Poliüretan Nedir?

Poliüretan (PU), poliol ve izosiyanat adı verilen iki sıvı bileşenin tepkimesiyle oluşan bir plastik (polimer) ailesidir. Bileşenlerin türü ve oranı değiştirilerek aynı kimyadan yumuşak bir sünger, sert bir yalıtım köpüğü, esnek bir kaplama ya da kalıpta üretilen dayanıklı bir parça elde edilir. Yatak süngeri, soğuk oda paneli ve buzdolabı yalıtımı bu yüzden aynı malzeme ailesinden gelir.

1. Poliüretan nasıl oluşur?

Poliüretan iki ana hammaddeden üretilir: poliol ve izosiyanat. Poliol, iki ya da daha fazla hidroksil (OH) grubu taşıyan bir moleküldür. İzosiyanat ise çoğunlukla MDI ya da TDI'dır ve iki ya da daha fazla, tepkimeye hazır NCO grubu içerir. İki bileşen karıştırıldığında ısı açığa çıkaran bir tepkime başlar ve molekülleri birbirine bağlayan üretan bağları oluşur. Polimer, adını bu bağdan alır.

İki bileşenli sistem: A ve B bileşeni

Endüstride poliüretan genellikle iki bileşenli bir sistem olarak kullanılır. Türkiye'de ve Avrupa'da A bileşeni genellikle poliolün katalizörler, yüzey aktif maddeler, şişirici maddeler ve diğer katkılarla hazırlanmış karışımıdır; B bileşeni ise bu karışıma uygun izosiyanattır. Kuzey Amerika'da harfler çoğu zaman ters kullanıldığı için her zaman varil etiketine ve teknik föye bakılmalıdır. Dozaj makinesi iki bileşeni belirli bir oranda karıştırır ve karışımı kalıba, panel hattına ya da doğrudan yalıtılacak yüzeye verir.

Köpük nasıl oluşur?

Köpük üretilirken iki tepkime aynı anda ilerler. Jelleşme tepkimesinde poliol ile izosiyanat polimer ağını kurar. Şişirme tepkimesinde ise izosiyanat suyla tepkimeye girer ve karbondioksit açığa çıkar. Bu gaz, sistemdeki fiziksel şişirici maddeyle (örneğin pentan ya da HFO) birlikte sıvı karışımı köpüğe dönüştürür. İki tepkime arasındaki denge, köpüğün hücre yapısını ve yoğunluğunu belirler. Şişirme tepkimesinde oluşan amin, başka izosiyanat molekülleriyle de tepkimeye girerek üre bağları oluşturur; bu yüzden çoğu köpükte üretan bağlarının yanında bir miktar üre grubu da bulunur.

Aynı kimyadan neden bu kadar farklı ürün çıkar?

Uzun ve esnek zincirli polioller yumuşak, eski hâline dönen ürünler oluşturur. Kısa ve çok dallı polioller ise sıkı çapraz bağlı, sert bir yapı oluşturur. Formülasyondaki küçük değişiklikler yoğunluğu, sertliği, yalıtım değerini ve kürlenme süresini doğrudan etkiler. Poliüretanın tek bir ürün olarak değil, her uygulamaya göre ayarlanan bir sistem olarak anılması bu yüzdendir. İki hammaddeyi Poliol ve İzosiyanat rehberimizde daha ayrıntılı anlattık.

Kısa tarihçe

Poliüretanı ilk kez 1937'de Almanya'nın Leverkusen kentinde, IG Farben bünyesinde Otto Bayer ve ekibi üretti. İkinci Dünya Savaşı sırasında sınırlı ölçüde, örneğin uçak kaplaması olarak kullanıldı; sert köpükler, elastomerler, yapıştırıcılar ve esnek köpükler ise 1950'lerde yaygınlaşmaya başladı. Bugün başlıca plastiklerden biridir: 2019'da dünya üretimi yaklaşık 25 milyon ton, yani tüm polimerlerin yaklaşık yüzde 6'sı kadardı.

2. Poliüretan türleri

Günlük dilde "poliüretan" denince çoğu zaman ya sünger ya da yalıtım köpüğü kastedilir. Oysa aynı kimya çok farklı ürün gruplarını kapsar:

Esnek poliüretan köpük (sünger)

Açık hücreli, yumuşak ve sıkıştırıldıktan sonra eski hâline dönen köpüktür; mobilya, yatak ve otomotiv koltuklarında kullanılır. Büyük bloklar hâlinde dökülüp kesilir (blok sünger) ya da kalıpta şekillendirilir. Yoğunluğu uygulamaya göre yaklaşık 10 ile 300 kg/m³ arasında değişir.

