BUĞDAY SAPLARINDAN (Triticum aestivum L.) KOH-HAVA YÖNTEMİYLE ÜRETİLMİŞ KÂĞITLARIN SU EMİCİLİĞİNİN TAYİNİ (COBB METODU)

Transkript

1 Bartın Orman Fakültesi Dergisi 2009, Cilt: 11, Sayı: 16, 1-5 ISSN: EISSN: BUĞDAY SAPLARINDAN (Triticum aestivum L.) KOH-HAVA YÖNTEMİYLE ÜRETİLMİŞ KÂĞITLARIN SU EMİCİLİĞİNİN TAYİNİ (COBB METODU) Ayhan GENÇER* 1, Hüdaverdi EROĞLU 1, Ufuk AYAZ 2 1 Bartın Üniversitesi, Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü, BARTIN 2 Orman Endüstri Mühendisi ÖZET Bu çalışmada buğday saplarından (Triticum aestivum L.) KOH-Hava Metduyla KOH ranı %14 ve sıcaklık 110 C sabit alınarak 60, 90 ve 120 dakika süre ile 3 ayrı pişirme yapılmıştır. 20 SR, 35 SR ve 50 SR de üretilmiş kâğıtların su emiciliği (Cbb 30 ) değerleri ölçülmüştür. Aynı pişirme şartlarında hamurda dövmenin artmasıyla Cbb 30 değerinin azaldığı gözlenmiştir. Ayrıca, değişik pişirmelerde sıcaklık arttırıldıkça Cbb 30 değeri azalmıştır. Anahtar Kelimeler: Buğday Sapı (Triticum aestivum L.), KOH-Hava, Kâğıt Hamuru Üretimi, Su Emiciliği, Cbb Testi, DETERMINATION OF WATER ABSORPTION (COBB METHOD) VALUES OF WHEAT STRAW (Triticum aestivum L.) PAPER MANUFACTURED BY KOH-AIR METHOD ABSTRACT In this study, 3 different cking f wheat straw (Triticum aestivum L.) were carried ut using KOH air methd with 14% KOH rati at 110 C temperature fr 60, 90 and 120 minutes. Water absrptin (Cbb 30 ) values f papers prepared at 20 SR, 35 SR and 50 SR were measured. It was bserved that as beating was increased Cbb 30 value was decreased fr the same cking cnditins. Mrever, during cking applicatins, increasing temperatures caused decrease n Cbb 30 values. Keywrds: Wheat straw (Triticum aestivum L.), KOH-Air, Pulp Prductin, Water Absrptin, Cbb Test. 1. GİRİŞ Tahıllar, özellikle buğday, dünyanın başlıca gıda kaynaklarıdır. Buğday sapı, buğday üretiminden elde edilen bir yan üründür. Buğday sapı verimi agrnmik ve klimatik faktörlere bağlı larak 1 kg tane için 1.3 kg dır (Mntana et al., 1998). Ülkemizde işlenen tarım alanları içerisinde tahılların ranı %52 dir. En fazla ekim alanı ile buğday tahıllar arasında ilk sırayı almaktadır (Yıldırım, 2001). Buğday saplarının bir kısmı saman larak hayvan beslenmesinde kullanılmakta, büyük bir kısmı da atıl larak tarlalarda kalmaktadır. Buğday sapları başlıca %38 selülz, %14-15 lignin ve %32-34 pentzanlardan luşur. Buğday saplarının içerdiği selülz miktarı genel larak dundan daha azdır. Ancak, lignin miktarının dundan daha az lması (Erğlu, 1980; Deniz, 1994), pişirme sırasında yngalama masrafının lmaması, kendine has kâğıt üretilebilmesi bakımından önemli bir hammaddedir. Yıllık bitkilerin alkali kşullarda dun yngalarına göre delignifikasyna daha klay uğradıkları bilinmektedir (Zhai and Lai, 2000). Yıllık bitkilerden kâğıt üretiminde en yaygın kullanılan buğday sapıdır. * Yazışma yapılacak yazar: ayhangencer61@htmail.cm Makale metni tarihinde dergiye ulaşmış, tarihinde basım kararı alınmıştır.

