Development of cornstarch and tannin-based wood adhesives for interior particleboard production
İç uygulamalarda kullanıma uygun olan yonga levhalar için mısır nişastası ve tanen bazlı ahşap reçine geliştirilmesi
- Tez No: 764311
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KIZILCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 136
Özet
Ağaç bazlı panel endüstrisi günlük yaşantımızda sıklıkla kullandığımız mobilya, parke gibi ahşap bazlı panelleri endüstriyel ölçekte üreten önemli bir endüstridir. Ahşap bazlı panel endüstrisinde sıklıkla üretilen en önemli ürünlerden biri yonga levhadır. Yonga levha 3 katmanlı kompozit bir üründür. İki yüzey katmanı ve bir çekirdek katmanından oluşur. Çekirdek katmanda kullanılan yongalar, yüzey katmanında kullanılanlardan daha büyüktür. Yonga levha üretimi genel olarak tomrukların yonga haline getirilmesi ve meydana getirilen yongaların bir termoset reçine ile karıştırılarak sıcak presde preslenmesiyle meydana gelir. Dolayısıyla yonga levha üretiminde odun hammaddesinin yanı sıra kullanılan termoset reçine de son ürünün final özellikleri açısından oldukça büyük bir öneme sahiptir. Ahşap bazlı panel endüstrisinde sıklıkla kullanılan termoset reçineler üre formaldehit, melamin formaldehit gibi formaldehit bazlıdır. Formaldehit bazlı reçinelerin sahip olmuş olduğu maliyet avantajı ve yüksek reaktiviteleri sıklıkla tercih edilmelerinin en önemli sebepleridir. Günümüzde ahşap bazlı panel endüstrisinin en önemli problemlerinden biri formaldehit emisyonudur. Formaldehit, kanserojen bir madde olarak sınıflandırılmakta olup insan ve çevre sağlığını tehdit etmektedir. Dolayısıyla, günden güne daha da kısıtlayıcı hale gelen formaldehit emisyonu limitleri mevcuttur. Ahşap bazlı panellerin formaldehit emisyonu etkileyen faktörlerden bazıları odun hammaddesinin kendi doğal içeriğinde bulunan formaldehit, kullanılan odun hammaddesinin türü, sıcak pres koşullarıdır. Bunların dışında levha formaldehit emisyonu üzerinde etkili olan en önemli faktörlerden birinin de bağlayıcı olarak kullanılan formaldehit bazlı termoset reçineler olduğu bilinmektedir. Bu reçinelerin polimerizasyona katılmayıp serbest kalan formaldehit içeriğinin ve özellikle de üre formaldehit reçinesinin nem ve sıcaklığa maruz kaldığında hidrolize uğrayup formaldehit açığa çıkarmasının levhaların formaldehit emisyon değerlerini arttırdığı bilinmektedir. Formaldehit bazlı reçinelerin formaldehit emisyonuna sebebiyet vermesinin yanı sıra petrokimyasal hammaddelerden üretiliyor olması da önemli dezavanatjları arasındadır. Formaldehit bazlı reçinelerin sebebiyet vermiş olduğu formaldehit emisyonu ve petrokimyasal hammaddelerden sentezleniyor olmaları, hem sektörü hem de akademiyi formaldehit bazlı reçinelere performans ve maliyet açışından alternatif oluşturabilecek sürdürülebilir hammadde kullanımı ile sentezlenebilecek reçine çalışmalarına itmiştir. Tez kapsamında, iç mekan uygulamalarına uygun yonga levha üretiminde kullanılmak üzere formaldehit içermeyen yenilenebilir reçine formülasyonlarının geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Tezin amacı doğrultusunda mısır nişastası ve tanen, kimyasal yapılarının uygunluğu ve yenilenebilirliklerinden dolayı reçine hammaddesi olarak seçilmiştir. Nişasta, bitkiler tarafından sentezlenebilen yenilenebilir bir polisakkarittir. Bol bulunması ve ucuz bir hammadde olması nedeniyle endüstriyel kullanıma uygundur. Nişasta monomeri anhidroglikoz birimidir. Anhidroglikoz birimleri birbirine glikozit bağları ile bağlıdır. Anhidroglikoz birimlerinin farklı bağlanması, nişastada iki farklı polimer yapısı oluşturur. Bu yapılardan biri lineer amilozdur ve anhidroglikoz birimlerinin α-1,4 glukozit bağları ile birbirine bağlanmasıyla oluşur. Diğeri dallı amilopektindir ve anhidroglükoz birimlerinin α-1,6 glikozit bağları ile birbirine bağlanmasıyla oluşturulur. Mısır nişastası, hidroksil