸün bu testi geçmesi için alev geciktiricilerle iÅŸlenmesi gereklidir.

Test birbirine eÅŸit iki kanepe üzerinde yapıldı (kanepelerden biri alev geciktirici içermeyen köpük diÄŸerinde ise CA TB 117 alev geciktiriciyle iÅŸlenmiÅŸ köpük kullanılmıştı). Test TB 117 köpük kullanılan kanepenin alev geciktiricili köpük kullanılmayan kanepeyi kolaylıkla tutuÅŸturan ateÅŸleme kaynağıyla tutuÅŸmadığını gösterdi. Köpük kullanılan kanepenin tutuÅŸması için çok daha büyük bir ateÅŸleme kaynağına ihtiyaç duyuldu ve tutuÅŸma öncesi epey zaman geçti.

TutuÅŸma meydana geldikten sonra her iki kanepe de içinde bulundukları kompartımanın aniden alevlenmesine neden oldu. Son çalışma ciddi bir ateÅŸleme kaynağına maruz kalan (her TB 133 için 80 s süreyle 19 kW) üzeri kaplanmış iki mobilya test örneÄŸi karşılaÅŸtırıldığında, alev geciktirici içeren kumaÅŸ ve TB 117 köpük kullanılan koltuÄŸun ateÅŸleme kaynağı kaldırıldığında yanmasının söndüÄŸünü, buna karşılık alev geciktiricili malzeme içermeyen eÅŸdeÄŸer koltuÄŸun tamamen yandığını gösterdi.  Aynı zamanda CA TB 117 köpüÄŸün alev geciktirici içermeyen köpüÄŸe nazaran daha az ısı çıkardığı da görüldü.

Sistemin yangın güvenliÄŸi için kesin kanıtı ise, ısı çıkışı, ortamın dayanılma durumu veya kaçmak için zaman olup olmadığı gibi parametreler deÄŸerlendirilerek, yangın riskinin azaltılıp azaltılmadığıdır. 1988 yılında yapılan bir çalışma alev geciktiricilerin yangın riskini azalttığını göstermiÅŸtir.

Bu çalışmada içlerinde alev geciktirici olan ve olmayan ancak bunların dışında birbirleriyle tamamen aynı beÅŸ ürün yapılmıştır. Alev geciktirici olarak geliÅŸtirilen ürünler yapıldıkları tarihte ticari olarak piyasada bulunan ve yaygın olarak kullanılan ancak yüksek kalite performansı göstermesi beklenen ürünlerdir.

Ürünlerin tümü için verileri analiz etmek maksadıyla, tüm ürün takımları hazırlandı, bir oda-koridor düzeni içinde sıralandı ve 50kW’lık bir brülörün çıkarttığı ısıya maruz bırakıldı. Yapılarında alev geciktirici olan ürünlerde hiç bir alev yayılması bulgusu olmaması için 120kW’lık yardımcı bir brülör kullanılması gerekmiÅŸtir. Çalışma uygun alev geciktiriciler seçilmesi halinde yangın ve can güvenliÄŸinin toplam ısı çıkartılmasının 750 MJ’den 250MJ’ye düÅŸürülmesiyle, toksit gaz çıkışının üç faktör azaltılmasıyla ve kütle kaybının yarıya düÅŸürülmesiyle arttırılacağını ve bunun yanında kaçış için verilen sürenin de 113 s’den 1789 s’ye yükseleceÄŸini göstermiÅŸtir. 

Özet olarak alev geciktirici ürünler oldukça düÅŸlük bir yangın tehlikesi oluÅŸturmaktadır. Yazarlar alev geciktirici ürünlerin her zaman yangın tehlikesini düÅŸürmede etkili olmadığını belirtmiÅŸ ve bunun genellikle seçilen sistemin etkili olmaması ve ürünün yapısına katılan alev geciktiricilerin yetersiz seviyede veya uygun olmayan maddeler olmasına baÄŸlı olduÄŸunu belirtmiÅŸlerdir.

Örnek olarak, poliolefinden yapılan elektrik kabloları (nispeten zayıf yangın performansı gösterirler) ve kaplama yapılan mobilyalarda kullanılan poliüretan köpüÄŸün TB 117 standardına uyum için kullanımının planlanan köpükten daha iyi performans göstereceÄŸi belirtilmiÅŸ ve her iki takımda da aynı kumaÅŸ (normal alev geciktiricili naylon) kullanıldığı bildirilmiÅŸtir.

Marcelo M. Hirschler GBH International firması başkanıdır.