2 A. Gençer, H. Erğlu, U. Ayaz Bartın Orman Fakültesi Dergisi Buğday sapı narin ve kısa liflidir. Böylece iyi frmasynlu, kapalı yüzeyli (deliksiz) ve baskı kalitesi yüksek kağıtlar üretmeye uygundur (Wagberg et al., 1990). Mevcut asit yöntemlere kıyasla, alkali yöntemlerle elde edilen kâğıtlar daha dayanıklı lup, üretim maliyetleri ve yöntemin kirletici özellikleri daha azdır (Cruse and Duglas, 1991). Ayrıca, buğday sapları çevresel larak kabul edilebilir sülfürsüz prsesler için uygun bir hammaddedir (Sun et al., 1997). Bütün kağıt ve lignselülzik levhalar, selülzun hidrfilik yapısı nedeniyle az veya çk su emerler. Selülzun su emme özelliği kurutma ve temizlik kâğıtlarında önemli bir avantajdır. Kâğıt ve levhalar kullanım yerine göre test edilirler. Ambalaj kâğıtları ve trba kâğıtları kullanım yerlerine göre sıvı veya yaş malzemelerle temasa maruz kalabilirler. Örneğin et ambalajında kullanılan kâğıtlar kan ve kan serumuna karşı emicilik testine tabi tutulur. Yazı ve baskı kâğıtları mürekkep ve su emiciliklerine göre test edilirler. Bu kâğıtlar mürekkebi yüzeyde tutulmalıdır, tamamıyla kâğıdın içine emilmemeli ve dağıtılmamalıdır (Casey, 1960). Bazı kâğıtlar su veya rutubetli ürünlere maruz bırakıldığında uzun süre dayanıklı ise kuvvetli yapışmış, kısa süreli maruz kalma veya ani temasta su emiciliği yüksek ise zayıf yapışmış larak adlandırılırlar. İyi yapışmış kâğıt ve levhalarda örnekler arasında fark azdır. Bunun nedeni da sıcaklığında suyun deney örneklerine penetrasynunun az lmasıdır. Farkları ölçebilmek için deney süreleri gerektiği kadar uzatılmalıdır. Kâğıdın su emiciliği (Cbb değeri): Belirtilen bir süre içinde, belirtilen şartlar altında 1m 2 kâğıt veya kartn tarafından emilen su kütlesidir. Hamurların vereceği kâğıtların özellikleri ağaç türüne ve kullanılan yönteme bağlı larak değişmekle beraber dövme ile nihai özelliklerine ulaşır. Bu nedenle aynı pişirme kşullarında elde edilmiş bir hamurdan değişik özelliklerde kâğıtlar elde etmek mümkündür (Erğlu, 2003). Cbb değeri, kâğıdın su esaslı mürekkeplerle kullanımı için genel bir fikir vermesine rağmen, baskı ve yazı özelliklerinin değerlendirilmesinde yeterli değildir. Hamur üretiminden snra elenen hamurdan kâğıt üretmek için hamur dövülür. Bu işlem hamurun vereceği kâğıdın fiziksel ve ptik özelliklerini belirleyen en önemli faktördür. Orta derecede dövme kâğıdın yapışma özelliğini iyileştirir. Fakat aşırı dövme zararlıdır (Swansn et al., 1971). Test süresi; incelenen kâğıt veya kartnun su emicilik özelliğine göre seçilir. Kâğıt üretilirken hamura hidrfb madde ilave edilip edilmemesi ve edilmiş ise ilave edilen hidrfb maddelerin özellikleri ve ranı dikkate alınarak deney süreleri için bir ön fikir elde edilebilir. Tavsiye edilen deney süreleri 30, 60, 120, 300 ve 1800 saniye lup, sembl larak deneyin yapıldığı süre alt indis larak gösterilir. Örneğin, bu testler 30 saniyede yapılmış lup, Cbb 30 şeklinde gösterilir. Oda sıcaklığında kuvvetli yapışmış kâğıtlarda suyun kâğıda penetrasynu ldukça zayıftır. İyi yapışmış kağıtlarda farkı anlamak için deney sürelerini uzatmak gerekir (Swansn et al.,1971). 