Esnek köpük polieter ya da poliester poliollerle üretilir. Genel olarak polieter tipi suya karşı daha dirençlidir; poliester tipi ise çözücülere ve aşınmaya daha dayanıklıdır. Yoğunluk (piyasadaki adıyla "dansite"), köpüğün metreküp başına kütlesidir (kg/m³). Tek başına sertliği anlatmaz, çünkü sertlik ayrıca ölçülür (örneğin batırma yöntemiyle, ISO 2439); bu yüzden aynı yoğunluktaki iki sünger farklı sertlikte olabilir.

Viskoelastik (hafızalı) sünger

Bastırıldıktan sonra yavaşça eski hâline dönen esnek köpüktür. Vücudun şeklini aldığı için yatak, yastık ve medikal minderlerde tercih edilir.

Sert (rijit) poliüretan köpük: PUR ve PIR

Büyük ölçüde kapalı hücreli, hafif ve yalıtım değeri yüksek köpüktür. Sandviç panel, soğuk oda paneli, buzdolabı, frigorifik kasa ve sıcak su kazanı yalıtımında kullanılır. PIR (poliizosiyanurat), fazla izosiyanatla üretilen, halkalı yapılar oluşturan ve ısıya karşı daha kararlı olan bir sert köpük türüdür. İkisini ayıran, izosiyanatın poliole oranıdır (indeks): PUR yaklaşık 100 indekste, PIR ise çok daha yüksek, genellikle 180'in üzerinde bir indekste üretilir. Adın kendisi bir yangın sınıfı vermez; sınıf, ürünün sınıflandırma raporunda belirtilir. İkisini PIR ve PUR Yalıtım Panelleri rehberimizde karşılaştırdık.

Sprey poliüretan köpük

İki bileşen, uygulama yerinde özel bir makineyle püskürtülür ve köpük saniyeler içinde kabarır. Çatı, cephe ve depolarda neredeyse derzsiz, sürekli bir yalıtım katmanı oluşturur.

İntegral cilt (integral skin) köpük

Kalıp içinde tek dökümde dışta yoğun bir kabuk (cilt), içte daha hafif bir köpük çekirdek oluşturan sistemdir. Direksiyon simidi, kolçak, mobilya parçaları ve dekoratif ürünlerde kullanılır.

Elastomerler, kaplamalar ve yapıştırıcılar

Poliüretan, köpük dışındaki biçimlerde de kullanılır: tekerlek ve silindir gibi aşınmaya dayanıklı elastomer parçalar, zemin ve yüzey kaplamaları, yapıştırıcılar ve sızdırmazlık ürünleri. Isıyla yeniden şekillendirilebilen termoplastik poliüretan (TPU) da bu ailenin bir üyesidir.

Poliüretan ile poliürea farkı

Poliüretan, izosiyanatın poliolle; poliürea ise izosiyanatın aminle tepkimesinden oluşur. Poliürea çok hızlı kürlenir ve genellikle ısıtmalı, yüksek basınçlı sprey makineleriyle uygulanır; su yalıtımı ve koruyucu kaplamalarda kullanılır. İkisini birleştiren hibrit sistemler de vardır. Seçimin uygulamada nasıl yapıldığını "Sprey Poliüretan Köpük mü, Poliürea mı?" başlıklı rehberimizde anlattık.

Tüp montaj köpüğü de poliüretan mı?

Evet. Yapı marketlerde satılan tüp montaj köpüklerinin çoğu, havadaki nemle kürlenen tek bileşenli poliüretan köpüklerdir. Endüstride panel, sünger ya da kalıpta üretilen parçalar için kullanılan iki bileşenli sistemlerden farklıdır. Kürlenmemiş köpük tepkimeye hazır izosiyanat içerdiği için eldiven ve koruyucu gözlük kullanılmalı, ortam havalandırılmalı ve tüpün üzerindeki uyarılara uyulmalıdır.

3. Poliüretanın başlıca özellikleri

Poliüretanın özellikleri türüne, yoğunluğuna ve formülasyonuna göre değişir. Bu yüzden aşağıdaki her madde, içinde adı geçen ürün grubu için geçerlidir:

