Development of a flame retardant chemical for cotton/polyester blended fabrics and its industrial applications
Pamuk/polyester karışımı kumaşların güç tutuşurluğunun iyileştirilmesine yönelik apre kimyasalı geliştirilmesi ve üretim hattına uygulanması
- Tez No: 612320
- Danışmanlar: PROF. DR. GÜLAY ÖZCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
Türkiye'de her sene çok sayıda insan yangınlardan dolayı hayatını kaybetmekte ve yangınlarda en hayati önemi olan malzemeler ise yanıcı tekstiller olarak belirtilmektedir. Güç tutuşur tekstil malzemelerin kullanımı ve kolay tutuşan giysilik kumaşlar ve ev tekstil ürünleri ile ilgili olarak getirilen düzenlemeler, tekstil ürünlerinin yanma riskleri üzerinde oldukça etkin olmuştur. Yine de getirilen çözümler, vücut hareketlerini sınırladığı, estetik özellikten yoksun olduğu ya da maliyeti önemli ölçüde arttırdığı gibi gerekçelerle geniş kitlelerde pek kabul görmemiştir. Ayrıca, güç tutuşma terbiyesinde kullanılan bazı kimyasal maddelerin (Tris-2,3 dibromopropil fosfat gibi) halen yasaklı olması ve kullanımda olan birçok maddenin ekotoksolojik risklerinin tam olarak bilinmemesi, bu kimyasalların kullanım rahatlığını engellemektedir. Piyasada kullanılan kimyasalların pamuk/polyester (Co/PET) karışımları için Avrupa standartlarını sağlamak konusunda yetersiz kalmaları, bunun yanında uygulanabilirlik konusunda da sorun taşımaları dolayısıyla piyasada hem pamuk hem de polyestere tutunabilecek, polimer bazlı, kalıcı ve sağlık açısından risk taşımayan bir kimyasal ihtiyacı doğmuştur. Bu tez çalışmasıda en çok yangın tehlikesi yaratan kumaş çeşitlerinin güç tutuşurluğunun dünya standartlarına göre sağlanabilmesi; üretilen kimyasalın bugün kullanılmakta olan eşleniklerine göre insan sağlığı açısından sorunsuz olması, uygun fiyatta olması ve uygulamada ekstra teçhizata gerek kalmadan kullanılabilmesi konusunda üstün özellikler taşıması hedeflenmiştir. İlave olarak pamuk/polyester karışımlarında alevle tutuşma konusunda bilinen sorunların giderilmesi ve böylelikle sadece yurt içindeki kimyasal kullanımın yaygınlaşması ve sadece yurt dışı bağımlılığını azaltmak değil; ihraç edilen ürünlerin portföyüne yenilikçi bir ürün katmak amacı güdülmüştür. Tez kapsamında, konu bütünlüğü dikkate alınarak sıralanmış yedi adet makale ve bildiri yer almaktadır. Her bir makale/bildiri tezin ayrı bölümleri olarak verilmiş olup, literatüre alanında yenilikçi sonuçlar sunmaktadır. Tezin ilk makalesinde, polimerik yapıda, fosfor-azot sinerjisi içeren yeni bir güç tutuşurluk kimyasalı (PVP (PR)-P-DCDA), polivinil alkol (PVA), hidrofilik polyester reçinesi (PR), fosforik asit ve disiyandiamid (DCDA) kullanılarak sentezlenmiştir.Geliştirilen bu kimyasal ile %100 polyester, 100% pamuk ve %50/50 pamuk/polyester karışımı kumaşlar emdirme yöntemi ile apre işlemine tabi tutulmuşlardır. Apreli ve apresiz kumaşların güç tutuşurluk özellikleri, termal özellikleri, yüzey morfolojisi ve kimyasal yapısı sırasıyla dikay yanma testi, sınırlı oksijen indeksi (LOI), diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), termogravemetrik analiz (TGA), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, PVP (PR)-P-DCDA, pamuk, polyester ve pamuk/polyester karışımları için süper bir uygulama kolaylığı ile ekolojik ve kömür oluşumu sağlayan iyi bir güç tutuşurluk sistemidir ve bu kimyasal Fire-off EBR ismi ticarileştirilmiştir. Tezin ikinci makalesi, Fire-off'un tekstil malzemeleri üzerindeki ürün kalitesini değerlendirmek amacıyla mekanik özellikleri incelenmiştir. 350 g/L konsantrasyonda hazırlanan Fire-off apre reçeteleri emdirme yöntemi ile pamuk/polyester kumaşlara uygulanmıştır. Apreli kumaşların güç tutuşurluk özelliklerini araştırma için LOI testi yapılmıştır. Daha sonra ise, kumaşların mekanik özellikleri mukavemet, aşınma, boncuklanma dayanımı testleri değerlendirilmiştir, Ayrıca, kumaş görünümü ve beyazlık indeksi de araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, apreli kumaşların mukavemet ve uzama değerlerinde hafif bir artış, aşınma ve boncuklanma değerlendrinde azalış olduğunu göstermektedir. Öte yandan, apreden sonra kumaşların beyazlık ve hava geçirgenlik değerlerinde ise düşüşler gözlenmiştir. Üçüncü makalede, dış giyimde ve ev tekstilinde kullanılan, Fire-off ile apre uygulanmış pamuk/polyester karışımın kumaşların kapsamlı yanma davranışları araştırılmıştır. Farklı karışım oranlarında