Kaıt ve Karton Endüstrisinde Odun Dıı Lignoselülozik Liflerin Kullanımı

Transkript

1 Kaıt ve Karton Endüstrisinde Odun Dıı Lignoselülozik Liflerin Kullanımı Zehra Odaba-SERN & Esat GÜMÜKAYA KTÜ, Orman Fakültesi, Orman Endüstri Mühendislii Bölümü, Trabzon/Türkiye Özet Dünya da nüfus artı hızına paralel olarak kaıt tüketimi artarken, orman alanları giderek azalmakta ve hammadde sorunu ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, odun yerine odun dıı lignoselülozik maddelerin (buday, pamuk sapı, bambu, eker kamıı, kenaf vb.) kaıt ve karton endüstrisinde deerlendirilmesi önem kazanmakta ve her geçen yıl kullanımı artmaktadır. Çin ve Hindistan odun dıı lignoselülozik bitkileri kullanan balıca ülkelerdir. Yapılan bu çalımada, odun dıı lignoselülozik maddelerden elde edilen liflerin kaıt ve karton endüstrisindeki kullanım alanları ve oranları incelenmitir. Ayrıca bu liflerin kimyasal özellikleri, boyutları ve bazı ülkelerin odun dıı lignoselülozik hamur üretim kapasiteleri ile Türkiye ve dünyadaki tahıl üretim miktarlarına yer verilmitir Anahtar Kelimeler: Odun dıı lignoselülozik maddeler, kaıt hamuru, lif THE USE OF NONWOOD FIBERS IN PULP AND PAPERBOARD INDUSTRY Abstract Parallel to the increases in world population, consumption of paper are on the increase and this leads to raw materials problems. Therefore, the use of nonwood materials (wheat straw, cotton stalk, bamboo, bagasse, kenaf etc.) has gained tremendous attention in pulp and paperboard industry. China and India are the main countries used nonwood plants. In this study, the use of nonwood plants in paper and paperboard industry, the chemical composition and fiber dimensions of nonwoods are reviewed. Besides nonwood pulping capacities of some countries and the cereal production amount of Turkey and world are given. Keywords: Nonwood, pulp, fiber 1.GR Dünya da 38 milyon km 2 (URL1, 2006) olduu tahmin edilen orman alanları gün geçtikçe azalmaktadır. Ormanların bozunması dikkat çekici bir oranda artmakta olup bu oran yaklaık olarak 13 milyon hektar/yıl dır. Bozunma en fazla Güney Afrika da olup bu oran yılları arasında 4.3 milyon hektar/yıl dır. Bunu 4.0 milyon hektar/yıl ile Afrika takip etmektedir(fao, 2006).

2 Zehra Odaba v.d. Kaıt ve karton endüstrisinin ana hammaddesini ormanlar oluturmaktadır. Yıllık kaıt tüketimi dünyada 350 milyon tona ulamıtır. Son 15 yılda kaıt tüketimi yıllık %3 oranında artmıtır. Gelecekte bu oranın yıllık %2 den fazla olacaı tahmin edilmektedir. Yıllık %4 lük bir artıla büyüme en fazla gelimekte olan ülkelerde yani Çin ve Dou Avrupa da olması beklenmektedir. Geriye kalan Asya, Latin Amerika ve Afrika da ise kaıt tüketiminin yıllık %3 oranında artacaı tahmin edilmektedir. Buna göre dünyada kaıt üretim kapasitesinin 2020 den önce 500 milyon tona ulaması beklenmektedir (URL1, 2006). FAO nun 2005 yılında yayınladıı rapora göre Avrupa da yılları arasında yıllık kaıt ve karton üretiminin %2.6 ve tüketiminin ise %2.9 