III. Ulusal Karadeniz Ormancılık Kongresi 20-22 Mayıs 2010 Cilt: V Sayfa: 1819-1824 DOLGU MADDESİ OLARAK MEŞE PALAMUT UNU KULLANIMININ KAYIN VE OKUME KONTRPLAK LEVHALARINDA BAZI MEKANİK VE FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Hüseyin TAN 1 ve Gürsel ÇOLAKOĞLU 1 Rize Üniversitesi, Rize MYO, Mobilya ve Dekorasyon Bölümü, 53100 Rize, huseyin.tan@rize.edu.tr ÖZET Bu çalışmada meşe palamudu tozunun (vaks) kontrplak üretiminde dolgu maddesi olarak değerlendirilmesi imkanları araştırılarak, yapışma direnci, eğilme direnci ve elastiklik modülü üzerine etkileri incelenmiştir. Bu amaç için özel sektörden temin edilen meşe palamudu unu fenol formaldehit tutkalına ilave edilmiştir. Çalışmada 2 farklı ağaç türü (okume, kayın) kullanılmıştır. Deney kontrplakları okume ve kayın tomruklarından 2mm kalınlığında soyulan levhalardan 5 tabakalı olarak 8 (kg/cm²) basınç altında preslenerek üretilmiştir. Sonuç olarak meşe palamudu ununun ilavesi ile elde edilen kontrplakların çekme makaslama direnci standartlarda verilen değerlere uygun bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Dolgu maddesi, yapışma direnci, eğilme direnci, elastikiyet modülü. ABSTRACT In this labour, the affects on the module of elasticity and bending strength, adhesion strength are analysed by exploring the means of the use of acorn as filler at production of plywood. The acorn flour supplied from the private sector fort his purpose is added to the fenol formaldehit adhesive. In the labour two different kinds of trees are used.(okume and beech). Experimental plywoods are produced by pressing under the pressure of 8 (kg/cm²) as five layered groups from the plaques peeled in two cm s thick from okume and beech logs. As a conclusion, the strength of dagonality and hauling of the plywoods obtained with adition of the acorn flour is approved to the values in standards. Key Words: filler, adhesion strength, bending strength, module of elasticity 1. Giriş Kontrplak endüstrisinde günümüzde yapıştırıcı olarak, genel amaçlı kontrplaklar için üre formaldehit, yapı kontrplakları içi ise fenol formaldehit reçineleri kullanılmaktadır. Her iki tutkal tipine; kullanım yeri, odun türü, tutkallama metodları ve pres şartlarına göre çeşitli miktarlarda dolgu ve katkı maddeleri ilave edilmektedir. Bir çok literatürde kontrplak üretimi için, dolgu ve katkı maddelerinin tutkala ilavesiyle sağlanacak avantajlar belirtilmiş (5,7,8,9,10,11,12) ve genel olarak proteinli ve nişastalı maddeler katkı, ligno selülozik maddeler ise dolgu maddeleri olarak tanımlanmıştır (7,11,13). Kil gibi inorganik maddelerde dolgu maddelerinin bir alt grubu olarak gösterilmektedir. ASTM-D-1907-77 (1) de katkı maddeleri (Extender); Nisbeten az miktarda yapışma özelliğine sahip, birim alana sürülen esas yapıştırıcının miktarını azaltmak için tutkala ilave edilen maddeler olarak tanımlanmaktadır. Katkı maddesinin (Buğday, çavdar, patates, soya, mısır gibi proteinli ve nişastalı tahıl ve baklagil unları) tutkala ilavesiyle; tutkal karışımının vizkozitesi ayarlanmakta, makine ile sürülmesi kolaylaşmakta, kaplama yüzeyinin ıslanabilme yeteneği artmakta, tutkalın kaplama içerisine geçişini (penatrasyonunu) engellemekte, sertleşmiş üre 1819
