Poliol Nedir, İzosiyanat Nedir? Tepkime ve Karışım Oranı

Poliol (polyol), iki ya da daha fazla hidroksil (OH) grubu taşıyan bir moleküldür; poliüretanda kullanılan izosiyanatlar ise iki ya da daha fazla reaktif NCO grubu içerir. İkisi karıştığında NCO grupları OH gruplarıyla tepkimeye girerek üretan bağlarını kurar; poliüretan bu bağlardan meydana gelir. Ürünün yumuşak mı sert mi olacağını büyük ölçüde poliol belirler, zincirleri izosiyanat (çoğunlukla MDI ya da TDI) bağlar, karışım oranı iki grubu dengede tutar. İzosiyanat nemle tepkimeye girer ve alerjik duyarlılığa yol açabilir; dikkatli kullanılmalıdır.

1. Poliol ve izosiyanat: iki hammadde

Sanayide kullanılan her poliüretan (PU) sistemi aynı iki hammadde grubundan yola çıkar: molekülünde hidroksil grupları (OH) bulunan poliol ve reaktif izosiyanat grupları (N=C=O, kısaca NCO) taşıyan izosiyanat. İkisi karışınca bir NCO grubu bir OH grubuyla birleşip üretan bağı oluşturur; karışımda defalarca tekrarlanan bu bağ polimeri meydana getirir. Genel bakış için “Poliüretan Nedir?” rehberimize bakın.

Formülasyondaki diğer bileşenler (katalizör, yüzey aktif madde, şişirici madde, alev geciktirici) tepkimeye ve bitmiş ürüne ince ayar yapar; köpüğün, kaplamanın ya da kalıp parçasının davranışını önce poliol, izosiyanat ve aralarındaki oran belirler. Esnek köpükte (sünger) çoğunlukla polieter poliol ile TDI, sert köpükte fonksiyonelliği yüksek poliol ile polimerik MDI eşleştirilir. Ayrıntı için “Rijit ve Esnek Poliüretan Sistemler” ve “Poliüretan Köpük Nedir?” rehberlerimize bakın.

2. Poliol (polyol) nedir?

Poliol, molekülünde birden fazla hidroksil (OH) grubu bulunan organik bir bileşiktir. Poliüretanda polioller, molekül başına ortalama iki ya da daha fazla OH grubu taşıyan oligomer ya da polimerlerdir; oda sıcaklığında çoğunlukla viskoz sıvılardır. İzosiyanat bu OH gruplarına bağlanır.

Polieter ve poliester polioller

Polieter polioller, bir başlatıcı moleküle propilen oksit ve/veya etilen oksit eklenerek üretilir; çok yaygındır ve poliester poliollere göre genellikle daha ucuz, işlenmesi daha kolay ve suya daha dayanıklıdır. Poliester polioller karboksilik asitlerin glikollerle polikondensasyonuyla elde edilir; genellikle daha viskoz ve pahalıdır, ancak çözücü, aşınma ve kesilme direnci daha yüksek poliüretanlar verir. Aromatik poliester polioller sert köpükte kullanılır; bir kısmı geri dönüştürülmüş PET'ten elde edilir.

Fonksiyonellik, hidroksil sayısı ve molekül ağırlığı

Fonksiyonellik, molekül başına ortalama OH grubu sayısıdır. Hidroksil sayısı (OH sayısı; mg KOH/g, örneğin ISO 14900'e göre ölçülür) gram başına OH miktarını gösterir. İkisi de molekül ağırlığına bağlıdır. Gram başına OH ne kadar çoksa o kadar çok izosiyanat gerekir. Belirli bir poliolün değerleri teknik föyünde (TDS) verilir.

Esnek mi sert mi: poliol neyi belirler?

Az OH grubu taşıyan uzun zincirler (düşük hidroksil sayısı) seyrek çapraz bağlı, elastik bir ağ (esnek köpük); çok OH grubu taşıyan kısa zincirler (yüksek hidroksil sayısı) sık çapraz bağlı, sert bir ağ (sert köpük) oluşturur. Hangi üründe hangi poliollerin kullanılacağı, sistemin formülasyonuna bağlıdır.

Özel polioller: polimer, biyobazlı ve geri kazanılmış

Polimer polioller ince dağılmış polimer parçacıkları (örneğin SAN, stiren akrilonitril) içerir; esnek köpüğün yük taşıma kapasitesini artırmak, yani daha sert bir his vermek için kullanılır.