artacaı bildirilmitir. Bir baka deyile tüm Avrupa da kaıt ve karton üretimi 2000 yılında 51.0 milyon ton iken bu oranın 2020 yılında 83.7 milyon ton olacaı ve tüketimin ise yıllık 47.7 milyon ton dan 79.8 miyon tona a çıkacaı bildirilmitir(faob, 2005). Dünya da yıllık nüfus artıının %1.4 (FAO, 2006) olduu günümüzde okur yazarlık oranının ve yaam kalitesinin iyilemesiyle kaıt tüketimi daha da yükselecektir. Kaıt tüketimindeki hızlı büyüme lif talebinde bir artıa sebep olmakta buda kısıtlı orman kaynaklarını daha da zorlamaktadır. Kaıt endüstrisindeki büyümeyi sürdürebilmek yani artan hammadde ihtiyacını karılayabilmek amacıyla odun yerine ikame olabilecek alternatif lif kaynakları aratırılmaktadır. Alternatif lif kaynaklarına nonwood (odun dıı lignoselülozik maddeler) olarak adlandırılan yıllık bitki ve tarımsal artıklar girmektedir. Odunsu yapıya sahip olmayan ve selüloz içerii bakımından oduna yakın olan odun dıı lignoselülozik (ODL) maddeler, tüm dünyada kaıt ve karton üretiminde kullanılmaktadır. Kaıt hamuru için kullanılan en yaygın ODL maddeler ekin sapları, eker kamıı ve bambudur. Bu çalımada oduna alternatif olarak gösterilen ODL maddelerin kimyasal ve lifsel özellikleri, kaıt-karton endüstrisindeki kullanım alanları-oranları, bazı ülkelerin ODL hamur üretim kapasiteleri ile Türkiye ve dünyadaki tahıl üretim miktarları aratırılmıtır. 2. Bazı ODL Maddelerin Kimyasal ve Lifsel Özellikleri Farklı kimyasal özelliklere ve lif boyutlarına sahip olan ODL maddelerin lif boyutları Tablo 1 de ve kimyasal bileimleri Tablo 2 de verilmitir. 2

3 Tablo 1. Bazı ODL maddelerin lif boyutları Table 1. The fiber dimensions of various nonwood plants Yıllık Bitki Adı Lif Uzunluu (mm) Lif Genilii () Lümen Genilii () Çeper Kalınlıı () KAYNAK Abaca Musa textilis Atchison, 1983a Ayçicei sapı Helianthus annus L Bostancı, 1980 Bambu Pyllotachys bambusoides Deniz ve Ate, 2002 Buday samanı Triticum aestivum Erolu, 1980 Buday samanı Triticum aestivum Deniz, 1994 Çavdar samanı Secale cereale L Usta, 1985 Esparto Stipa tenacissima URL1, 2006 Fil otu Miscanthus sinensis URL1, 2006 Keten Linum usitatissimum Atchison, 1983a Göl kamıı Phragmites communis Kırcı, 1996 Kendir Cannabis sativa L Atchison, 1983a Jüt Corchorus spp Atchison, 1983a Kenaf soymuk lifi Hibiscus cannabinus Atchison, 1983a Kenaf öz Hibiscus cannabinus Atchison, 1983a Mısır sapı Zea mays Usta ve ark., 1990 Pamuk sapı Gossypium hirsutum Atchison, 1987 Papirüs Cyperus papyrus URL1, 2006 Pirinç samanı Rice wheat Atchison, 1983a Sisal Agave sisalana Atchison, 1983a Sorgum sapı Andopogon bicolor URL1, 2006 eker kamıı Saccharum officianarum Mabee ve Pande, 1997 Tütün sapı Tobacco straw Tank ve ark., 1985.Y.A Mabee ve Pande, 1997 Y.A Mabee ve Pande, 1997 Deiik lif boyutlarına sahip olan ODL maddelerinden optik, baskı ve direnç özellikleri çok iyi olan kaıt ürünleri elde etmek mümkündür(url1, 2006). 3

