Ahşap Endüstrisi İçin Diizosiyanat Yapıştırıcılar

Yazının orjinal Kaynağı: www.floor.com.tr

1966 yılında NOVAPAN firmasının Göttingen (Almanya) de başlattığı çalışmalar sonucunda Difenilmetan-Diizosiyanat olarak isimlendirilen yapıştırıcı ile üretilen levhanın direnç ve dayanıklılık özellikleri fenol formaldehitle üretilmiş yonga levhalardan daha üstün olduğu bulunmuştur (Deppe, Ernst 1971). Bu ilk araştırmadan sonra, endüstriyel olarak yonga levha üretiminde ancak 1973 yılından itibaren kullanılmaya başlanabilmiştir (Steiner, Chow 1980). Sadece Almanya’da 1984 yılında toplam yonga levha üretiminin % 13’ ünde polimer- difenilmetandiizosiyanat (PMDI) veya bunun diğer yapıştırıcılarla kombinasyonu kullanılmıştır (Schriever 1986). Endüstriyel kullanım sürecinin oldukça uzun olmasının nedeni birçok faktörle ilgili olduğu ifade edilmektedir. Bunlar; 1. yapıştırıcı olarak ilk değerlendirildiği zamanlarda, özellikle yonga levhanın pres plakalarına yapışması, dolayısıyla yonga levhaların dış tabakalarında farklı yapıştırıcıların kullanılmasının gerekliliği,  2. Toksin özellik göstermesi ve buhar basıncının düşük olması, 3- Kontrplak üretimine uygunluğunun tartışılır olması, 4. Suyla seyreltilmelerinin mümkün olmayışı, (bu husus emülsiyon olarak üretilmeleri ile kısmen çözülmüştür), 5- Fiyatlarının yüksek olması, 6- Böylesi farklı yapışma sistemine göre aşırı bir dirence sahip olmamalarıdır. Odun işleyen endüstrilerde daha sonraları yaygınlaşan kullanımları bu problemlerin bir kısmının iyi bir şekilde çözümlendiklerinin bir kanıtı olarak gösterilmektedir (Pizzi 1994).

Günümüzde bu yapıştırıcıların mükemmel odun tutkalları olduğu şüphesizdir. Çünkü; böyle güçlü bir yapışmanın ancak lignoselülozik bir materyal ile reçine arasındaki yüksek miktarda kovalent bağ oluşumu ile gerçekleştiği düşünülmektedir. Diizosiyanatların tutkal özellikleri temelde -NCO gruplarının reaktivitesine dayanmakta ve odun selülozunun hidroksil grupları ile üretan köprüleri kovalent bağlar oluşturmaktadır. Böylece rutubete ve seyreltik asitlere karşı dirençli, oldukça güçlü bağlar oluşturarak odun ile kimyasal olarak bağlanmış olmaktadır. Wittmann ve Lehnert’e (1974) göre odun malzemeler için izosiyanatların yapıştırıcı olarak kullanımında; a) su, b) selüloz ve hemiselülozların hidroksil grupları, c) lignin ve sepi maddelerinin hidroksil grupları, d) poliglukuron asiti, üron asiti ve ligninin COOH grupları ile ana reaksiyonlar oluşabilmektedir.

İzosiyanat Yapıştırıcıların Avantaj ve Dezavantajları

İzosiyanat yapıştırıcılarının kullanılmasının diğer yapıştırıcılara göre bir çok avantajı mevcuttur. Bunlar:

1- Yüksek yapışma ve kohezyon direnci: ÜF ve FF tutkalları odun ile daha zayıf mekanik bağlar oluşturdukları halde izosiyanatlar bir çok materyal de dahil olmak üzere, oduna ve odun içerisindeki su ile de kimyasal olarak bağ oluşturmaktadırlar.

2- Formülasyonunun esnek oluşu: İzosiyanatlar ÜF, FF ve diğer su bazlı tutkalların pek çoğu ile karıştırılmak üzere emülsiyon şeklinde üretilebilirler ve hem doğal hem de odundan türeyen ürünler, farklı alkol gruplarının hemen-hemen tüm türleri ile üretan oluşturmak üzere formüle edilebilirler. Bu durum tutkal özelliklerinde ve dolayısıyla kullanımında geniş bir çeşitlilik sağlar.

3- Su bazlı olarak hazırlanmaya uygunluk: ÜF ve FF reçinelerinin aksine izosiyanatlar % 100 sıvı reçine olarak hazırlanabilir.

4- Sertleşme sıcaklığı ve hızının değiştirilebilirliği: İzosiyanatlar oda sıcaklığında (katalizör ile) veya yüksek sıcaklıklarda sertleştirilebilir, aminler gibi katalizörler sertleşme hızını arttırabilir.