• Isı yalıtımı: Kapalı hücreli sert poliüretan, yaygın yalıtım malzemeleri arasında ısı iletkenliği en düşük olanlardandır. Avrupa poliüretan (PUR/PIR) yalıtım sektörünün birliği PU Europe'a göre, yüzey kaplamalı sert poliüretan yalıtımın ısı iletkenlik değeri (λ), kaplamaya ve kalınlığa bağlı olarak 0,022 ile 0,028 W/mK arasındaki değerlere kadar düşebilir. λ değeri ne kadar düşükse malzeme ısıyı o kadar az geçirir; bu da aynı yalıtımın daha ince bir katmanla sağlanması demektir. Bu, sektörel bir aralıktır; tek bir ürünün beyan edilen değeri değildir.
• Hafiflik ve dayanım: PU Europe'a göre sert poliüretan köpüğün hacminin yaklaşık yüzde 97'si hapsolmuş gazdır; bu yüzden çok hafiftir. Mekanik dayanımı yoğunlukla birlikte artar. Sandviç panelde metal yüzeylere güçlü biçimde yapışır ve paneli bir arada tutan çekirdeği oluşturur.
• Su ve nem: Kapalı hücreli sert köpük suyu neredeyse hiç emmez; açık hücreli esnek köpük ise su çeker. Su buharı geçirgenliği üründen ürüne değiştiği için teknik föydeki değere bakılmalıdır.
• Sıcaklık ve güneş ışığı: Sıcaklığa dayanım ürüne göre değişir; her poliüretan için geçerli tek bir değer yoktur. Aromatik izosiyanatlarla üretilen poliüretanlar güneş ışığında sararır ve korumasız bırakılmamalıdır; rengini koruması gereken kaplamalarda alifatik sistemler kullanılır.
• Kullanım ömrü: PU Europe'a göre sert poliüretan köpüğün faydalı ömrü 50 yıl ve daha uzundur; ISOPA da bina yalıtımı için 50 yıldan uzun bir süre öngörür. Bunlar sektör kuruluşlarının beyanlarıdır, tek tek ürünler için verilmiş bir garanti değildir.

4. Poliüretan ne işe yarar, nerelerde kullanılır?

Kısacası poliüretan; bina, soğuk oda ve buzdolabı yalıtımında, mobilya, yatak ve araç koltuklarının dolgusunda, ayrıca kaplama, yapıştırıcı ve pek çok kalıp parçasında kullanılır.

Kalıpta üretilen parçaların kalıptan sorunsuz çıkması için kalıp ayırıcı kullanılır. JiTPOL yalıtım, sünger, integral cilt ve sprey uygulamaları için sistemler sunar: sert, esnek, viskoelastik, integral cilt ve sprey sistemlerimize göz atabilirsiniz.

5. Poliüretan zararlı mı?

Bu sorunun cevabı, bitmiş üründen mi yoksa hammaddelerden mi söz edildiğine göre değişir.

Kürlenmiş (bitmiş) ürün

Avrupa esnek poliüretan blok köpük üreticileri birliği EUROPUR'un malzeme bilgi formuna göre, kürlenmiş esnek poliüretan köpük tehlikeli bir madde değil, bir eşya olarak kabul edilir. Normal kullanımda cilt veya solunum üzerinde bilinen bir etkisi yoktur. Kesme ve zımparalama sırasında çıkan toz için yine de uygun koruyucu önlemler alınmalı, taze üretilmiş köpükle çalışırken eldiven kullanılmalıdır. Bu bilgi esnek köpük için geçerlidir; sert köpük, sprey köpük ve diğer poliüretan ürünlerinde ürünün kendi teknik föyüne ve güvenlik bilgi formuna bakılmalıdır.

Hammaddeler ve uygulayıcılar

Hammadde olarak kullanılan izosiyanatlar cilt ve solunum yollarında alerjik duyarlılığa yol açabilir. Bu yüzden eğitimli kişilerce, iyi havalandırılan ortamlarda ve uygun kişisel koruyucu donanımla kullanılmalıdır. Avrupa Birliği'nde 2020/1149 sayılı Tüzük, ağırlıkça yüzde 0,1 ve üzerinde diizosiyanat içeren ürünleri kullanan sanayi ve profesyonel kullanıcıların kullanımdan önce eğitim almasını şart koşar; bu zorunluluk 24 Ağustos 2023'ten bu yana geçerlidir ve eğitim en az beş yılda bir yenilenmelidir. Her ürünün güvenlik bilgi formu (SDS) mutlaka okunmalıdır.

Yakma

Poliüretan yandığında yoğun duman ve zehirli gazlar açığa çıkar. Bu nedenle poliüretan atıkları açıkta yakılmamalıdır.

6. Poliüretan yanar mı?

Evet, poliüretan yanıcı bir malzemedir. Yangındaki davranışı; ürünün türüne, yoğunluğuna, alev geciktirici katkı içerip içermediğine ve panelin ya da duvarın içinde nasıl kullanıldığına göre değişir. Avrupa'da bir yapı malzemesinin yangına tepki sınıfı testlerle belirlenir ve EN 13501-1 standardına göre sınıflandırılır; sınıf, ürünün sınıflandırma raporunda ve performans beyanında belirtilir. "Yanmaz poliüretan" gibi genel ifadelere değil, bu belgelere güvenilmelidir. "Alev geciktirici katkılı" gibi ifadeler çoğu zaman yalnızca küçük ölçekli tutuşma testleri için geçerlidir ve büyük bir yangındaki tehlikeyi yansıtmaz.