2. MATERYAL VE METOT Bu çalışmada tam kuru buğday sapı ağırlığına ranla %14 KOH, 110 C sıcaklıkta 60, 90 ve 120 dakikada ayrı ayrı pişirilen buğday saplarından (Triticum aestivum L.) değişik Schpper indislerinde üretilen kâğıtların Cbb değerleri ölçülmüştür. Cbb değeri ölçülürken 30, 60, 120, 300 ve 1800 saniye sürelerden biri kullanılır. Deney süresi ile kâğıtların su emicilik değerleri arasında ters bir rantı vardır. Çalışmamızda üretilen kâğıtlarda hiçbir hidrfb madde kullanılmamıştır. Çğunlukla bu tür kâğıtların su emicilik değerleri yüksektir. Bu nedenle, ölçümlere 30 saniyeden başlanılarak süre artışı ile devam edilmesi planlanmıştır. Cbb 30 değerleri standarda göre srunsuz larak ölçülmüştür. Ancak, sürenin 60 saniyeye çıkarılması durumunda kâğıtların bünyesine fazla su nüfuz etmiş, tutturma alanı etrafında sızıntılar lmuş ve kurulamadan snra fazla su gösteren numuneler reddedilmiştir. 60 saniyede reddetme yüzdesi 20 den fazla lduğundan standart gereği süre 30 saniye larak tayin edilmiştir. Bu standart, luklu mukavvalar dâhil yüzeyi tutkallı kâğıt ve kartnların belli şartlar altında su emiciliğidir. Gramajı 50g/m 2 den düşük lan kâğıt veya kabartmalı kâğıtlar için uygun lmayabilir. En basit biçimiyle deney 2

3 Buğday Saplarından (Triticum aestivum L.) KOH-Hava Yöntemiyle Üretilmiş Kağıtların Su Emiciliğinin Tayini (COBB Metdu) aleti; pürüzsüz, düzgün yüzeyli sert bir tabandan luşan bir silindirdir. Silindirin iç çapı 112,8±0,2 mm.dir. Silindirin kâğıda değen alanı kâğıdı kesmeyecek şekilde düzgünleştirilmiştir. Ayrıca, kâğıtla silindir arasına, içeri taşmayacak şekilde, sızdırmaz bir cnta yerleştirilmiştir. Silindirin yüksekliği 50mm dir. Ancak, kullanılan suyun yüksekliği 10mm lması yeterlidir. Deney örneğini kurulamak için kullanılan metal merdane pürüzsüz yüzeyli, 90±10 mm çapında, 10±0,5kg kütlede bir silindirdir. Kurutma kağıdı 250±25 g/m 2 lik gramaja sahiptir (ISO ). Kullanılan düzeneğin alanı 100 cm 2 dir. Deney aparatı alanının daha fazla lması avantajlıdır. Çünkü, kağıttaki lkal değişiklikleri minimize eder, snuçlar daha bjektif lur. Alan küçüldükçe lkal değişikliklerdeki hata payı artar. Kullanılan su damıtık ve deiynizedir. Suyun sıcaklığı deney sırasında kâğıtların test sıcaklığına getirilmiştir. Görünür katlanma, kırılma veya diğer kusurları deney numuneleri ISO 186 ya göre seçilmiştir. Deney numunesi, atmsferde veya ISO 187 de belirtilen şartlarda kndisynlanmıştır. Örnekler, kndisynlama