5- Mükemmel yapısal özellikler: Bu özellikler izosiyanatların bağlanma karakteristiklerinden ve çapraz bağlanma ve çalışma ağı oluşturma potansiyeline sahip farklı polimerler ile formüle edilebilirliklerinden kaynaklanmaktadır.

6- Yüksek rutubet içeriklerinde kullanılmaya uygunluk: Yapıştırma esnasında izosiyanatlar kolaylıkla su ve odun içerisindeki hidroksil grupları ile reaksiyona girebilmekte ve böylelikle su molekülleri ile bağ yaparak sıcak presleme esnasında yüksek rutubet içeren levhaların patlama (buhar kabarcığı oluşumu) eğilimini ortadan kaldırmaktadır. Izosiyanatlar % 20 rutubete sahip yongalarla direnç azalması meydana gelmeksizin bağ oluşturabilmekte, böylelikle kurutma maliyetlerinde tasarruf sağlamaktadır.

7- Formaldehit emisyonunun olmaması: Normal presleme şartlarında izosiyanatların sertleşmesi veya izosiyanatlarla yapıştırılmış levhalardan kaynaklanan hiçbir zehirli gaz çıkışı tespit edilmemiştir. Yine izosiyanatlarla üretilmiş levhaların yakılması halinde de zehirli gaz çıkışı belirlenmemiştir. Bu yapıştırıcı ile üretilmiş levhaların önemli bir pozitif özelliği formaldehitin ayrışmamasıdır. İzosiyanatla yapıştırılmış yonga levhaların PMDI emisyonu deney odasında yapılan testte sınır değerin altıda bulunduğu ifade edilmektedir. Almanya da çalışma alanlarında PMDI’ nin kabul edilebilir maksimum konsantrasyon değeri 0,1 mg/m³ tür.

8- İyi ıslatabilme ve su almanın daha az olması; İzolasyon levhası üretiminde kullanılan ve diğer sentetik reçinelerle yapıştırılması güç olan çeşitli yıllık bitkilerin sap ve meyve kabukları ile ağaç kabukları için de uygundurlar.

Pek çok avantajının yanında izosiyanatların kullanımlarında dikkate alınması gereken bazı dezavantajları da mevcuttur. Bunlar:

1-Yüksek reaktivite: İzosiyanatlar metallerle (pres plakaları ve pres ile) bağ yapabilmekte ve ÜF ve FF reçinelerine göre kullanılabilme süresi önemli ölçüde kısalabilmektedir. Deri üzerindeki nem ile veya izosiyanat atomları veya izosiyanat kaplı odun tozlarının solunması halinde akciğerlerdeki su ile reaksiyonu da mümkün olabilmektedir. Bu nedenle reçinenin uygulanmasından preslemeye kadar geçen süre içersinde büyük bir tehlike potansiyeli oluşturmaktadır. Dolayısıyla reçinenin sertleşmesine kadar uygulanan işlemler esnasında düzenli tedbir alınmalı, yeterli havalandırma sağlanmalı ve deri ile teması halinde derhal temizlenmelidir (Wilson 1981). PMDI, buhar, toz ya da aerosol olarak solumun yoluyla vücuda ya da göz içine de ulaşabilir. Özellikle su ile kolay bağ oluşturması nedeniyle insan vücudun ıslak kısımlarında (göz, burun içi) nem ve albümin ile de reaksiyona girer. Her ne kadar pratikte kullanılan PMDI düşük buhar basıncına sahipse de, özellikle yüksek sıcaklıklarda, PMDI tozları ve aerosolun insanlar üzerinde etkisi görülebilir (Kharazipour 1996).

2- Maliyetinin yüksek olması: ÜF ve FF reçineleri ile mukayese edildiğinde maliyetleri oldukça yüksektir. Bununla birlikte maliyetlerin belirlenmesi için daha kısa presleme süresinin, daha az miktarda reçine kullanımı ile yapıştırmanın ve daha yüksek taslak rutubeti dolayısı ile kurutma giderlerindeki tasarrufun da dikkate alınması gerekmektedir.

3- Dayanımının sınırlı oluşu: İzosiyanatlarla yapıştırılmış örneklerin kuru test edilmesinde elde edilen mükemmel sonuçların aksine yaş haldeki örneklerin dayanımı ancak ona göre çok daha ekonomik olan FF ile mukayese edilebilecek ölçüdedir.