reçinesinin gevrekliğini ve tutkal hattında oluşabilecek gerilimleri önemli oranda azalmakta ve sıcak preste tutkalın vizkozitesinin azalmasını engellemektedir (9). Ayrıca yoğunluğu fazla yapıdaki odunlarda daha güçlü adhezyon, tutkallanmış kaplamaların preslenmeden önce bekleme sürelerinde daha uzun tolerans ve ön preste odun ve tutkal arasında daha kuvvetli bağ oluşumu sağlamaktadır (12). Dolgu maddeleri genel olarak;1.lignoselülozik dolgu maddeleri (organik); a)furfurol yan ürünleri, b)ceviz gibi çekirdekli meyve kabuk unları, c)ağaç kabuk unları, d)odun tozları, e)kağıt hamuru atıkları (özellikle lignin), 2.İnorganik dolgu maddeleri (çeşitli killer) gibi sınıflandırılabilir (10). Dolgu maddeleri; kaplamalarda hücreleri, boşlukları, çatlakları ve diğer yüzey pürüzlülüklerini doldurarak poroziteyi azaltmakta ve böylece tutkal çözeltisi dolgu maddesi üzerinde yayılıp, odun tarafından tamamen absorbe edilmeyerek tutkal hattı üzerinde kalabilmektedir (12). Tutkal çözeltisi içinde sınırlı miktarlarda ve yeteri kadar inceltilmiş dolgu maddeleri yapışma direncini önemli oranda etkilememekte, oran arttıkça tutkal çözeltisinin kaplama yüzeyine makinelerle sürülmesi ve püskürtülmesi zorlaşmakta ve tutkal-odun bağının zayıflamasına neden olmaktadır. A.B.D de yapı kontrplaklarında katı haldeki FF tutkalına %25-30 oranında dolgu maddesi ilave edilmekte ve bu tür kontrplak üretiminde tüketilen toplam dolgu maddelerinin %35,5 kadarını Furafil teşkil etmektedir. Aynı ülkede ÜF tutkalının kullanıldığı genel amaçlı sert ağaç kontrplaklarında, katı haldeki tutkala oranla %8-15 arasında dolgu maddesi katılmakta ve bunun için daha çok ceviz kabuğu unu kullanılmaktadır. A.B.D de katkı maddesi olarak ÜF ve FF tutkalları için buğday (12), Almanya da ise çavdar unu tercih edilmektedir (9). Tutkal çözeltilerinde dolgu maddesi olarak; yonga levha zımpara tozları (6), odun tozları (4), öğütülmüş ibre yapraklar (2) ve kilin (13) değerlendirilmesi çalışmaları olup olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Dolgu Maddesi Olarak Meşe Palamut Unu (Vaks) Kullanımının Kontrplak Levhaların Bazı Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi isimli bu çalışmada ise katkı maddesi olarak meşe palamudu ununun (vaks); çekme makaslama, eğilme direnci ve elastikiyet modülü üzerine etkisi incelenmiştir. 2. Materyal ve Yöntem Bu çalışma için kayın ve okume tomruklarından elde edilen 2 mm kalınlığında ve 50x50 cm ebatlarında soyma kaplamalar kullanılmıştır. Kaplamalar % 4-6 rutubet derecesine kadar laboratuar tipi kurutma fırınında kurutulmuştur. Tutkal olarak %47 lik Fenol formaldehit (FF) reçinesi kullanılmıştır. Levha üretimi için Fenol Formaldehit (FF) tutkal çözeltisinin hazırlanmasında kullanılacak dolgu maddesi olarak; meşe palamut unu (vaks) kullanılmıştır. Hazırlanan tutkal reçeteleri şu şekildedir; Tablo 1. Gruplara Göre Çalışmada Kullanılan Tutkal Reçeteleri Grup Ağaç Türü FF reçinesi (B.A) Meşe Palamut Tozu (B.A) A Grubu (kontrol) Kayın 100 - B Grubu Kayın 100 30 C Grubu (kontrol) Okume 100 - D Grubu Okume 100 30 B.A=Birim Ağırlık 1820
Kaplamaların tek yüzüne 160 gr/m² tutkal sürülerek beş tabakalı kontrplaklar elde edilmiştir. Kontrplak taslaklarının preslenmesinde; pres basıncı 8 kg/cm², pres sıcaklığı 140 C ve pres süresi 10 dakika olarak uygulanmıştır. Üretilen kontrplak levhalar 20 C ve %65 bağıl nem koşullarında 2 hafta süre ile kondisyonlanmıştır. Bu süre sonunda levhaların mekanik ve fiziksel özellikleri belirlenmiştir. 