ve gramajlardaki kumaşlar için hem apre öncesi hem de hem apre sonrası yanma riskleri açısından sıralanmıştır. İşlem öncesi %35/65 karışım oranına sahip kumaş yangın riski açısından en tehlikeli olarak sıralanırkan, bu kumaş apre işlemi sonrasi en güvenli kumaş haline gelmiştir. Konik kalorimetre verileri aynı zamanda, işlem görmüş kumaşların daha az yanma ısısı ürettiklerini ve LOI testi verileri ile de doğrulanan daha iyi güç tutuşur özelliği gösterdiğini kanıtlamaktadır. Efektif yanma ısısı, maksimmum yanma ısıs yayılım oranı ve toplam yanma ısısı yayılım oranındaki düşüşler, Fire-off'un alevin yayıımını engelleme konusunda etkili olduğunu göstermektedir. Dördüncü makalede, mikro konik kalorimetre (MMC) ile termogravemetrik analiz (TGA) metotlarının, Fire-off'un pamuk, polyester ve pamuk/polyester karışımı kumaşlardaki termal performansları test edilerek kapasiteleri incelenmiştir. Kumaşlara Fire-off ile emdirme yöntemine göre apre uygulanmış ve kumaşların termal özellikleri hem MCC hem he TGA ile incelenmiştir. TGA sonuçları, yüksek sıcaklıkta, Fire-off pamuk, polyester ve pamuk/polyester kumaşların kömür artıklarını büyük ölçüde artırabileceğini ortaya koymuştur. MCC sonuçları, Fire-off apresinin kumaşların ısı açığa çıkarma kapasitesi (HRC), ısı yayılım oranı (HRR), toplam ısı yayılım oranı (THR), maksimum ısı yayılım oranı ((pHRR) değerlerlerinde düşüşe neden olduğunu kanıtlamaktadır. Karşılaştırma sonuçlarına göre ise, MCC ve TGA verileri arasında kumaşların bozulma sıcaklıkları ve kütle kaybı oranları açısından mükemmel bir uyum olduğu tespit edilmiştir. Beşinci çalışmada, tekstilde buruşmazlık apreside kullanılan DMDHEU (dimetilol dihidroksietilenüre) çapraz bağlayıcı olarak pamuk/polyester kumaşlar için Fire-off''un güç tutuşurluk apre reçetelerinde kullanılmıştır. Fire-off ve Fire-off/DMDHEU ile apre işlemine tabi tutulan pamuk/polyester kumaşların güç tutuşurluk performanları incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. İlave olarak, Fire-off/DMDHEU ile apre uygulanan kumaşlara buruşma direnci testi yapılarak kumaşların buruşma geri açılması performansları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, Fire-off/DMDHEU sistemi Fire-off 'a göre daha fazla azot sağladığı için güç tutuşurluğu daha da arttırmıştır. Apre reçetesine DMDHEU katkısı kumaşlarda kırışmazlık açısından önemli bir farklılığa yol açmamıştır. Altıncı çalışmada, pamuk/polyester (Co/PET) kumaşlar için tek adımda yeni bir güç tutuşurluk ve dikiş kayması apre sistemi geliştirilmiştir. Fire-off, polisilisik asit ve sitrik asit kombinasyonlarıyla apre reçeteleri oluşturulmuş ve pamuk ve pamuk/polyester kumaşlara emdime yöntemiyle uygulanmıştır. Apre uygulanan kumaşların güç tutuşurluk ve dikiş kayması direnci test edilmiş ve sonuçlar değerlendirilmiştir. Aynı zamanda, FTIR, DSC karakterizasyon testleri ile uygulanan aprenin kumaşlardaki etkisini mekanik açıdan araştırmak için de kopma mukavemet testi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen bu aprenin hem güç tutuşurluk açısından (LOI ˃27) hem de dikiş kayması açısından (çözgü: 2.2 mm, atkı 1.2 mm) başarılı olduğunu göstermektedir. Tezin son çalışmasında ise, Fire-off'un iki farklı tekstil firmasında endüstriyel uygulamaları gerçekleştirilmiş olup, işlem görmüş kumaşların güç tutuşurluk özellikleri araştırılmıştır. Dikey yanma ve LOI test sonuçlarına göre, endüstriyel boyuttaki Fire-off apre uygulamasıyla, güç tutuşurluk performansı açısından daha önce deneysel laboratuvar çalışmalarında da kullanılan farklı karışım oranlarındaki hem pamuk/polyester (Co/PET) kumaşlarda hem de ilk kez denenen pamuk/poliamid (Co/PA) karışımı kumaşlarda etkili sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Ayrıca, piyasada bu alanda yaygın olarak kullanılan Proban Teknolojisi ile kıyaslandığında, ekstra teçhizat gerektirmeksizin kolay uygulanabilen Fire-off, formaldehit içermemesi ve/veya salınım yapmaması yönüyle de mevcut ticari güç tutuşurluk kimyasallarına göre çevreci bir yaklaşım sergilemektedir. Sonuç olarak, tez kapsamındaki bu yedi adet makale ve bildiri, tez konusunun güncel ve farklı yaklaşımlarını gözler önüne sermektedir. Bütün olarak düşünüldüğünde tez çalışmasındaki bu makaleler oldukça detaylı alt başlıkları ile literatüre özgün katkı sağlamış ve endüstriye de yenilikçi ticari bir ürün kazandırmıştır.
Özet (Çeviri)
