2013, Ankara Kauçuk ve Plastik Ürünler İmalatı İş Kolunda Risk Esaslı Programlı Teftiş

58
Köpük Yapıcı Maddeler
Plastik köpük malzeme üretiminde, polimer esaslı matriste gaz kabarcıklarının oluşması için, fiziksel 
köpük yapıcılar (PBA) veya kimyasal köpük yapıcılar (CFA) kullanılır. Her iki metot da benzer işlemi ya-
par. Aralarındaki farklılık gazın üretim kaynağıdır. Köpüklenme esnasında gaz üreten kimyasal köpük 
yapıcılar, genellikle tepki ürünleridir. Fiziksel köpük yapıcılar ise, köpüklenme şartları altında polimer 
matrisin önemli bir bölümünü gaz haline getirir. Köpük yapıcının miktarı ve tipi bitmiş ürünün yo-
ğunluğunu ve hücre oluşumunu etkilemektedir.
Kimyasal Köpük Yapıcılar
Kimyasal köpük yapıcılar, işlem süresince ısının artmasıyla bozunan katkı maddeleridir. Bu katkıların 
ayrışması ile gaz üretilir. Hem organik hem de inorganik kimyasallar, kimyasal köpük yapıcı olarak 
kullanılır. Çok sayıda organik kimyasal köpük yapıcılar mevcut iken, oldukça sınırlı sayıda inorganik 
köpük yapıcılar mevcuttur. Kimyasal köpük yapıcılar (CFAs), ya toz formunda ya da granül formunda 
reçine ile birlikte işleme tabii tutulurlar.
Kimyasal köpük yapıcıları tanımanın diğer bir yolu ise kimyasal bozunmalarıdır. Eğer kimyasal köpük 
yapıcı, gaz üretmek için bozunma süresince ısı üretirse, ekzotermiktir. Reaksiyon süresince işlem ısısı-
nı emen endotermik köpük yapıcılarda ise, reaksiyon daha fazla kontrol edilebilir ve ekzotermik yapı-
cılara göre daha küçük hücre yapısı elde edilir. Ekzotermik ve endotermik köpük yapıcıların karışımı 
olan Endo/Ekzo-termik köpük yapıcılar, hem yüksek gaz ürünü avantajı hem de küçük hücre yapısı 
elde edilmesi nedeniyle son yıllarda artan bir şekilde kullanılmaktadır. Karışımın endotermik bölü-
mü çevrim zamanını azaltırken, ekzotermik bölümü ise elastomer gibi yüksek uzama kapasitesine 
sahip malzemelerin köpüklendirilmesinde gereklidir. En yaygın kullanılan kimyasal köpük ajanı H
2
N-
OC-N=N-CO-N
2
H yapısal formüllü ekzotermik Azodikarbonamit'dir ve genellikle ADC, AZ, ACZ veya 
ABFA olarak adlandırılır. Bu ürünler yaklaşık 200
o
C de bozunur ve köpük gaz ürünü 220 cm
3
/g’dır. 
Azodikarbonamit oldukça zararsızdır ve köpük oluşumunda sistemden ayrılan ürünleri daha tehli-
kesizdir. Bozunma süresince karbonmonoksit ve amonyak üretilir. Diğer ekzotermik kimyasal köpük 
yapıcılar OBSH (4,4’oxybis (benzensülfonhydrazide)) ve 5-PT (5-phenly tetrazole)’dür. Bu kimyasal kö-
pük ajanları içerisinde azodikarbonamit, kimyasal köpük yapıcı satışlarının %90’ını oluşturmaktadır.
Fiziksel Köpük Yapıcılar
Hücresel yapının şekillenmesi için işlem süresince faz değiştiren fiziksel köpük yapıcıları, uçucu gaza 
dönüşebilen sıvılar veya sıkıştırılmış gazlardır. Polimer içerisinde uçucu gaza dönüşebilen sıvılar, ısı ve 
basınçtaki azalma ile buharlaşacaktır. Tipik fiziksel köpük yapıcılar, uçucu gaza dönüşebilen klor-flor-
karbonlar (CFCs), hidro-klor-flor-karbonlar (HCFCs), hidro-flor-karbonlar (HFCs), hidrokarbonlar (bü-
tan, pentan, propan), alkoller, inert gazlar (CO
2
, N
2
, argon) ve su buharıdır.