4 Zehra Odaba v.d. Tablo 2. Çeitli odun dıı lignoselülozik bitkilerin kimyasal bileimi Table 2. The chemical composition of different nonwood plants Hammadde Holoselüloz, Selüloz, α-selüloz, Lignin, ( %) Kül, ( %) Abaca Atchison, 1983a Arpa Samanı Atchison, 1983a Asma Dalı Garrote ve ark., 1999 Ayçiçei Sapı Rozmarin ve ark., 1998 Bambu Deniz ve Ate, 2002 Buday Samanı 74.50* 47.51* 38.2* 15.30* Ate, 1999 Çavdar samanı Usta, 1985 Esparto Atchison, 1983a Göl kamıı Kırcı, 1996 Kenaf Doan, 1994 Kendir Gümükaya, 2002 Keten Garrote ve ark., 1999 Mısır Sapı Usta ve ark., 1990 Pamuk Sapı Gencer, 1998 Pirinç Samanı Atchison, 1983a Sisal Atchison, 1983a eker kamıı Nassar, 1985 Tütün Sapı Tank ve ark., 1985 Yulaf Samanı Atchison, 1983a * : Kül düzeltilmesi yapılmı Alkol-benzen çöz., ( %) %1 NaOH çöz. Sıcak su çöz. Souk su çöz. Pentozanlar Silis ve silikatlar, ( %) 4

5 3. Kaıt ve Karton Üretiminde ODL Liflerinin Kullanımı Yapılan aratırmalara göre uygun bir ODL lif karıımının ve hamur üretim yönteminin seçilmesiyle istenen kalitede kaıt ve karton üretimi mümkündür. Tablo 3 de kaıt-karton üretiminde kullanılan veya potansiyel olabilecek ODL maddeler sıralanmıtır (Atchison, 1983b). Tablo 3. Kaıt-karton endüstrisinde kullanılan bazı ODL maddeler Table 3. Some nonwood plants used in paper-paperboard industry Adı Kaıt ve Karton Türü Kullanım Oranı Tamamlayıcı Hamur Abaca * eker Kamıı Bambu Süper ince, hafif kaıtlar, senet, para, deerli kaıtlar, çay poetleri, Pamuk veya odun hamuru filtreler Non-wovens Sentetik lifler Liner, ambalaj ve torba kaıdı eker kamıı veya saman hamuru Baskı ve yazı kaıdı Odun hamuru Mekanik baskı ve yazı kaıdı %20-40 odun hamuru, ta mekanik hamur Bristol levhaları Odun hamuru Temizlik kaıtları Odun hamuru Yalı kaıtlar Sülfit hamuru Dubleks ve tripleks Odun hamuru Ondüle kaıdı Atık kaıtlar Liner kaıt Kraft hamuru Ambalaj ve torba kaıtları Kraft hamuru Çimento torbaları Kraft hamuru Gazete kaıdı (Kimyasalmekanik) Kraft hamuru Gazete kaıdı (mekanik) Kraft hamuru Baskı ve yazı kaıdı Odun hamuru ve/veya saman veya seker kamıı hamuru Mekanik baskı ve yazı kaıdı Ta mekanik hamur Bristol levhaları Odun hamuru ve/veya eker kamıı hamuru Dubleks ve tripleks Odun hamuru ve/veya saman veya eker kamıı hamuru Liner kaıt Kraft hamuru Ambalaj ve torba kaıtları Kraft hamuru Çimento torbaları Kraft hamuru Gazete kaıdı Ta mekanik hamur Pamuk * Senet,tahvil, kitap,yazı kaıdı Odun hamuru Esparto Baskı ve yazı kaıdı Odun hamuru Hafif kaıtlar Odun hamuru Yazı ve kitap kaıtları Odun veya pamuk hamuru Hafif baskı ve yazı kaıtları Odun veya pamuk hamuru Süzgeç kaıdı Odun veya pamuk hamuru Para ve deerli kaıtlar Pamuk veya odun hamuru Sigara kaıdı Odun hamuru Sigara kaıdı Odun hamuru, eker kamıı, saman veya kenaf soymuk lifleri Hafif baskı ve yazı kaıtları Odun hamuru, keten, pamuk hamuru Süzgeç kaıdı Odun hamuru, keten veya pamuk hamuru Para ve deerli kaıtlar Keten, pamuk veya odun hamuru Tablo 3 ün devamı Baskı ve yazı kaıtları Odun hamuru Ambalaj ve torba kaıtları Odun hamuru veya bambu