Yangın emniyeti aktif veya pasif yangın koruma yöntemleriyle sağlanabilir. Pasif yangın koruması yüksek yangın performansı gösteren malzemeler kullanmayı içerir, bu suretle ya tutuşma olasılığı azaltılır veya eğer tutuşma meydana gelirse yangın sonucunda oluşan hasarın derecesi en aza indirilmiş olur. Alev geciktiriciler de pasif yangın koruması sağlamanın bir başka yöntemidir.

Yangın güvenliğinin önemli olduğu bir yerde uygulamalarda yanıcı bir madde (genellikle polimer) kullanıldığında malzemeden kaynaklanan esas yangın güvenliği eksikliği pasif yangın korumasına bağlanmalıdır. 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 başka malzemelerle harman yaparak yada birleştirerek,

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

Yangın güvenliğinin kritik olduğu tipik uygulamalar içinde kullanıcı ürünleri (kaplı mobilya veya örtüler), elektrik ve elektronik cihazlar (kablo, tel, elektrik panoları, bilgisayar veya cihaz kabinleri) ve inşaat 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 estetiği ya da konforunu etkileyecektir. Örneğin, yanıcı köpükler tipik olarak mobilyalarda konfor ve elastikiyet sağladığı için kumaş kaplama altında yastık olarak kullanılmaktadır. Köpükler çelik veya betonla değiştirilebilir, ancak elde edilecek konfor son derece düşük olacaktır. İç son kat kaplama malzemesi (örneğin, duvar kaplamaları) ağaç veya dekoratif duvar kâğıdı olabilir veya bunlar yerine alçıpan veya beton kullanılabilir ancak bu ikinci seçeneklerin görüntülerinin hoş olmayacağı aşikârdır.

Alev geciktirici malzemeler yanıcı maddelerin içlerine yangın performanslarını iyileştirmek veya yangın testi şartlarını sağlamaları için katılırlar.  Birçok çalışma alev geciktiricilerin tutuşabilirliği artırdığını ve/veya alevin yayılmasını azalttığını göstermiştir. Herhangi bir tutuşturma olmazsa yangının olmayacağı aşikârdır; dolayısıyla tutuşmada bir gecikme olması yangın güvenliğini artıracaktır. Buna rağmen, yangın tehlikesi tutuşmanın meydana geldiğini kabul eder ve araştırmalar alev geciktiricilerin faydalı etkisinin ısı çıkışını azaltması olduğunu göstermiştir. Bu ise yangının en önemli özelliklerinden biridir.

Alev Geciktiriciler Nedir?

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

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

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

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

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

Klor içeriğinin 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 gerçeğidir. Bunun tipik örneği PVC’dir [polivinil klorit], bu malzeme polietilene [PE] nazaran çok daha az ısı yayar ve çok daha iyi tutuşabilir. PE ve PVC’nin kimyasal yapıları arasındaki temel fark PVC’nin klor içermesidir.

Fosfor içeren alev geciktiriciler, kullanılan malzeme ve polimer alt maddeye bağlı olarak,  farklı bir çalışma şekli gösterirler. Yoğun fazda, gaz fazında veya her ikisinde de işlem yaparlar. Fosfor içeren alev geciktiricilerde,  yoğun fazda meydana gelen reaksiyonun tipik sonucu kömürleşme oluşumunun artmasıdır, bazı durumlarda şişme diye adlandırılan bir mekanizmayla işlev yapar.

Bu maddelerin alev geciktirici olarak faydaları genellikle halojen (klor veya brom) içeren maddelerle artırılır. Bu bazen, yapısı içinde elemanlardan birden fazla içeren malzeme geliştirilerek 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 şekilde etkisi artırılır.

Kaplama boyasının şişme olayı için, aynı elemanın birden fazla rolü olabilse de, üç eleman gerekir, “carbonific-karbonlaştırıcı”  etmen (madde içinde kömürleşme için gerekli karbon hammaddesini sağlar),   “spumific_köpük yapıcı” etmen (şişirici gazı sağlar) ve katalizör etmen (genelde amonyum fosfat olan süreci hızlandırır). Başlangıçta malzemenin içinde olan veya sonradan bir organik polimer üzerine kaplanan belli bileşenler, koruyucu bir bariyer oluşturmak için ya parçalara ayrılır ya da yoğun fazda yüksek sıcaklıkta diğer malzemelerle reaksiyona girerler ve burada polimerin parçalara ayrılmasıyla ortaya çıkan gaz nitelikli ürünler oluştuğu gibi tutulur. Yangın ile karşılaştığında şişme yapan kaplama polimer yüzeyde oluştuğu 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 oluşmasına 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 işlem olarak da polimerin yüzeyine doğrudan yanmayan tabaka uygulanması bu kez kabarma yapmayan kaplama oluşturur.