grupları bakımından zengin bir kimyasal yapıya sahiptir ve bu da onu çapraz bağlama, oksidasyon vb. gibi birçok kimyasal modifikasyona uygun hale getirir. Ayrıca ucuz ve kolay temin edilebilen bir hammaddedir. Mısır nişastasının bu avantajları, ahşap bazlı panel endüstrisinde formaldehit bazlı reçinelere alternatif olarak nişasta bazlı reçinelerin kullanılabilirliğini incelememize olanak sağlamıştır. Ayrıca, nişasta bazlı reçine formülasyonunun geliştirilmesine ilişkin literatürde birçok çalışma bulunmakta olup, elde edilen sonuçların umut vaad edici olduğu belirlenmiştir. Sürdürülebilir bir hammadde olan tanenin fenolik kimyasal yapısı, ahşap esaslı panel endüstrisinde kullanılan termoset reçine üretiminde kullanım potansiyeli en yüksek hammaddelerden biri olmasını sağlamaktadır. Tanen, ağaç kabuğu gibi biyomalzemelerden ekstraksiyon yöntemi ile elde edilmektedir. Tanenleri hidrolize ve kondanse tanenler olarak iki kategoride incelemek mümkündür. Hidrolize tanenler, gallik, digallik ve ellagik asitlerin yanı sıra genellikle glikoz formunda olan şeker esterleri dahil olmak üzere farklı tipte birim yapılardan oluşur. Kondense tanenler, monoflavanoid veya flavonoid birimlerinin polimerizasyonu ile oluşmaktadır. Ahşap esaslı panel endüstrisinde kullanıma uygun tanen türü, kondense tanenlerdir. Mimoza kabuğu taneni, Quebracho öz odun taneni ve Çam kabuğu taneni en çok çalışılan kondense tanenlerdir. Tanen bazlı reçineler üzerine literatürde birçok çalışma bulunmaktadır. En çok çalışılan kondense tanenlerden biri Mimoza tanenidir. İlgili çalışma sonuçları incelendiğinde, tanen bazlı reçinelerin ahşap esaslı panel endüstrisinde formaldehit içermeyen reçine sistemlerinde kullanılabilecek en önemli adaylardan biri olduğu belirlenmiştir. Ahşap esaslı panel endüstrisinde kullanılacak reçine formülasyonlarının geliştirilmesinde uygun hammadde seçimi kadar reçinenin işlenebilirliği, reaktivitesi ve depolama ömrü de önemlidir. Mısır nişastası ve tanen esaslı reçineler üzerinde yapılan çalışmalar incelendiğinde, bu reçinelerin yüksek viskoziteye ve düşük reaktiviteye sahip olduğu görülmüştür. Yüksek viskoziteli reçine, proseste karmaşık ekipmanların kullanılmasını gerektirir ve reçinenin talaşlar üzerinde homojen olarak dağılmasını engeller. Bu nedenle reçine işlenebilirliğini zorlaştırır. Öte yandan düşük reaktivite, proseste yüksek miktarda reçine kullanımına neden olur ve sıcak preste levha matın preslenme süresini arttırır. Bu nedenle, levha üretim maliyeti artmaktadır. Ayrıca, mısır nişastası bazlı reçineler üzerinde yapılan çalışmalar incelendiğinde reçine stabilitesinin düşük olduğu görülmüştür. Reçinenin düşük stabilitesi reçinenin depolama ömrünü kısalttığından, reçinenin endüstriyel ölçekte kullanımını sınırlandırmaktadır. TUBITAK 2244 Sanayi Doktora Programı kapsamında sektöründe ülkemizde lider durumda olan Kastamonu Entegre Ağaç Sanayi Tic. A.Ş. ve İstanbul Teknik Üniversitesi işbirliğinde gerçekleştirilen doktora çalışması kapsamında iç uygulamalarda kullanıma uygun yonga levha üretiminde kullanılmak üzere mısır nişastası – tanen içerikli reçine formülasyonları geliştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Tez kapsamında, literatürde mısır nişastası ve/veya tanen içeren reçinelere kıyasla stabilitesi, reaktivitesi, işlenebilirliği geliştirilmiş ve viskozite-katı içerik oranı optimize edilmiş reçine formülasyonlarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Böylece mısır nişastası ve/veya tanen bazlı reçinelerin endüstriyel ölçekte kullanımlarını önemli ölçüde sınırlayan dezavantajlarının ortadan kaldırılması hedeflenmiştir. Tez çalışmasının amacı doğrultusunda gerçekleştirilen literatür araştımaları sonucunda belirlenen reçine formülasyonları üzerinden öncelikle reçine sentezleri gerçekleştirilerek, reçinelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenmiştir. Uygun bulunan