Biyobazlı polioller (hint yağı, soya ya da kolza yağından) ve geri kazanılmış polioller (PET ya da poliüretan atığının glikolizinden) hidroksil sayısı ve viskozite bakımından petrokimya kökenli poliollerden farklı olabilir. Yenilenebilir içerik çalışmaları şimdiye kadar çoğunlukla poliollere odaklanmıştır. “Kütle dengesi” (biyokütle dengesi) esasıyla satılan ürünlerde yenilenebilir pay, sertifikalı bir kayıt sistemiyle ürüne tahsis edilir; yenilenebilir moleküllerin üründe bulunması şart değildir. Bu yüzden belirtilen oranın üründe fiziksel olarak mı bulunduğuna, yoksa yalnızca tahsis mi edildiğine bakın. Bkz. Poliüretan Geri Dönüşüm Yöntemleri.

3. İzosiyanat nedir?

İzosiyanat, N=C=O (kısaca NCO) grubunu taşıyan organik bir bileşiktir. Poliüretanda, molekülünde iki ya da daha fazla NCO grubu bulunan diizosiyanatlar ve poliizosiyanatlar kullanılır; zincirleri birbirine bu gruplar bağlar.

MDI, polimerik MDI ve TDI nedir?

MDI (metilen difenil diizosiyanat) sert köpük, yalıtım ve sprey köpükte kullanılan başlıca izosiyanattır. Polimerik MDI (pMDI) adına rağmen polimer değil, monomerik MDI ile daha büyük moleküllerin sıvı karışımıdır. TDI (toluen diizosiyanat) çoğunlukla 2,4 ve 2,6 izomerlerinin 80:20 karışımı olarak üretilir ve mobilya ile yatak için esnek köpüğün (sünger) başlıca izosiyanatıdır. TDI'nın buhar basıncı MDI'dan yüksektir; bu yüzden daha sıkı maruziyet kontrolü gerekir.

Alifatik izosiyanatlar

HDI, IPDI ve H₁₂MDI gibi alifatik (sikloalifatik dahil) izosiyanatlar çoğunlukla renk ve şeffaflığın önemli olduğu kaplamalarda kullanılır; çünkü aromatik izosiyanatlarla (MDI, TDI) yapılan poliüretanlar ışığın etkisiyle kararmaya yatkındır.

NCO içeriği nedir?

NCO içeriği, izosiyanatın ağırlıkça yüzde kaçının NCO grubundan oluştuğunu gösterir. Ne kadar yüksekse, aynı sayıda OH grubu için ağırlıkça o kadar az izosiyanat gerekir. Her izosiyanat ürününün kendi NCO içeriği vardır ve teknik föyünde belirtilir. Tabloda üç yaygın tür karşılaştırılmıştır.

4. Poliol ve izosiyanat tepkimesi nasıl olur?

Bir NCO grubu ile bir OH grubu birleşip üretan bağını kurar (RNCO + R'OH → RNHCOOR') ve ısı açığa çıkar. İki tarafta da molekül başına iki grup varsa zincirler, taraflardan birinde üç ya da daha fazla grup varsa çapraz bağlı bir ağ oluşur. Köpükte bunlara birkaç tepkime daha eşlik eder:

Jelleşme ile şişirme dengede kalmalıdır; bu denge hücre yapısını ve yoğunluğu (dansite) büyük ölçüde etkiler. Katalizörler (amin katalizörler ve metal bileşikleri) tepkime hızını ayarlar; bunları genellikle tedarikçi poliol bileşenine karıştırır. Sert köpükte fiziksel bir şişirici madde de ek gaz sağlar.

5. İzosiyanat indeksi ve poliol izosiyanat oranı nasıl belirlenir?

İzosiyanat indeksi, gerçekte kullanılan NCO miktarını, karışımdaki tüm reaktif gruplarla (esas olarak poliolün OH grupları ve varsa su) tam olarak tepkimeye girecek NCO miktarıyla karşılaştırır. İndeks 100, tam denge demektir; 100'ün üzerinde izosiyanat fazla, altında eksiktir. PIR (poliizosiyanurat) köpükler, normal PUR köpüklere göre çok daha büyük bir izosiyanat fazlasıyla üretilir (bkz. PIR ve PUR Yalıtım Panelleri).

Karışım oranı nasıl belirlenir?

Poliol karışımı ile izosiyanat arasındaki oran, sistemin bir parçasıdır. Oran, iki bileşenin reaktif gruplarından ve hedeflenen indeksten çıkar; sistem geliştirilirken formülasyonu yapan ekip tarafından belirlenir. Bu yüzden hazır bir sistemin oranı sabittir: sistemin teknik föyünde işleme koşullarıyla birlikte verilir ve orada belirtildiği gibi kullanılmalıdır. Belirli bir sistemin oranı ya da indeksi hakkındaki sorularınız için JiTPOL teknik ekibi yardımcı olur.