Azot içeren malzemeler alev geciktirici olarak kendi başlarına nadiren kullanılırlar ancak azot içeren bazı polimerler (aromatik polimerler, yün veya ipek gibi doğal malzemeler) yapılarında doğal olarak gelişmiş 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 soğutur, bu şekilde yanma reaksiyonlarını yavaşlatır. Azot içeren alev geciktirme sistemleri aynı zamanda şişme 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 işlem ile su atacak şekilde bozulmaya uğrar daha sonra soğur 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 sağlanır 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 işlemini artırır.

Brom esas olarak ya antimon oksit (çinko borat) yerine, tekstil gibi selülozik malzemelerle veya gevşek dolgu izolasyonunda (boraks veya boraks/borik asit karışımı) kullanılır. Çalışma mekanizması genellikle yoğun fazın üzerinde donuk kalıntılar oluşumu kombinasyonu, kömürleşmenin artması ve gaz fazında ise su buharı salma şeklinde 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 eğer bir alev geciktirme sistemi belli bir kullanım için olan polimer üzerinde çok etkiliyse aynı polimerin başka bir maksat için kullanılması veya aynı amaç için başka 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 tutuşabilirlik, alev yayılması ve yanarak tükenme gibi her yangın özelliği üzerine olumlu etki yapar. Bu etkilerin hepsinin her olayda aynı anda gerçekleşmesi söz konusu değildir. 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 edilmişlerdir. Belli bir alev geciktiriciyi belli bir uygulamaya tahsis etmek imkânsızdır zira çeşitli uygulamalarda birçok farklı alev geciktiriciler veya tersi olarak çeşitli alev geciktiriciler birçok farklı uygulamada kullanılabilir.

Ahşap, yangın geciktirici olarak işlenmiş ağaç (YGOİA) elde etmek için, alev geciktiricilerle işleme alındığında çok farklı davranış gösterebilir. Standart ahşap paneller 7 ila 200 arasında alev yayma indeksi (ASTM E84 testinde) olan davranış sergilerler. Buna karşılık Alev Yayma İndeksi 25’in altında olan YGOİA paneller birçok uygulamada standart ahşap panellere nazaran tercih edilmektedir.

Son ısı çıkartma çalışması gerek düşük gerekse orta yoğunluktaki yonga levhaların en üst noktada ısı çıkartma oranlarının [konik kalorimetreyle] alev geciktirildiğinde azaldığını göstermiştir. Benzer sonuçlar karaçamda ve ısıl işlem görmüş çamda da mevcuttur. İncelenen her durumda işlenmiş ahşap malzeme aynı zamanda çok daha az tutuşabilir bulunmuştur.

Selüloz gevşek dolgu, oldukça zayıf bir yangın performansı göstermesine rağmen, çatı altlarının izolasyonu için kullanılır. Yönetmelik ve mevzuat ürünün bir kritik radyant akıyı karşılamasını olasını şart koşmaktadır. Bu yangın performansı sadece selüloz gevşek dolgu malzemesi genellikle brom malzemelerle olmak üzere alev geciktiricilerde işlenirse sağlanabilir.

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

Bu şart NEC’nin içine dahil edildikten sonra tavan arası kablo izolasyonları ve ceket kılıf malzemeleri için uygun yangın performansının alev geciktirici ile işlenmiş malzemeyle (genellikle birden fazla katkı sistemleriyle) sağlanabileceği anlaşılmıştır. Bu kablolardaki malzemelerde ve kabloların kendileri üzerinde küçük ölçekli ve orta ölçekli ısı çıkartma testleri yapılmıştır. Testler alev geciktirici maddelerle işlenmiş olanlarda işlem görmemiş olanlara nazaran alev yayılması ve ısı çıkartmada belirgin olarak düşme göstermiştir. Bunlar tipik olarak tavan aralarındaki kabloların NEC şartlarını sağlamalarında kullanılan maddelerdir. 