4- Depolanma ve taşıma işlemlerindeki zorluklar: PMDI hava rutubeti ile reaksiyona girerek katılaşır. Çözülmeyen poliüre ve karbon dioksit yapıştırıcı çözeltinin yüzeyinde bir kabuk tabakası oluşturur. PMDI çözeltisinin yüzeyinde poliüre tabakasının oluşumundan sonra, bunun altında bulunan isosiyanat havada mevcut sudan daha az etkilenmesine rağmen, kuru ortamda depolanması gereklidir. Depolama tesislerinde mevcut havalandırma deliklerinde kurutma filtresi bulunmalıdır (kurutma maddeleri; silika jel veya kalsiyum klorür). Depolama sıcaklığının 20 ± 10 °C olması tavsiye edilmektedir. Daha düşük sıcaklıklarda tutkalın depolandığı tankta yavaş oluşan kristalimsi bir tortu meydana gelir. Bu bakımdan 10 °C den daha düşük sıcaklıklarda depolanmamalıdır. Isıtılabilir bir tankta depolanmışsa yaklaşık 60 °C de kısa süreli bir ısıtmayla kristal tortu çözülerek eski haline dönüşebilir. Ancak bu husus için bir garanti verilememektedir. Taşıma işlemleri, hava sıcaklığının yukarıda belirtilen kabul edilebilir değerlerden farklı olması durumunda, dış hava şartlarından etkilenmeyecek şekilde izole edilmiş araçlarla yapılmalıdır. Depolama süresi birçok faktöre bağlı olmakla beraber, kuru ve oda sıcaklığında depolamada en az 6 ay garanti edilebileceği ifade edilmektedir (Schriever 1986). Depolama tanklarında materyal olarak kullanılan besleme boruları, pompalar vb. döküm, yumuşak plastik ve kauçuktan üretilmiş olmamalıdır. Çalışma sıcaklığı 35 °C ye kadar ise dövme çelikten yapılan teçhizatlar kullanılabilir. Modifize edilmiş PMDI ler için daha yüksek sıcaklıklarda ise paslanmaz çelik tavsiye edilmektedir. Pompalar – en iyisi vidalı veya dişli- mekanik conta ile paslanmaz çelik bir mile sahip olmalıdır. Kirlenmiş kısımları temizlemek için ethoksiyetanol kullanılmalıdır (Ernst 1985).

Fenol, Üre ve Tanen Formaldehit Reçineleri ile Diizosiyanatların Birlikte Polimerizasyonu

Mükemmel performanslı odun tutkalları üretmek maksadı ile diğer reçine türleri ile polimerik izosiyanatların (MDI) birlikte değerlendirilme imkanları artan bir ilgiyle devam etmektedir. Bu ilginin bir çok nedeni vardır. Bunlar;  1- Polimerik diizosiyanatlar kadar mükemmel performanslı ancak daha düşük maliyetli tutkallar üretmek, 2- polimerik diizosiyanatların mevcut zehirlilik etkisini azaltmak, 3- düşük viskozitesi, yüksek akışkanlık nedeniyle tek başına kontrplak üretimine uygun olmayan bu tutkalları kontrplak endüstrisi için uygun hale getirmek ve 4- performanslarını iyileştirmek olarak sıralanabilir (Pizzi 1994).

Son yıllara kadar diizosiyanat ve poliüretan kimyası ile ilgili bilgiler neticesinde MDI-Fenol formaldehit, MDI-Melamin Formaldehit veya MDI-Üre Formaldehit reçine karışımlarındaki izosiyanat gruplarının sadece su ile reaksiyona girebileceği ve böylelikle MDI deaktivasyonuna neden olacağı düşünülmekteydi. Ancak İzosiyanat grubunun resol FF reçinesinde mevcut metilol (-CH2OH) grupları ve MF ve ÜF reçinelerinde mevcut aynı derecede reaktif bu gruplar ile oldukça hızlı bir şekilde reaksiyona girebileceği göz ardı edilen bir durum olarak kalmıştı. Bu göz ardı edilen husus, ilk olarak 1981 de gerçekleştirilmiş ve birçok araştırmaya yol açan temeli teşkil etmiştir. Bu tutkalların endüstriyel anlamda ilk uygulamaları kontrplak üretimi için MDI-Fenol Formeldehit ve yonga levha üretimi için MDI-Tanen Formaldehit olup her ikisi de 1990 yılında gerçekleştirilmiştir. Başlangıçta metilol içeren bu FF resolü, FF reçinesinin hidroksibenzilalkol kısmındaki izosiyanatlar ile reaksiyona girer. Bu reaksiyon MDI’nin sudaki deaktivasyonunda beklenilenden çok daha hızlıdır. Bu polimer ilk kez MDI’nin endüstriyel olarak kontrplak üretiminde kullanılabilmesine olanak sağlamıştır. Böylece FF reçinesinin bile sağlayamadığı kadar iyi sonuçlar elde edilmiştir. Daha kısa pres süresi, daha yüksek kaplama rutubetine rağmen, daha ucuz olan FF reçinesi ile birlikte kullanılarak suya dayanıklı kontrplakların üretilmesi sağlanmıştır (Pizzi 1994). MDI-tanen formaldehit kombinasyonu ise ilk kez endüstriyel anlamda dış ortamlarda değerlendirilebilecek performansı yüksek yonga levha üretimi için kullanılmıştır. Günümüzde içinde diizosiyanatların yer almadığı daha iyi ve daha ucuz çam taneni tutkalları mevcut olmakla birlikte bu karışım Güney Amerika’da hala endüstriyel olarak kullanılmaktadır. Metilol içeren diğer reçineler az miktardaki diizosiyanatlar ile mükemmel kombinasyonlar sağlamaktadır. Son zamanlardaki en ilginç uygulama lignin ile birlikte kullanımıdır. Dış maksatlı yonga levha üretimi için hızlı presleme imkanı sağlayan bu uygulamada lignin oranı % 60 tan fazla bulunmaktadır.