İzosiyanat fazla ya da az olursa ne olur?

Genel olarak izosiyanat az olursa tepkimeye girmemiş OH grupları kalır ve daha az çapraz bağlı, daha yumuşak bir polimer oluşur; fazla olursa ek çapraz bağlar kurulur ve polimer daha sert, daha az esnek olur. Etkinin boyutu sisteme göre değişir; bu yüzden teknik föyde verilen oran esas alınmalıdır.

6. A bileşeni ve B bileşeni nedir?

Endüstride poliüretan genellikle iki bileşen hâlinde, ayrı kaplarda teslim edilir; bileşenler yalnızca kullanım anında, örneğin makinenin karıştırma kafasında ya da sprey tabancasında karıştırılır. Türkiye'de ve Avrupa'da A genellikle poliol karışımı, B izosiyanattır; JiTPOL de böyle adlandırır. Kuzey Amerika'da harfler çoğu zaman tersine kullanılır. Bu bir standart değil, sektör alışkanlığıdır ve firmadan firmaya değişir; etiketi ve teknik föyü mutlaka kontrol edin.

Poliol karışımının büyük kısmı polioldür; ayrıca tedarikçinin önceden dengelediği katkılar bulunur: katalizör, silikon yüzey aktif madde, şişirici madde, bazı sistemlerde alev geciktirici ve renklendirici.

7. Poliol ve izosiyanat nasıl saklanır ve kullanılır?

En büyük sorun nemdir. Su izosiyanatla tepkimeye girip karbondioksit açığa çıkarır; kapalı varilde bu gaz, varili şişirecek ya da patlatacak kadar basınç oluşturabilir. Bu yüzden kaplar kapalı ve nemden korunmuş tutulur, az miktarda bile su girmiş kap yeniden doldurulmamalıdır. Birçok poliol da higroskopiktir: açık bırakılan poliol havadaki nemi çeker. Bu su sonradan izosiyanatı tüketir ve açığa çıkardığı karbondioksit köpüğün yoğunluğunu ve hücre yapısını değiştirir.

Saklama sıcaklığı, raf ömrü ve kapların kullanımı ürüne göre değişir. Bunlar her malzemenin teknik föyünde ve güvenlik bilgi formunda (SDS) verilir; bu belgelere ve tedarikçinizin yönlendirmelerine uyun. Genel olarak kapalı ve havalandırılan bir alanda saklayın, izosiyanatı su, alkol, amin ve poliolden ayrı tutun. Avrupa'daki diizosiyanat ve poliol üreticilerinin birliği ISOPA, TDI ve MDI için depolama ve taşıma rehberleri yayımlar. Belirli bir sistemle ilgili tavsiye için JiTPOL teknik ekibiyle iletişime geçin.

8. İzosiyanat zararlı mı?

Bu bölüm sıvı hammaddeleri kapsar; kürlenmiş ürün türüne göre değişir (bkz. Poliüretan Nedir?). Polioller genel olarak düşük tehlikeli sayılır; ancak hazır poliol karışımı katalizör (bazı aminler ciltte duyarlılık yapabilir), alev geciktirici ve şişirici madde de içerdiğinden kendi güvenlik bilgi formu (SDS) vardır.

İzosiyanatlar en çok dikkat isteyen hammaddelerdir. İzosiyanat buharını, sisini ya da aerosolünü solumak göz, burun ve akciğerleri tahriş edebilir; solunum yolunda alerjik duyarlılığa ve sonuçta meslek astımına yol açabilir. Duyarlı hâle gelen kişi çok düşük konsantrasyonlara bile tepki verebilir. Cilt teması tahrişe ve alerjik dermatite yol açabilir, solunum yolu duyarlılığına katkıda bulunabilir; bu yüzden önlenmelidir. MDI'nın buhar basıncı oda sıcaklığında düşüktür, sorun esas olarak ısıtıldığında ya da püskürtüldüğünde çıkar; TDI için yerel havalandırma gibi önlemler gerekir. Yalnızca güvenlik bilgi formunda (SDS) belirtilen önlemler ve koruyucu donanımla çalışılmalıdır.