şartlarında hazırlanmıştır. İşlem sırasında örnek yüzeyine çıplak elle temastan kaçınılmıştır. Örnekler hazırlanırken örnek çapı silindirin dış çapından 10 mm daha büyük alınmıştır. Bu örneklerden her bir ölçüm için 10 ar adet hazırlanmıştır. Deney süresi suyun ilk kez numune ile temas ettiği an ile suyun bşaltıldıktan snra kurutma kâğıdı ile kurulamanın başladığı an arasında geçen süredir. Bu deneyde bu süre 30 saniye alınmıştır. Ölçümler deney örneklerini kndisynlamadaki atmsfer şartlarında yapılmıştır. 1 mg yaklaşımla tartılan deney örnekleri silindirin altına yerleştirildikten snra içerisine deiynize su ilave edilmiştir. Bu sırada, suyun silindir dışına sızdırma yapıp yapmadığına dikkat edilmiştir. Sızma yapan örnekler hatalı kabul edilerek tekrarlanmıştır. Kurutma, kurutma kâğıdının ıslak numune üzerine yerleştirilip ilave kuvvet uygulamadan, merdanenin kendi ağırlığı ile bir ileri bir geri yuvarlanması ile yapılmıştır. Su emmiş haldeki örnekler, tartım tamamlanıncaya kadar, rutubet kaybetmemesi için, ıslak yüzey içe gelecek şekilde katlanarak tartılmıştır. Cbb değerinin hesaplanmasında aşağıda verilen frmülden yararlanılmıştır: Cbb= (m 2 -m 1 )xf (1) Bu frmülde; M 2 : deney numunesinin yaş kütlesi (g), M 1 : deney numunesinin kuru kütlesi (g), F: /deney alanı (bu deneyde 100) dir. Cbb; 1m 2 kâğıdın emdiği su miktarının g cinsinden değeri lduğundan, F değeri hesaplanırken 1m 2 =100cmx100cm=10.000cm 2 ve deney alanı 100cm 2 lduğundan 1m 2 lik alan 100 e bölünmüştür. 3. SONUÇLAR Tabl 1 Çeşitli pişirme şartlarından elde edilmiş kağıt hamurlarından değişik serbestlik derecelerinde üretilen kağıtların Cbb 30 değerleri KOH Oranı (%) Hamur Pişirme Şartları Pişirme Sıcaklığı Pişirme Süresi ( C) (dak.) SR Cbb

4 A. Gençer, H. Erğlu, U. Ayaz Bartın Orman Fakültesi Dergisi Çğu dun dışı lignselülzik hammaddelerin lifleri kısa ve birçk lifsel lmayan maddeler (örneğin paranşim ve taş hücreleri) içermektedirler. Bu hücreler, pişirme işlemleri sırasında liflerden farklı özellikler gösterir. Buğday sapı duna ranla çk daha heterjen bir maddedir. Sapın bğumlar arası iç kabuğu hücrelerinden elde edilen hücreler ldukça uzun (rtalama mm) ve sivri uçlu, ince liflidir. Bununla birlikte, liflere ek larak buğday sapı, aynı zamanda öz, düğüm, kuru kısım ve epidermal hücrelerden, testere dişli hücrelerden ibaret kısa ve lifsiz hücreleri de içermektedir. (Erğlu, 1980; Deniz, 1994). Dövme kâğıdın nihai özelliklerini belirleyen en önemli faktör lduğundan, birbirinden şekil ve byut larak farklı lan bu hücreler dövme sırasında süre arttıkça kısmen birbirine benzemektedir. Ancak, dövme sırasında bazı liflerin kâğıt yapımına uygunluğu artarken bazılarının ise azalabilir (Lönnberg, 2005). Üretilecek kâğıdın özelliklerine uygun hamur elde