2.1. Mekanik Özellikler 2.1.1. Çekme Makaslama Direnci ve Deney Örneklerinin Hazırlanması Üretilen kontrplak levhalarının yapışma direncinin tespit edilmesinde kullanılan çekme-makaslama direnci ve lif oranı yüzdesi testi, TS EN 314-1 (14) standardına göre yürütülmüştür. Bu standarda göre, 5 tabakalı kontrplak levhaları için hazırlanan çekmemakaslama direnci test örnekleri 6 saat süreyle 100 ºC suda kaynatılıp, 1 saat süreyle soğuk suda bekletilmiştir. TS EN 314-1 (14) standardına göre üretilen çekme makaslama deney örnekleri aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Şekil 1. Çekme Makaslama Direnci Deney Örneği TS EN 314-1 (14) Şekilde; I 1 : Makaslama uzunluğu ( 25 ± 0,5 mm ) b 1 : Makaslama genişliği ( 25 ± 0,5 mm ) I 2 : Sıkıştırma çenesi arasındaki minimum uzaklım ( 50 mm ) b 2 : Örnek yüzeylerine açılan kanalların Genişliği ( 2,5 4 mm ) Örnek kalınlığı = Levha kalınlığı Çekme-makaslama direncinin tespitinde aşağıdaki eşitlikten yararlanılmıştır: Fmax ÇM.. = (N/mm 2 ) Ib. 1 1 Eşitlikte; F max : Kopma anındaki maksimum yüktür. 2.1.2. Eğilme Direnci ve Eğilmede Elastikiyet Modülü Üretilen kontrplak levhalarına uygulanan eğilme direnci testi, TS EN 310 (15) standardına göre yürütülmüştür. Bu standarda göre hazırlanan eğilme direnci test örneği şekilde gösterilmektedir. 1821
Şekil 2. Eğilme Direnci Deney Örneği TS EN 310 (15) 2.2. Fiziksel Özellikler 2.2.1. Denge Rutubeti Miktarı Üretilen kontrplak levhalarının sahip olduğu denge rutubeti miktarları, TS EN 322 (16) standardına göre belirlenmiştir. Örneklerin rutubetli haldeki ağırlıkları ± 0.01 g hassasiyetli bir analitik terazide tartıldıktan sonra, 103±2 ºC sıcaklıktaki bir etüvde değişmez ağırlığa ulaşıncaya kadar kurutularak tam kuru ağırlıkları elde edilmiştir. Her test grubu için 20 şer adet örnek kullanılmıştır. 2.2.2. Özgül Ağırlık Özgül ağırlık; TS EN 323/1 (1999) de (17) belirtilen esaslara uygun olarak belirlenmiştir. 3.Bulgular 3.1. Mekanik Özellikler Kayın ve okume ağaç türlerinden üretilen 5 tabakalı kontrplakların; meşe palamudu unu kullanılmış (dolgulu) ve kullanılmamış (kontrol) gruplarının 20 şer adet örnekte; çekme makaslama, eğilme dirençleri ve elastikiyet modülü değerleri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. 1822
Tablo 2. Çekme Makaslama, Eğilme Dirençleri ve Elastikiyet Modülü Değerleri Çekme-Makaslama Direnci (N/mm²) Eğilme Direnci (N/mm²) Elastikiyet Modülü X s x s x S Kayın 1,495 0,252 60,64 4,02 3449,12 385,30 Kayın (Kontrol) 2,309 0,286 52,33 4,34 3065,17 320,36 Okume 1,690 0,142 44,92 2,59 1325,98 122,24 Okume (Kontrol) 1,767 0,166 38,23 5,76 1161,96 178,83 n: 20 adet x: Aritmetik ortalama s: Standart Sapma Tablo 2 den de görüleceği üzere meşe palamudu unu (vaks) ilave edilen kontrplak örneklerinin çekme-makaslama direnci değerleri düşmüştür. Fakat bu değerler TS EN 314 standartlarındaki alt limitin üstünde olduğu için üretim yapılmasını engellememektedir. (ÇOLAKOĞLU ve ÖRS (1992, 293)) e göre ÜF tutkalına fındık kabuğu unu katılarak üretilen kavak kontrplaklarının çekme-makaslama direncine etkisini (18) araştırmışladır. Bu çalışmada çekme-makaslama direnci değerlerinin düştüğü görülmektedir. Eğilme direnci değerleri her iki ağaç türünde de FF tutkalına meşe palamudu unu katılmış olan grupta kontrol gruplarına oranla yüksek olduğu gözlenmektedir. 