reçine formülasyonlarının performanslarının incelenmesi amacıyla laboratuvar ölçekli yonga levha üretimleri gerçekleştirilmiştir. Ürteilen yonga levhaların fiziksel ve mekanik testlerinin yanı sıra formaldehit emisyon testleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen levhaların formaldehit emisyonu perforatör metodu ile belirlenmiştir. Elde edilen fiziksel ve mekanik sonuçlar iç uygulamalarda kullanıma yönelik yonga levhalar ve özellikleri standardı olan TS EN 312 standardı P2 sınıfı limit değerleri göz önüne alınarak değerlendirilmiştir. Laboratuvar ölçekli yonga levhaların üretilmesi ve üretilen yonga levhaların fiziksel, mekanik ve perforatör testlerinin yapılması Kastamonu Entegre Ağaç Sanayi Tic. A.Ş. Ar-Ge departmanının desteğiyle gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasının amacı doğrultusunda, sürdürülebilir, çevre dostu, uygun maliyetli ve formaldehit içermeyen yeni mısır nişastası ve/veya tanen bazlı ahşap reçine formülasyonları geliştirilmiştir. Sentezlenen reçine formülasyonlarının katı madde içeriği, viskozite ve kürlenme zamanı açısından ticari olarak kullanılan formaldehit bazlı reçinelerle benzer olduğu belirlenmiştir. Reçine fiziksel özelliklerinin yanı sıra hazırlanan reçine formülasyonlarının yapı ve termal karakterizasyon çalışma sonuçları, kürlenmiş reçine yapısında istenen çapraz bağlı ağın başarılı bir şekilde elde edildiğini kanıtlamıştır. Ayrıca, önerilen reçine formülasyonlarının performansının belirlenmesi için laboratuvar ölçekli yonga levha üretimi gerçekleştirilmiştir. Üretilen yonga levhaların fiziksel, mekanik özellikleri belirlenmiş ve formaldehit içerikleri ölçülmüştür. Elde edilen tüm test sonuçları, sentezlenen biyo-bazlı reçine formülasyonları ile yapılan levhaların, ticari olarak kullanılan formaldehit bazlı reçineler ile yapılan levhalarla karşılaştırılabilir olduğunu ve genel olarak, Avrupa normlarına göre kuru ortamda (P2) kullanılan iç donanım panellerinin gereksinimlerini karşıladığını göstermiştir. EN 312 (2010). Ayrıca, geliştirilen biyobazlı reçine formülasyonları ile üretilen levhaların formaldehit içeriğini önemli ölçüde azaltılmıştır. Önerilen reçinelerle üretilen nihai levhaların düşük formaldehit içeriği reçineden değil, ahşap hammaddesinin doğal yapısından kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, tez çalışması kapsamında, iç sınıf yonga levhaların üretiminde kullanılmak üzere yüksek bir kullanım potansiyeline sahip olan biyo-bazlı mısır nişastası ve /veya tanen bazlı reçine formülasyonları elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Wood-based panel industry is an important industry that produces wood-based panels such as furniture and parquet, which we frequently use in our daily lives, on an industrial scale. Particleboard is one of the most important products frequently produced in the wood-based panel industry. Particleboard is a composite product. It is made by turning the logs into chips and pressing the formed chips in a hot press by mixing with a thermoset resin. Therefore, the thermoset resin used in particleboard production, as well as the wood raw material, is of great importance in terms of the final properties of the final product. Thermoset resins, which are frequently used in the wood-based panel industry, are based on formaldehyde such as urea formaldehyde and melamine formaldehyde. Cost advantage and high reactivity of formaldehyde-based resins are the most important reasons for their frequent preference. Today, one of the most important problems of the wood-based panel industry is formaldehyde emission. Formaldehyde is classified as a carcinogenic substance and threatens human and environmental health. Therefore, there are formaldehyde emission limits that become more restrictive day by day. Some of the factors affecting the formaldehyde emission of wood-based panels are the formaldehyde found