Many people loose their lives every year in Turkey because of the fire. Flammable textile materials are the most crucial substances in fires. In this thesis, it is aimed to develop a flame retardant (FR) chemical according to world standards for the most fire-threatening fabric types. The chemical should have superior easy of application, be able to use practically using existing machines in finishing textile companies, be safe for human health as well as be affordable. It is also aimed to eliminate the known flame ignition problems in polyester/cotton (Co/PET) blends, to increase the use of local chemicals in the country, to reduce the dependence on abroad and to add an innovative FR product to the portfolio of exported products. Within this thesis, seven supplementary articles and proceedings were given in sequence considering the topic integrity. All articles and proceedings given in seperate chapters have novelty in research and discuss remarkable and original outcomes of the thesis topic. In the first article, a novel polymeric flame retardant with phosphorous-nitrogen (P-N) synergism (PVP (PR)-P-DCDA) was synthesized by polyvinyl alcohol (PVA), hydrophilic polyester resin (PR), phosphoric acid and dicyandiamide (DCDA). 100% polyester, 100% cotton and 50/50% Co/PET blended fabrics were treated PVP (PR)-P-DCDA by impregnation method. Flammability characteristics, thermal decomposition, surface morphology and chemical structure of treated and untreated fabrics were investigated by Vertical Flammability Test, Limited Oxygen Index (LOI), differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), scanning electron microscopy (SEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) respectively. Results showed that PVP (PR)-P-DCDA is an eco-friendly FR system, a good char forming FR agent with superior ease of application for cotton, polyester and Co/PET blends. At industrial scale, the FR agent PVP (PR)-P-DCDA has been commercialized with the name of Fire-off EBR. The second article investigates the mechanical properties of Fire-off in order to assess textile service-life features. 350 g/L Fire-off finishing bath was prepared and Co/PET fabric samples were treated via impregnation method. In order to investigate FR performance of treated fabrics LOI test was performed. Subsequently, fabric strength, abrasion properties and outward appearance; tensile properties, abrasion, pilling performance and whiteness of Fire-off treated fabrics were tested and evaluated. Mechanical test results showed that there was a slight increase in strength, elongation, abrasion and pilling. On the other hand, whiteness and air permeability of fabrics were decreased after Fire-off treatment. In the third article, combustion behaviours of cotton and Co/PET blend fabrics, which can be used in apparel and home textiles treated with Fire-off, were investigated. Different blend ratio and areal density of fabrics were used in the experiments and fabrics were ranked before and after treatment in terms of burning hazard. Untreated 35/65% blend Co/PET fabric was found most hazardous in accordance with fire risk. However, it became the safest after FR treatment with Fire-off. Cone calorimetric data, besides, showed that the treated cotton and Co/PET blend fabrics generated less heat of combustion and obtained better FR properties, which can be also confirmed by increase of LOI. Considering the decreased values of effective heat of combustion (EHC), peak heat release rate (pHRR) and total heat release rate (THR) for all samples, it is concluded that Fire-off is effective for preventing the flame spread. The fourth paper investigates the capability of micro combustion calorimeter (MCC) and thermogravimetric analysis (TGA) methods by testing the thermal performance of Fire-off on polyethylene terephthalate (PET) and cotton (Co) fabrics and their corresponding blends (Co/PET). Fire-off was applied to the fabric through impregnation method and the resulting properties of these fabrics were assessed in terms of combustion behavior by use of MCC and TGA. TGA results revealed that Fire-off could greatly enhance char residues of cotton, PET and Co/PET fabrics at high temperature region. MCC results indicated that Fire-off treatment could significantly decrease the heat release capacity (HRC), HRR, THR and pHRR of cotton, PET and Co/PET fabrics. According to comparison results, a near-perfect agreement