'Middle East Technical University, Faculty of Architecture'
Abstract
In this study, phosphorus containing flame retardant water-dispersed polyurethane paints were produced by incorporating different amounts of phosphorus compound onto the polyurethane main chain. The novel flame retardant compound was synthesized in three steps. In the first step, monobenzalpentaerythritol was produced from benzaldehyde and pentaerythritol. In the second step, phosphorylation of monobenzal pentaerythritol was performed. Final step includes the formation of phosphorus phenyl dihydroxyl from the hydrolyzation of the resulting product in acetic acid solution. IllWater-dispersed polyurethane paint was produced using polyester polyol, isophorone diisocyanate and dimethylol propionic acid (DMPA) as a hydrophilic monomer. To improve the physical and thermal properties of the waterborne polyurethanes, 5% (w/w) polyisocyanate and melamine were used as crosslinking agents. By changing the feed ratio of polyester and phosphorus compound, the flame retardant water-dispersed polyurethane paints with different phosphorus contents were obtained. All the synthesized products were characterized by H-NMR, P-NMR and IR spectroscopies, and the thermal stabilities of the polymers were evaluated by their DSC and TGA thermograms. The effects of increasing phosphorus content on the physical and thermal properties of polyurethane paints were also examined. The addition of phosphorus phenyl dihydroxyl to the main chain increased the hardness but slightly decreased the gloss values of the polyurethane paints. All the samples showed superior impact resistance, and flexibility. Increasing phosphorus content increased the char yield and the maximum fire retardancy was reached at 1.5%P content with the limiting oxygen index value of 29. Further addition of phosphorus decreased the flame resistance of polyurethane paints.Bu çalışmada, fosfor içerikli bileşiğin değişik oranlarda poliüretan ana zincirine bağlanması sağlanarak, yanmaya dayanıklı suda yayınık poliüretan boyalar üretilmiştir. Yanmaya dayanıklı madde sentezi üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, benzaldehit ve pentaeritritol tepkimesinden monobenzalpentaeritritol elde edilmiştir. İkinci aşamada, monobenzalpentaeritritolün fosforlanması sağlanmıştır. Son aşama ise oluşan ürünün asetik asit çözeltisi içerisinde hidrolizi sonucu fosfor fenil dihidroksil oluşumunu içermektedir.Suda yayınık poliüretan boya, poliester poliol, izoforon diizosiyanat ve hidrofilik monomer olarak da dimetilol propiyonik asit (DMPA) kullanılarak üretilmiştir. Suda yayınık poliüretan boyaların fiziksel ve termal özelliklerini iyileştirmek amacıyla karşıt bağlayıcı olarak %5 oranında poliizosiyanat ve melamin kullanılmıştır. Ayrıca, poliester/ fosfor içerikli madde oranının değiştirilmesiyle, farklı miktarlarda fosfor içeren yanmaya dayanıklı suda yayınık poliüretan boyalar elde edilmiştir. Sentezlenen ürünlerin yapı özellikleri 'H-NMR, 3,P-NMR ve İR spektrometreleri ile belirlenmiş olup, polimerlerin ısıl davranışları DSC ve TGA yöntemleri ile ortaya çıkırılmıştır. Ayrıca fosfor miktarındaki artışın poliüretan boyanın fiziksel, mekanik ve ısıl özelliklerine etkisi incelenmiştir. Fosfor fenil dihidroksilin poliüretan ana zincirine bağlanmasıyla boyaların sertlik değerlerinin arttığı ancak parlaklık değerlerinin az miktarda düştüğü gözlenmiştir. Bütün boya örnekleri üstün çarpma dayanımı ve esneklik göstermişlerdir. Ayrıca, fosfor miktarındaki artışın yanma esnasında kömürleşme miktarım artırdığı görülmüştür. Poliüretan boyanın yanmaya karşı en üst dayanıklılık değerine 29 oksijen indeksi ile % 1.5 fosfor içerdiğinde ulaşılmıştır. Daha fazla fosfor eklenmesinde ise poliüretan boyanın yanmaya karşı dayanıklılığının azaldığı gözlenmiştir