edilince dövme işlemi snlandırılmalıdır. Kâğıt veya levhanın su emmeye karşı direnci sadece liflerin yüzey karakterlerine bağlı değil safihanın yapısına (prların yapışması, yğunluğuna, yüzey muamelesine) bağlıdır (Rberts, 1997). Tabl 1 de KOH ranı %14 ve sıcaklık 110 C sabit alınarak aynı pişirme süresinde 20 SR, 35 SR ve 50 SR de serbestlik derecelerinde üretilen kâğıtlarda hamurda dövmenin artmasıyla Cbb 30 değerinin azaldığı görünmektedir. Bunun nedeni; dövme ile liflerin incelmesi ve kâğıtta lifler arasında suyu emen kılcal kanalların daralmasıdır. Sıcaklık lignselülzik maddelerin fiziksel, kimyasal ve yapısal özelliklerini etkiler. Termal bzunma için tek başına yüksek sıcaklık yeterlidir. Ancak, kâğıt hamuru üretiminde sıcaklığa ek larak, kimyasal maddelerin, basıncın ve pişirme süresinin etkisine bağlı larak daha düşük sıcaklıklarda lignselülzik maddelerin yapısında bzulmalar lur. Bunun için sıcaklığın termal bzunma seviyesine çıkması gerekmez. Diğer etkenlerin de bzucu özelliklerinden dlayı, termal bzunma sıcaklık seviyesinin çk altında bzunmalar klaylıkla lur. Bu nedenlerden dlayı, kâğıt hamuru üretiminde pişirme süresinin de hamurun nihai özelliklerine, dlayısıyla üretilen kâğıtların özelliklerine etkisi çktur (Fengel and Wegener, 2003). Lignselülzik maddelerin yapısında bulunan hemiselülzlar rutubet alışverişinde çk etkilidir. Özellikle dallanmış yapıda lanlar, düz selülz zincirine benzeyenlerden daha klay rutubet almaktadır. Alkali pişirmelerde alkali knsantrasynu ve pişirme süresi arttıkça selülz ve hemiselülzların degredasynu da artmaktadır (Berggren et al., 2002). Bu degradasyn hemiselülzlarda alkali hidrlizle (yavaş prses) ve syulma ile labilir. Syulma daima indirgen uçta başlar ve zincirde daima bir indirgen uç bırakır (Sundberg and Hlmbm, 2005). Alkali pişirmelerde dunda bulunan hemiselülzların bazıları tamamen çözünür. Bir kısmı ise kısmen çözünmeden kalır. Bu durum tamamen ağaç türü veya hemiselülzun yapısına bağlıdır. Dallanmış yapıdaki hemiselülzlar daha çk bzunmaktadır. (Gellerstedt, 2001). KOH ranı %14 ve sıcaklık 110 C sabit alınarak pişirme süresinin artması ile (60, 90 ve 120 dakikalık pişirmelerde) aynı serbestlik derecelerinde süre arttıkça Cbb 30 değeri azalmıştır. Bu ise artan pişirme süresi ile hemiselülzların degredasynundaki artıştan kaynaklanmıştır. TEŞEKKÜR Çalışmamıza maddi destek sağlayan ZKÜ Araştırma Fnu na teşekkür ederiz. Deneylerin yapılmasına lanak sağlayan Oyka Kâğıt Ambalaj Sanayi ve Ticaret A.