hamuru Baskı ve yazı kaıdı Odun hamuru, eker kamıı, saman, kamı veya bambu Mekanik baskı ve yazı kaıdı %20-40 odun hamuru, mekanik hamur Gazete kaıdı Odun, eker kamıı veya kenaf öz kısmından elde edilen mekanik hamur Çimento torbaları Kraft hamuru, eker kamıı veya saman Kenaf, soymuk Keten Kendir Jüt Lifleri Liner kaıtlar Kraft hamuru, eker kamıı, saman veya atık kaıtlar Sigara kaıdı ve dier hafif özel kaıtlar Odun hamuru, keten, kendir veya abaca Temizlik kaıtları Odun hamuru, eker kamıı, veya saman Aartılmı kartonlar Odun hamuru, eker kamıı veya saman

6 Zehra Odaba v.d. Gazete kaıdı (kimyasalmekanik) Odun hamuru Baskı ve yazı kaıdı kimyasal) Odun hamuru Mekanik baskı ve yazı kaıdı (kimyasalmekanik) Odun hamuru Ondüle kaıdı Atık kaıtlar Liner kaıt Kraft hamuru ve atık kaıtlar Çimento kaıtları Kraft hamuru Temizlik kaıtları Odun hamuru Aartılmı kartonlar Odun hamuru Baskı ve yazı kaıdı Odun hamuru Mekanik baskı ve yazı kaıdı %20-40 odun hamuru, ta mekanik hamur Dubleks ve tripleks Odun hamuru Ondüle kaıdı Atık kaıtlar Liner kaıt Kraft hamuru B sınıfı ambalaj kaıtları Atık kaıtlar ve/veya odun hamuru Baskı ve yazı kaıdı Odun hamuru Mekanik baskı ve yazı kaıdı %20-40 odun hamuru, ta mekanik hamur Yalı kaıtlar Sülfit hamuru Dubleks ve tripleks Odun hamuru Ondüle kaıdı Atık kaıtlar Saman kaıdı Atık kaıtlar B sınıfı ambalaj kaıtları Atık kaıtlar ve/veya odun hamuru Süper ince, hafif kaıtlar, senet, para, deerli kaıtlar, çay poetleri, Abaca, pamuk veya odun hamuru filtreler Non-wovens Sentetik lifler Yayın kaıtları Odun hamuru ve ta mekanik hamur Liner, ambalaj ve torba kaıdı eker kamıı veya saman hamuru Dipnotlar: Tanımlanmamısa ODL hamur, kimyasal veya yarıkimyasal yolla üretilmi demektir. Kraft ve sülfit: ne yapraklı kraft ve ine yapraklı sülfit hamuru-kaıt cinsine göre aartılmı, yarı aartılmı veya aartılmamı. Odun Hamuru: ne yapraklı sülfit, ine yapraklı kraft hamuru, bunların bir karıımı veya (eer ODL lifler çok salam veya küçük boyutlarda bulunuyorsa) yapraklı aaç kraft hamuru, ine yapraklı aaç hamuruyla ve/veya ine yapraklı sülfit hamuru ile karıtırılır. Odunsuz: Mekanik hamur içermeyen kaıt demektir. * sınırlı kullanımın ekonomik olduunu teknik olmadıını iaret etmektedir. Buday ve pirinç Kenaf, tüm sap Göl kamıı Sisal * samanı Yukardaki Tablo 3 de görüldüü üzere bazı kaıt türlerinde ODL hamur, odun hamuruyla veya baka lignoselülozik hamur ile kullanılabilmektedir. 4. Dünya ve Türkiye de ODL Hamur ve Tahıl Üretimi karıtırılıp kullanılacaı gibi %100 oranında tek baına da ODL hamuru üretiminde öncü ülkeler Çin ve Hindistan dır. Bu iki ülke dünyanın ODL hamur üretiminin %80 nini oluturmaktadır(jahan, 2003). Tablo 4 de bazı ülkelerin 2004 yılına ait ODL hamur kapasiteleri verilmitir (FAO, 2005a). Tablo 4. Bazı ülkelerin 2004 yılındaki ODL hamur kapasiteleri Table 4. Nonwood pulp capasity of some countries in 2004 Ülke Adı Kapasite (x1000) ton Arjantin 147 Avusturya 2 Brezilya 156 Kolombiya 166 Çek Cum. 6 Macaristan 30 talya 245 Japonya 8 Meksika 207 Pakistan 516 Güney Afrika 130 6