between MCC and TGA data were found in terms of degradation temperatures and mass loss rates of fabric samples. In the fifth study, DMDHEU (dimethylol dihydroxyethyleneurea), which has been used for wrinkle-resistant finishing in textile, was used in FR finishing of Co/PET blends as a crosslinker with Fire-off. Flame retardancy performance of Co/PET fabrics treated with Fire-off and Fire-off/DMDHEU were investigated and compared. In addition, wrinkle resistant test was performed for untreated and Fire-off/DMDHEU treated fabrics to investigate the effect of the treatment on wrinkle recovery performance of fabrics. Results showed that Fire-off/DMDHEU system is a more effective nitrogen provider than Fire-off alone to enhance the flame retarding performance of the treated Co/PET fabrics through P-N synergism; therefore, the presence of DMDHEU in the FR finishing system increases the flame resistance of the treated Co/PET fabric. In addition, DMDHEU does not significantly change the wrinkle recovery of fabrics when used with Fire-off. In the sixth study, a new flame retardancy and non-slip finishing system in one-step was developed for Co/PET fabrics. Recipes including Fire-off, polysilicic acid and citric acid combinations were developed and applied to cotton and Co/PET fabrics by impregnation method. FR properties and seam slippage resistance of treated fabrics with Fire-off/polysilicic acid systems were investigated. In addition, characterization analysis such as FTIR and DSC were performed and tensile properties of treated fabrics were tested in order to detect any changes on mechanical properties of fabrics after treatment. Results demonstrated that Fire-off/ polysilicic acid treatment leads good FR properties (LOI ˃27) and seam slippage resistance (warp: 2.2 mm, weft 1.2 mm) with superior ease of application in one-step process. In the final study, industrial applications of Fire-off were performed in two different textile companies and FR properties of treated fabrics were investigated. According to the results of Vertical Flammability and LOI tests, with the industrial-scale application of Fire-off, effective results were obtained both on different ratios Co/PET and on cotton/polyamide (Co/PA) blended fabrics, which were used the first time for the treatment in terms of flame retardancy. Besides, Fire-off can be easily applied without the requirement for an extra equipment compared to Proban technology, which is widely used in the market. It also shows an environmentally friendly approach compared to the existing commercial FR chemicals that it does not contain and/or release formaldehyde. In conclusion, seven articles and proceedings in the context of this thesis reveal the original and updated sides of the thesis topic. When evaluated as a whole, this thesis has unique contribution to the literature with novel and detailled sub-titles and to the industry with an innovative commercial product.
Benzer Tezler
- Perdelik,döşemelik ve halı tipindeki tekstil malzemelerinin yanma özelliklerinin çeşitli deneyler yapılarak incelenmesi ve bu deneylerin karşılaştırılması
The Investigation of burning behaviour of curtain and upholstery fabrics and carpets by different burning tests and the comparison of these tests
Ü.TELEM GÖK
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. BÜLENT ÖZİPEK
- Üzüm çekirdeği ekstraktının pamuklu tekstil mamülüne uygulanması ve antibakteriyel etkinliğin araştırılması
Application of grape seed extract to cotton textile production and investigation of antibacterial effectiveness
NUMAN HARIMDAR
Doktora
Türkçe
2020
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FEYZA AKARSLAN
- Fosfat bağlı kalıp malzemelerinin geliştirilmesi
The Phosphate bonded investment materials
BURAK FENERCİ
- Otomotiv sektörü için polimer kompozit malzemelerin hazırlanması ve özelliklerinin incelenmesi
Preparation of polymer composite materials for automotive industry and investigation of their properties
UTKU ÇELEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALE BERBER
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN TAMER
- Dynamically bonded cellulose nanocrystals hydrogels: Structure, rheology and fire prevention performance
Dinamik bağlı selüloz nanokristal hidrojelleri: Yapı, reoloji ve alev önleme performansı
NAZLINUR KOPARİPEK ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN ŞENSES