7. Poliüretan ve diğer yalıtım malzemeleri

Strafor (EPS), XPS ve taş yünüyle karşılaştırıldığında sert poliüretanın en belirgin farkı, düşük ısı iletkenliği sayesinde aynı yalıtımı daha ince bir katmanla sağlamasıdır. Panel ve soğuk oda gibi kalınlığın ve ağırlığın önemli olduğu uygulamalarda bu fark belirleyicidir. Buna karşılık taş yünü genellikle yanmaz sınıfında (Euroclass A1 ya da A2) değerlendirilir ve yangın sınıfının öncelikli olduğu yerlerde tercih edilebilir; ürünün performans beyanı yine de kontrol edilmelidir. Doğru seçim; istenen yalıtım değerine, kalınlığa, nem koşullarına, yangın gereksinimine ve bütçeye göre yapılır. Karşılaştırmada her malzemenin beyan edilen λ değeri esas alınmalıdır.

8. Çevre ve geri dönüşüm

Poliüretanın çoğu termosettir: çapraz bağlı yapısı nedeniyle eritilip yeniden şekillendirilemez (termoplastik poliüretan, yani TPU bunun istisnasıdır). Bu yüzden geri dönüşümü termoplastiklere göre daha zordur, ancak mümkündür. Esnek köpük artıkları parçalanıp yeniden bağlanarak (rebond) halı altlığı gibi ürünlere dönüştürülür. Glikoliz gibi kimyasal yöntemler köpüğü, yeni poliolün bir kısmının yerine kullanılabilen, poliol bakımından zengin bir ürüne ayrıştırır. Geri dönüştürülemeyen atıklar, emisyonları filtrelenen kontrollü yakma tesislerinde enerji geri kazanımına verilebilir; açıkta yakmak ise hiçbir zaman kabul edilemez. ISOPA'ya göre yetersiz tesisler ve yüksek maliyetler nedeniyle geri dönüşüm oranları hâlâ düşüktür. Yalıtım köpüklerinde ozon tabakasına zarar veren şişirici maddeler (önce CFC, sonra HCFC) kullanımdan kaldırılmıştır; Avrupa'da yerlerini ağırlıklı olarak pentan almış, bazı sistemlerde HFO türü maddeler kullanılmaktadır. Ayrıntılar için Poliüretan Geri Dönüşüm Yöntemleri rehberimize bakabilirsiniz.

9. Doğru poliüretan sistemi nasıl seçilir?

Hangi poliüretanın kullanılacağı, üretilecek ürüne ve üretim yöntemine bağlıdır. Doğru sisteme ulaşmak için şu sorular yol gösterir:

• Hangi ürün üretilecek ve üründen ne bekleniyor: yalıtım, sertlik, konfor ya da dayanım?
• Hangi üretim yöntemi kullanılacak: sürekli panel hattı, kalıba döküm, blok sünger, enjeksiyon ya da sprey?
• Hangi yoğunluk ve kürlenme süresi isteniyor?
• Köpük hangi yüzeylere yapışacak ve hangi ortam koşullarında üretilecek?
• Hangi yangın sınıfı, test ya da belge gerekiyor?

Bu soruların yanıtına göre hazırlanmış, iki bileşenli hazır karışımlar geliştiren firmalara sistem evi denir. JiTPOL, Bursa'da bu sistemleri geliştirip sunan bir poliüretan sistem evidir. Sistem seçiminde yardımcı oluruz, ihtiyacınız olan teknik föyü (TDS) ve güvenlik bilgi formunu (SDS) iletiriz.

Sıkça sorulan sorular

Kaynaklar

1. ISOPA: Poliüretan nedir? (İngilizce)
2. ISOPA: Sık sorulan sorular (İngilizce)
3. PU Europe: poliüretan yalıtım (İngilizce)
4. EUROPUR: Esnek poliüretan sünger malzeme bilgi formu (Türkçe)
5. ISOPA bilgi notu: yeniden bağlanmış esnek köpük (İngilizce)
6. Wikipedia: Polyurethane (İngilizce)
7. OSHA: İzosiyanatların tehlikeleri (İngilizce)
8. AB Komisyonu 2020/1149 sayılı Tüzüğü (diizosiyanatlar, REACH Ek XVII) (İngilizce)