3.2. Fiziksel Özellikler Kayın ve okume ağaç türlerinden üretilen 5 tabakalı kontrplakların; meşe palamudu unu kullanılmış (dolgulu) ve kullanılmamış (kontrol) gruplarının 20 şer adet örneğin özgül ağırlık ve rutubet değerleri aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Tablo 3. Özgül Ağırlık ve Rutubet Değerleri Özgül Ağırlık (g/cm³) Rutubet (%) Kayın 0,769 9,4 Kayın (Kontrol) 0,704 9,6 Okume 0,622 11,2 Okume (Kontrol) 0,532 10,9 4. Tartışma Günümüz ekonomik şartları göz önünde bulundurularak araştırmaya bakıldığında; gerek meşe palamudu ununun kullanım alanını arttırarak, gerekse fenol formaldehit gibi pahalı bir tutkala %30 oranında dolgu maddesinin katılmasıyla üretim maliyetinin azaltılması noktasında ciddi bir katkı sağlanmış olacaktır. Dolgu malzemesinin kullanımıyla, üretim esnasında oluşan yüzey bozukluklarının, poröz ve lifli yapının giderildiği gözlenmiştir. Kontrol levhaları üretiminde özellikle pres sonrası kontrplak iç tabakasından levha yüzeyine FF tutkalı sızması meydana gelmiştir. Fakat dolgulu üretimde bu tür üretim kusuruna rastlanmamıştır. 5. Sonuçlar Bu çalışma neticesinde sanayide kontrplak üretimi için yaygın bir şekilde kullanılan FF tutkalına meşe palamudu ununun katılmasıyla; çekme-makaslama direncinin azalacağı fakat bu azalmanın kontrplakların kullanım yerinde önemli bir sorun oluşturmayacağı 1823
söylenebilir. Mekanik özelliklerden eğilme direnci ve elastikiyet modülü dolgulu levhalarda kontrol gruplarıyla kıyaslandığında artış göstermiştir. Yine FF tutkalında kullanılan meşe palamudu unu dolgusunun fiziksel özellikler olarak değerlendirildiğinde; dolgulu levhaların özgül ağırlıkları kontrol gruplarına kıyasla daha yüksektir. Kaynaklar 1. ASTM, Standart Definitions of Terms Relating to Adhesives, Standart D 907, 1982. 2. 2. Chauan, B.R.S., Pine Needles as Filler Extender for Phenol-Formaldehyde Resin in Plywood Making, Holzforschung und Holzverwertung 33, 6, 118-119, 1981. 3. Chow, S., Lathe-Check Influence on Plywood Shear Strength. mcan. Forestry Serv. Western For. Prod Lab., Inf. Report VPX-122, 1974. 4. Devlieger, F., Becerra, L., Standing Dust as Fillers for Urea-Formaldehyde Resin in Plywood Industry. Holzforschung und Holzverwertung 39, 6, 144, 1987. 5. Hus, S., Ağaç Malzeme Tutkalları, İ.Ü. Orman Fak. Yayın No: 242, 1977. 6. Knudson, R. M., Stout, R.M., Rogerson, D. E., Plywood Glue Extender from Particleboard Sander Dust. For. Products Journal 28, 9, 44, 1978. 7. Kollmann, F., Furniere, Lagenhölzer und Tischlerplatten. Berlin, Götingen, Heidelberg, 1962. 8. Özen, R., Çeşitli Faktörlerin Kontrplağın Fiziksel ve Mekanik Özelliklere Yaptığı Etkilere İlişkin Araştırmalar. K.T.Ü Orm. Fak. Yayın no: 9, Trabzon 1981. 9. Plath, L., Streckmittel bei der Harnstoffharzveleimung. Adhasion, 11/12, 1970. 10. Robertson, J. E., Robertson, R.R.P., Review of Filler and Extender Quality Evaluation. For. Prod. J. 27, 4, 30-38, 1977. 11. Robertson, J. E, Plant-site Observations of Asian Plywood Glue Extender. For. Prod J. 24, 11, 35-41, 1974. 12. Sellers, T., Plywood and Adhesive Technology. Newyork, 1985. 13. Strickler, M. D., Sawyer JR, E.W., Attapulgite Clay-a Filler for Exterior Plywood Adhesi ves. For. Prod. J. 24, 11, 17-22, 1974. 14. TS EN 314-1 Kontrplak Kaplanmış-Yapışma Kalitesi Bölüm 1: Deney Metotları, Ankara, 1998 15. TS EN 310 Ahşap Esaslı Levhalar-Eğilme Dayanımı ve Eğilme Elastikiyet Modülünün Tayini, Ankara, 1999. 16. TS EN 322, Ahşap Esaslı Levhalar-Rutubet Miktarı Tayini, Ankara, 1999. 17. TS EN 323-1, Ahşap Esaslı Levhalar-Birim Hacim Ağırlığının Tayini, Ankara, 1999. 18. Çolakoğlu, G., Örs, Y., Kavak Kontrplaklarda Fındık Kabuğu Ununun Dolgu Maddesi Olarak Değerlendirilmesi, Orenko 92, 1. Ulusal Orman Ürünleri Endüstri Kongresi, Bildiri metinleri cilt 1, s. 293-299, Trabzon, 1992. 1824