ÜF reçinesini kontrplak üretimi için melamin reçinesine yakın veya daha iyi bir performansa sahip hale getirmek amacıyla MDI’nin kullanımı da rapor edilmektedir. Yine kontrplak üretimi için nişasta ile kullanımı ilginç sonuçlar vermiştir. Kontrplak üretiminde yapıştırıcı olarak kullanımı için yapılan bir çalışmada, tanen, lignin, nişasta ve lignosüfanatla modife edilerek değerlendirilmiş ve yapışma direnci açısından başarılı sonuçlar alınmıştır (Dix 1987).

Sonuç

İzosiyanatlar odun endüstrilerinde kullanılan diğer sentetik reçinelerden oldukça farklı özelliklere sahip bulunmaktadır. Birçok faydalı özellikleri yanında kullanımı sırasında karşılaşılan sakıncalı yanları odun işleyen endüstrilerinde kullanıcıların bu ilginç yapıştırıcıya yaklaşımını geciktirmiştir. Ancak günümüzde çeşitli sentetik reçinelerle modifize edilerek kullanılması durumunda birçok olumsuz özelliğinin çözülmesi önemini daha da artırmıştır. Özellikle dış ortamlarda kullanılacak yonga levha ve kontrplakların üretiminde değerlendirilebilecek direnç özellikleri göstermesi, pres süresinin kısa olması, kaplama yada yongaların rutubet değerlerinin yüksek olabilmesi, formaldehit emisyonu probleminin olmaması gibi faydalı özellikleri, bu endüstrilerde kullanılan yapıştırıcılar arasında payını artacağı düşünülmektedir.

5846 sayılı yasa gereği lütfen gerektiği gibi kaynak göstermeden alıntı yapmayınız

---

Kaynaklar

Deppe, H.J., Ernst, K., Isocyanete als Spanplattenbindemittel. 29, (2), 45 – 50, 1971.

Deppe, H.J., Ernst, K., Taschenbuch der Spanplatten. DRW-Verlag, 1991. Dix, B., Untersuchungen zur Verleimung von Furniersperrholz mit modifizierten Diisocyanat-Klebstoffen. Holz als Roh- und Werkstoff 45, 487-494, 1987.

Ernst, K., Erfahrungen mit Isocyanaten in der Spanplattenindustrie. Holz als Roh- und Werkstoff, 43, 423-427, 1985. Kharazipour A., Enzyme von Weißfäulepilzen als Grundlage für die Herstellung von Bindemitteln für Holzwerkstoffe. Frankfurt am Main; Sauerländer’s Verlag, 1996.

Pizzi, A., Advenced Wood Adhesive Technology, Marcel Dekker, Inc., Newyork and Basel, 1994.

Schriever, E., Diisocyanat- und Polyurethanklebstoffe für Holz und Holzwerkstoffe, 2. überarbeitete Auflage. FhG-WKI-Bericht Nr. 14, Braunschweig, Deutschland.

Steiner, P.R, Chow, S., Vadja, S., Interaction of Polyisocyanate Adhesive With Wood, Forest Product Journal, 30(7), 21-27, 1980.

Wilson, J.B., Isocyanate Adhesives as Binders for Composition Board, Wood Adhesives-Research, Application, and Needs Symposium, University of Wisconsin, September 23-25, 1980.

Wittmann, O., Lehnert, H., Diisocyanate als Bindemittel zur Herstellung von Holzwerkstoffen mit Diisocyanaten. Holz-Zentralblatt Nr. 59, 913–915.