in the natural content of the wood raw material, the type of wood raw material used, and hot press conditions. Apart from these, it is known that one of the most important factors affecting plate formaldehyde emission is formaldehyde-based thermoset resins used as binders. It is known that the formaldehyde content of these resins, which are not involved in polymerization and released, and especially when the urea formaldehyde resin is exposed to moisture and temperature, hydrolysis and release of formaldehyde increase the formaldehyde emission values of the boards. In addition to the fact that formaldehyde-based resins cause formaldehyde emission, they are produced from petrochemical raw materials. Formaldehyde emission caused by formaldehyde-based resins and their synthesis from petrochemical raw materials has pushed the industry and academia to resins that can be synthesized with the use of sustainable raw materials that can be an alternative to formaldehyde-based resins in terms of performance and cost. In the doctoral dissertation conducted in cooperation with Kastamonu Integrated Wood Industry, which is a global power in its sector, and Istanbul Technical University, it was worked on the development of resin formulations containing corn starch - tannin to be used in the production of particleboard suitable for internal applications. Physical and chemical properties of synthesized resins were determined. In order to examine the performances of suitable resin formulations, paticleboard production was carried out in laboratory scale. In addition to the physical and mechanical tests of the particleboards, formaldehyde emission tests were performed. The formaldehyde emission of the produced boards was determined by the perforator method. The physical and mechanical results obtained were evaluated by taking into consideration the particleboards for use in interior applications and their properties standard TS EN 312 standard P2 class limit values. Production of laboratory scale particleboards and physical, mechanical and perforator tests of the produced particleboards were carried out with the support of Kastamonu Integrated Wood Industry R&D department.
Benzer Tezler
- Elektro üretim yöntemiyle sodyum aljinat ve mısır nişastası içeren nanolif eldesine etki eden faktörlerin incelenmesi
Investigation of affecting factors on obtaining nanofibers with sodium alginate and corn starch via electrospinning
AYŞE GÜL ŞENER
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FİLİZ ALTAY
- Ekstrüzyon yöntemi ile besleyici değeri yüksek çerez tipi fonksiyonel bir ürün geliştirme
Development of a functional snack food product with high nutritive value by extrusion method
EMİR AYŞE ÖZER
Doktora
Türkçe
2007
Gıda MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiGıda Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. CAHİDE YAĞMUR
- C vitamini ve aspirin, mısır şurubu (fruktoz) tüketiminin oluşturduğu organ hasarlarına karşı koruyucu olabilir mi?
May vitamin C and aspirin be protective against organ damage caused by consumption of corn syrup?
ŞÜKRİYE YEŞİLOT
Doktora
Türkçe
2014
Eczacılık ve FarmakolojiSüleyman Demirel ÜniversitesiTıbbi Farmakoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EKREM ÇİÇEK
- Development of a snack type food product from corn starch -chickpua flour blends by extnision cooking
Mısır nişastası-nohut unu karışımı kullanılarak pişirmeli ekstruzyon yöntemi ile çerez tipi bir ürünün geliştirilmesi
HÜLYA KAPTAN
Yüksek Lisans
İngilizce
1996
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEYNEP KATNAŞ (HİÇŞAŞMAZ)
- Development of porous ceramics for air diffuser applications
Hava difüzörü uygulamaları için gözenekli seramik geliştirilmesi
ASLI KÜÇÜK
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Seramik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT AKKURT
DOÇ. DR. SELAHATTİN YILMAZ