AB'de 2020/1149 sayılı Tüzük (REACH Ek XVII, 74. girdi), ağırlıkça yüzde 0,1 ve üzerinde diizosiyanat (tek tek ya da toplam olarak) içeren madde veya karışımları kullanan sanayi ve profesyonel kullanıcıların kullanımdan önce eğitim almasını şart koşar. Zorunluluk 24 Ağustos 2023'ten beri geçerlidir; eğitim en az beş yılda bir yenilenmelidir. Tedarikçiler Şubat 2022'den beri ambalaja şu ifadeyi basmak zorundadır (tüzüğün İngilizce metni): “As from 24 August 2023 adequate training is required before industrial or professional use”, yani 24 Ağustos 2023'ten itibaren endüstriyel ya da profesyonel kullanımdan önce yeterli eğitim gerekir. Türkiye'de REACH'e benzer ulusal mevzuat KKDİK (Kimyasalların Kaydı, Değerlendirilmesi, İzni ve Kısıtlanması Hakkında Yönetmelik) ile sınıflandırma ve etiketlemeyi düzenleyen SEA Yönetmeliği uygulanır; KKDİK'in 27. maddesine göre güvenlik bilgi formu Türkçe temin edilir.

9. Hazır sistem mi, ayrı hammadde mi? Sistem evi ne sağlar?

Büyük kimya grupları MDI, TDI ve poliolleri sanayi ölçeğinde üretir. Kullanılabilir bir köpük için yine de doğru polioller, katalizör, yüzey aktif madde, şişirici madde ve alev geciktirici gerekir; bunların dengelenip bir izosiyanatla eşleştirilmesi şarttır. Bu işi yapıp iki bileşenli hazır paket sunan firmalara sistem evi denir. Üreticiler hazır sistemi şu nedenlerle seçer:

• Eşleşmiş çift: karışım ve izosiyanat önceden dengelenmiştir; yönetilecek tek oran ve tek indeks vardır.
• Sahada daha az kimyasal: katalizör, yüzey aktif madde, alev geciktirici ve şişirici madde hazır karışım hâlinde gelir; kullanıcılar bunlarla genellikle ayrıca uğraşmaz.
• Formülasyon bilgisi: panel, minder ve sprey uygulamalarında reaktivite, akış ve kürlenme dengesi farklıdır.
• Belge ve destek: TDS, SDS ve deneme desteği.

JiTPOL, Bursa'da bir poliüretan sistem evidir. Sert, esnek, viskoelastik, integral cilt ve sprey uygulamalar için iki bileşenli sistemleri kendimiz formüle ediyor, geliştiriyor ve tedarik ediyoruz; ayrıca kendi ürettiğimiz kalıp ayırıcıları sunuyor, yardımcı kimyasalları da tedarik ediyoruz. Ürününüzü ve üretim yönteminizi anlatın; uygun sistem ailesini önerelim, TDS ve SDS belgelerini iletelim. Yurt dışı alıcılar için: Poliüretan Nereden Alınır? Türkiye'den Tedarik Rehberi.

Sıkça sorulan sorular

Kaynaklar

1. Wikipedia: Polyurethane (İngilizce)
2. Wikipedia: Polyol (İngilizce)
3. Wikipedia: Isocyanate (İngilizce)
4. Makowska ve ark. (2024), Materials: çevre dostu sert poliüretan köpükler (İngilizce)
5. Ivdre ve ark. (2020), Polymers: sert köpüklerde izosiyanat indeksi (İngilizce)
6. Kurańska ve ark. (2025), Materials: glikolizle elde edilen repoliol (İngilizce)
7. Olszewski ve ark. (2022), Polymers: esnek köpüklerde stokiyometri (İngilizce)
8. ISO 14900: poliollerde hidroksil sayısı (İngilizce)
9. Allport, Gilbert ve Outterside (ed.), MDI and TDI: Safety, Health and the Environment (Wiley, 2003), Bölüm 1 (İngilizce)
10. Allport, Gilbert ve Outterside (ed.), MDI and TDI: Safety, Health and the Environment (Wiley, 2003), Bölüm 5: Destekleyici bilimler (İngilizce)
11. ACC / CPI: poliol karışımları güvenlik rehberi, 2022 (İngilizce)
12. ACC / CPI: diizosiyanatların sağlık etkileri, 2013 (İngilizce)
13. ACC / CPI: MDI güvenli elleçleme, 2020 (İngilizce)
14. Hanna Instruments: poliollerde nem (İngilizce)
15. ISCC: kütle dengesi açıklaması (İngilizce)
16. OSHA: izosiyanatlara genel bakış (İngilizce)
17. ABD EPA: sprey poliüretan köpükteki kimyasallar (İngilizce)
18. ISOPA: MDI ve TDI için lojistik ve ürün yönetimi (İngilizce)
19. AB Komisyonu 2020/1149 sayılı Tüzüğü (diizosiyanatlar, REACH Ek XVII), AB Resmî Gazetesi L 252, 4.8.2020 (İngilizce)
20. KKDİK Yönetmeliği, madde 27 (Resmî Gazete 23.6.2017, sayı 30105 mükerrer)