İngiltere’de kaplanmış mobilyalarda ve şiltelerde, yataklarda yangın testinin şartlarını sağlamaları için 1980’lerden beri poliüretan köpük kullanılmaktadır. Test, (standart bir kumaşla kaplandığında) köpüğün test minderinin uçlarına alevi sıçratmamasını gerektirmektedir. Poliüretan köpük kullanan mobilya ve şiltelerin büyük bir kısmı İngiltere’de köpük içine alev geciktirici katarak yapılmaktadır.

Konik kalorimetre ile yapılan ısı çıkartma testleri BS 5852 çocuk yatağı 5 şartlarını sağlayan kumaş ve alev geciktirici ile işlenmiş köpüğü olan sistemlerin alev geciktiricili olmayan sistemlere nazaran çok daha düşük ısı çıkartma oranı sergilediklerini göstermiştir. İlave olarak bu sistemlerde tutuşma olmamaktadır, çocuk yatağındaki alev söndüğü anda, yangının durmaktadır.

BS 5852 çocuk yatağı 5 köpüğü içeren gerçek bir kanepeyi (İngiltere’de alınan) alev geciktirici ile işlenmemiş bir kanepeyle (ABD de alınmış) karşılaştıran tam skalalı testler benzer etkiler göstermektedir: İngiltere’den alınan kanepe tutuşmamış, buna karşılık ABD’den alınan kanepe aynı ateşleme kaynağı kullanıldığında tutuşmuş ve söz konusu kanepe içinde bulunduğu kompartımanın (başka bir cisim yoktur) aniden alevlenmesine neden olacak kadar ısı çıkartmıştır.

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

Test birbirine eşit iki kanepe üzerinde yapıldı (kanepelerden biri alev geciktirici içermeyen köpük diğerinde ise CA TB 117 alev geciktiriciyle işlenmiş köpük kullanılmıştı). Test TB 117 köpük kullanılan kanepenin alev geciktiricili köpük kullanılmayan kanepeyi kolaylıkla tutuşturan ateşleme kaynağıyla tutuşmadığını gösterdi. Köpük kullanılan kanepenin tutuşması için çok daha büyük bir ateşleme kaynağına ihtiyaç duyuldu ve tutuşma öncesi epey zaman geçti.

Tutuşma meydana geldikten sonra her iki kanepe de içinde bulundukları kompartımanın aniden alevlenmesine neden oldu. Son çalışma ciddi bir ateşleme kaynağına maruz kalan (her TB 133 için 80 s süreyle 19 kW) üzeri kaplanmış iki mobilya test örneği karşılaştırıldığında, alev geciktirici içeren kumaş ve TB 117 köpük kullanılan koltuğun ateşleme kaynağı kaldırıldığında yanmasının söndüğünü, buna karşılık alev geciktiricili malzeme içermeyen eşdeğer koltuğun tamamen yandığını gösterdi.  Aynı zamanda CA TB 117 köpüğün alev geciktirici içermeyen köpüğe nazaran daha az ısı çıkardığı da görüldü.

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

Bu çalışmada içlerinde alev geciktirici olan ve olmayan ancak bunların dışında birbirleriyle tamamen aynı beş ürün yapılmıştır. Alev geciktirici olarak geliştirilen 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 gerekmiştir. Çalışma uygun alev geciktiriciler seçilmesi halinde yangın ve can güvenliğinin toplam ısı çıkartılmasının 750 MJ’den 250MJ’ye düşürülmesiyle, toksit gaz çıkışının üç faktör azaltılmasıyla ve kütle kaybının yarıya düşürülmesiyle arttırılacağını ve bunun yanında kaçış için verilen sürenin de 113 s’den 1789 s’ye yükseleceğini göstermiştir. 

Özet olarak alev geciktirici ürünler oldukça düşlük bir yangın tehlikesi oluşturmaktadır. Yazarlar alev geciktirici ürünlerin her zaman yangın tehlikesini düşürmede etkili olmadığını belirtmiş ve bunun genellikle seçilen sistemin etkili olmaması ve ürünün yapısına katılan alev geciktiricilerin yetersiz seviyede veya uygun olmayan maddeler olmasına bağlı olduğunu belirtmişlerdir.

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

Marcelo M. Hirschler GBH International firması başkanıdır.