Ş. ye teşekkür ederiz. KAYNAKLAR Berggren. R. Mlin, U. Berthld, F. Lennhlm, H. and Lindström, M Alkaline Degredatin f Birch and Spruce: Influence f Degredatin Cnditins n Mlecular Mass Distributins and Fibre Strenth, Carbhydrate Plymers, Elsevier. Casey, J.P. 1960, Palp and Paper Chemistry an Chemical Thechnlgy, Secnd Editin, Vlume: I. Cruse, B.W. and Duglas, G. W Alkaline Papermaking: an verview, Tapi Vl. 74 N: 7, pp Deniz, İ Buğday (Triticum aestivum L.) Saplarının Ön Desilikasynu ve Bu İşlemin O2-NaOH Kâğıt Hamurları Üzerine Etkileri, Dktra Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, 201 sayfa, Trabzn. Erğlu, H O2-NaOH Yöntemiyle Buğday (Triticum aestivum L.) Saplarından Kâğıt Hamuru Elde Etme Olanaklarının Araştırılması, Pişirilmesi ve Kâğıt Hamurlarının Araştırılması, Dçentlik Tezi, KTÜ Orman Fakültesi, Trabzn. Erğlu, H Kâğıt ve Kartn Üretim Teknljisi, Yayın N: 90/6, Ders Ntları 623 sayfa, Trabzn. Erğlu, H Kâğıt Hamuru ve Kâğıt Fiziği, Ders Ntları, Z.K.Ü. N:27, 144 sayfa 4

5 Buğday Saplarından (Triticum aestivum L.) KOH-Hava Yöntemiyle Üretilmiş Kağıtların Su Emiciliğinin Tayini (COBB Metdu) Fengel, D. and Wegener, G. 2003, Wd Chemistry Ultrastructure Reactins, Verlac Kessel, München, Germany. Gellersted, G. 2001, Pulping Chemistry, Wd and Cellulsic Chemistry, Marcel Dekker, Inc., New Yrk/Basel. 914 pp. ISO 186 Paper and Bard-Sampling t Determine Average Quality. ISO 187, 1977, Paper, Bard and Pulps Standard Atmsphere fr Cnditining and Testing and Prcedure fr Mnitring the Atmsphere and Cnditining f Samples. ISO 5269/1, 1979, Pulps-Preparatin f Labratry Sheets fr Physical Testing-Part1: Cnventinal Sheet- Frmer Methd. ISO 8787 Paper and Bard Determinatin f Capillary Rise-Klemm Methd. Lönnberg, B New Develpment in Cellulse Technlgy, Plysaccharides Structural Diversity and Functinal Versatility, Secnd Editin, Marcel Dekker, New Yrk. Mntana, D, Farril X., Salvad, J., Jllez, P., and Chrnet, E Applicatin f Steam Explsin t the Fractinatin and Rapid Vapr-Phase Alkaline Pulping f Wheat Straw,, Bimass and Bienergy Vl. 14, N:3, pp , Elsevier Science Ltd. Printed in Great Britain. Rbert, J.C Paper Chemistry, Blackie Academic &Prfessinal, 263 pp. Sun, R. C., Lawther, J.M., and Banks, W.B Physic-Chemical Characterizatin f Orgnslve Lignins frm Wheat Straw, Cellulse Chemistry and Thecnlgy, 31, pp, Sundberg, A. and Hlmbm, B. 2005, Wd and Fibre Chemistry, Labratry f Wd nd Paper Chemistry, Ab, Finand, 97 pp. Swansn, J. W., Ralp W. K. And Rbert, G.M The Prcess f Sizing, in Internal Sizing f Paper and Paperbard, TAPPI, Mngraph N:33, pp 193, New Yrk. Yıldırım, Ş Avrupa birliği ve Türkiye de Tarımsal Yapı ve Verimlilik, Milli Prdüktivite Merkezi Yayınları N:69, Ankara, ISBN , 131 sayfa. Wagberg, L., Zha, X.P., Fineman I., and Li, F.N Effect f Retentin Aids n Retentin and Dewatering f Wheat Straw Pulp, TAPPI Vl: 73, N:4177,182 pp. Zhai, H., Lai, Y.-Z. 2000, The Unique Features f Nn-Wd in Alkaline Delignificatin, Furth Internatinal Nnwd Fibre Pulping and Papermaking Cnference, Vlume:1, Jinan, Shadng Prvince, P.R. China. 5