7 spanya 27 Tunus 12 Türkiye 119 ABD 173 TOPLAM 1944 Yukarıdaki Tablo 4 de görüldüü üzere Türkiye ton ODL hamur üretim kapasitesine sahiptir. Tablo 5 de dünyada tahıl üretiminde öncü ilk 5 ülkenin üretim miktarı ile dünyadaki yeri verilmitir(url2, 2006). Tablo yılında tahıl üretimde öncü ülkeler Table 5. Leading countries with cereal production in 2003 Ülke Adı Üretim (x1000 Ton) Dünyadaki payı Çin ABD Hindistan Brezilya Rusya Federasyonu Toplam Dünya Toplamı Yukarıdaki Tablo 5 de görüldüü üzere Çin ton tahıl üretimi ile dünyada ilk sırayı almıtır. Tabloda yer almayan Türkiye ise ton tahıl üretimi ile dünyada %1.48 lik paya sahiptir. FAO nun yayınladıı bir rapora göre 2030 yılında dünyada ton tahıl üretiminin olacaı tahmin edilmektedir (FAO, 2004). Tablo 6 da Türkiye de üretimi yapılan ODL maddelerin 2004 yılına ait üretim miktarları verilmitir (URL 3, 2006). Tablodan görüldüü üzere ülkemizde en fazla buday üretimi yapılmakta olup bunu eker kamıı izlemektedir. Tablo 6. Türkiye de ODL maddelerin üretim miktarı Table 6. The production amount of nonwood plants in Turkey Bitki Adı Üretim (ton) Buday (toplam) Arpa (toplam) Çavdar Yulaf Mısır Darı Pirinç Ku yemi 560 Sorgum 350 Kaplıca Mahlut Tritikale Toplam Tahıllar Ayçiçei Kendir 600 Keten 55 Pamuk (kütlü) Pamuk lintersi eker pancarı Tütün Genel Toplam

8 Zehra Odaba v.d. 5. SONUÇ ve ÖNERLER Orman kaynaklarının korunması amacıyla kaıt ve karton endüstrisi ilgisini atık kaıtlara ve ODL maddelere yöneltmi olup, son yıllarda yapılan bilimsel aratırmalar bu konu üzerinde younlamıtır. Yıllık bitki saplarının kısa sürede elde edilebilmesi, açık ve poroz yapıda olması nedeniyle hammadde kaynaı olarak kaıt endüstrisi için önemli avantajlara sahiptir. Ayrıca tarımsal atıkların kimyasal bileen oranları ve lif morfolojisi açısından da incelendiinde önemli bir hammadde kaynaı olduunu söylemek mümkündür. Tarımsal artıkların kaıt endüstrisinde kullanılmasıyla birlikte tarımsal artıkların imha edilmesinin önüne geçilerek çiftçiye ek bir gelir kaynaı salanması mümkün olacaktır. KAYNAKLAR Atchison, J.E., Data on Nonwood Plant Fibers, In: Ed. Hamilton, F., The Secondary Fibers and Nonwood Pulping, Third Edition, Tappi Press, Atlanta, USA. Atchison, J.E., 1983a. Data on Non-wood Plant Fibers, In: Ed. Kocurek, M.J. and Stevens, F., Properties of Fibrous Raw Materials and Their Preparation for Pulping, Vol.1, Third Edition, , Tappi Pres, Atlanta, USA. Atchison, J.E., 1983b. The Future of Non-wood Plant Fibers in Pulp and Papermaking, In: Ed. Kocurek, M.J. and Stevens, F., Properties of Fibrous Raw Materials and Their Preparation for Pulping, Vol.1, , Third Edition, Tappi Pres, Atlanta, USA. Ate, S., Buday (Triticum durum L.) Saplarından Sülfat Yöntemiyle Kaıt Hamuru Üretim Koullarının Belirlenmesi, KTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Lif ve Kaıt Teknolojisi ABD, Yüksek Lisans Tezi, Trabzon. Bostancı,., Ayçiçei (Helianthus annuus L.) Sap ve Köklerinin Kaıt Endüstrisinde Deerlendirme Olanakları, Doçentlik Tezi, KTÜ, Orman Fakültesi. Deniz,., Buday (Triticum aestivum L.) Saplarının Ön Desilikasyonu ve Bu lemin O 2 -NaOH Kaıt Hamurları Üzerine Etkileri, KTÜ, FBE, Doktora Tezi, Trabzon. Deniz,. and Ate, S., Bambu (Pyllotachys bambusoides) dan Kraft Yöntemiyle Kaıt Hamuru Üretim Parametrelerinin Belirlenmesi, II. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi, Cilt: III, Sayfa: , Mayıs 2002 Doan, H., Seka da Kenaf Çalımaları, Seka Dergisi, Sayı 50, Erolu, H., O 2 - NaOH Yöntemiyle Buday (Triticum aestivum L.) Saplarından Kaıt Hamuru Elde Etme Olanaklarının Aratırılması, Doçentlik Tezi, KTÜ, OF, 180s. FAO, Summary of World Food and Agriculture Statistics, Rome, Italy. FAO, Global Forest Resources Assessment 2005, Rome, Italy. FAO, 2005a. Pulp and Paper Capasities Survey , Rome, 192s., FAO, 2005b. European Forest Sector Outlook Study, Geneva., Garrote, G., Dominguez, H. and Paraj, J.C., Hydrothermal processing of lignoocellulosic materials, Holz als Roh-und Werkstoff, 57,

9 Gençer, A., Pamuk Saplarından (Gossypium hirsutum L.) MDF (Orta Younlukta Lif Levha) Üretimi Olanaklarının Aratırılması, ZKÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Orman Endüstri Mühendislii Anabilim Dalı, Yüksek Lisans Tezi, Bartın. Gümükaya, E., Kendir (Cannabis sativa L.) Soymuk Liflerinden Asidik ve Alkali Ortamlarda Üretilen Kaıt Hamurlarının Kimyasal ve Kristal Yapı Özellikleri, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Lif ve Kaıt Teknolojisi ABD, Doktora Tezi, Trabzon. Jahan, M.S., Future Fibers for Pulp Mills in Bangladesh, XII World Forestry Congress, 2003 Québec Cty, Canada. Kırcı, H., Soda-Oksijen Yöntemiyle Göl Kamıından (Phragmites communis L.) Kaıt Hamuru Üretim Koullarının Belirlenmesi, Doçentlik Tezi, KTÜ, Orman Fakültesi, Orman Ürünleri Kimyası ve Teknolojisi Anabilim Dalı, 85s. Mabee, W. and Pande, H., Recovered and Non-wood Fibre: Effects of Alternative Fibres on Global Fibre Supply, In: FAO Global Fibre Supply Study Working Paper No.4, Nassar, M. M., Kinetic studies on thermal degradation of nonwood plants, Wood and Fiber Science, 17(2), pp Rozmarin, GH., Cazacu, G., Toma, C., Nitá, M. and Ioanid, A., Anatomical and Morphological Organization and Ultrastructure of Furfural Lignocellulose from Sunflower Akenes, Cellulose Chemisrty and Technology, 32, 3-4, Tank, T., Bostancı,., Erolu, H., Enercan, S., Tütün Saplarının Kaıt Yapımında Deerlendirilmesi, Doa Bilim Dergisi, D2, 9, 3. URL1, Chempolis, URL2, Production of cereals and share in world, URL 3, DE, Tarla Ürünleri, Usta, M., Soda-Oksijen Yöntemiyle Çavdar (Secale cereale L.) Saplarından Kaıt Hamuru Üretim Koullarının Belirlenmesi, Yüksek Lisans T.,KTÜ,Orman Fakültesi, 133s. Usta, M., Kırcı, H. and Erolu, H., Soda-Oxygen Pulping of Corn Stalks (Zea mays indurata Sturt.), Tappi Pulping Conference, October, Canada,