---

59
Uzun zincirli hidrokarbon köpük yapıcılar (propan, bütan ve pentan) düşük uçuculuk nedeniyle dü-
şük yayınıma sahiptir. Bu düşük yayınım, hücreden gazın yavaş kaçışından dolayı hücre büyümesi 
kontrolünde büyük bir üstünlük sunar fakat özellikle kapalı hücreli köpüklerde daha büyük yangın 
tehlikesi içerirler. Ayrıca bu uzun zincirli köpük yapıcılardan yapılan polimerik köpük ürünler, köpük 
yapıcının tamamıyla ürüne etki edebilmesi için uzun depo zamanı gerektirir ve bu durum köpük 
ürünlerin maliyetini artırır. İnert gaz köpük yapıcıları (CO
2
, N
2
 ve argon), uzun zincirli köpük yapıcılara 
göre yüksek difüzyon özelliğine ve yüksek uçuculuğa sahiptir ve oldukça yüksek yoğunluklu köpük-
ler elde edilebilir. CO
2
, pahalı olmaması, zehir içermemesi ve çevreye tehlikesi bulunmaması (sıfır 
ozon tehlikesi) nedeniyle en çok tercih edilen inert gaz köpük yapıcısıdır. 1990’lardan beri sc-CO
2
 
olarak gösterilen süper kritik CO
2
 kullanılarak üretilen mikro-hücreli köpükler endüstride oldukça 
dikkat çekmektedir. Sc-CO
2
’nin, CO
2
 gazından avantajlı tarafı, polimer içerisinde daha fazla çözün-
mesi ve difüzyon özelliğidir. Böylece, gazın bozulma ve yayılma adımının sonuçlanması için gerekli 
zaman çok daha kısadır ve endüstriyel açıdan daha uygun hale gelir. Özellikle, son yıllarda sc-CO
2
,’in 
maliyetinin düşük olması, zehirsiz olması, yanmaz, kimyasal olarak inert ve kolay ulaşılabilir olması, 
süper-kritik şartlar (Tc:31.1
o
C, Pc:7.38 MPa) gibi istenilen özellikler nedeniyle SCF’nin en önemli köpük 
yapıcı olarak ortaya çıkmasına sebep olmuştur
Fiziksel köpük yapıcıların kullanımı, kimyasal köpük yapıcı kullanımına göre aşağıdaki üstünlükleri 
sağlar. Prosesin daha iyi kontrol edilebilmesi, elde edilen üründe istenmeyen atıkların daha az olması 
ve daha iyi hücre morfolojisine sahip ürünlerin elde edilmesi, daha ekonomik, genelde büyük hacim 
genleşme oranı üretmeleri ve işlem sıcaklığı sınırının olmayışı gibi üstünlüklere sahiptir.
Köpük Üretim Yöntemleri
Polimer köpük malzemeler, ekstrüzyon gibi sürekli proseslerle ve batch köpükleme, enjeksiyonla 
kalıplama ve döner kalıplama gibi süreksiz proseslerle üretilebilir. Tüm bu köpük malzeme üretim 
yöntemlerinde üç basit adım vardır. Bunlar; Karıştırma/doyma, hücre çekirdeklenmesi ve hücre bü-
yümesidir.
Batch Prosesi
Batch köpükleme işleminde; polimer malzeme ilk önce azot veya karbon dioksit gibi köpük yapıcı ile 
belirli bir sıcaklık ve basınç altında doymuş hale getirilir. Bu aşama doyma sıcaklığı ve doyma basıncı 
olarak adlandırılır. Daha sonra numunenin ısıtılması veya basıncın serbest bırakılması ile polimerde 
doymuş olan gazın çözünürlüğünün hızlı bir şekilde azaltılması sağlanır. Bu aşamada çekirdeklenme-
nin başlamasını sağlayan termodinamik kararsızlık meydana gelir. Numunenin köpük yapıcı ile doyu-
rulmasından sonra, hücre çekirdeklenmesi için farklı iki yöntem seçilebilir. Birinci yöntem; eğer doy-
ma sıcaklığı, numunenin camsı geçiş sıcaklığına yakın veya üzerinde ise (süper-kritik durum); doyma 
sıcaklığı köpükleme sıcaklığı gibi davranır. Numune, basıncın hızla serbest bırakılması ile bu sıcaklıkta 

---