KA
KIT
FA
BR
İKA
LAR
I SER
İSİ
4
KA
SIM
20
09
KA
ĞIT
FA
BR
İKA
LAR
I SER
İSİ
7
AR
ALI
K 2
01
0
MÜNİR KARINCAOĞLU
Kağıt ve Karton Üretimi İkinci cilt-A Selüloza giriş, Aralık 2010
Münir Karıncaoğlu, Karşıyaka İzmir, [email protected]
1
KAGIT VE KARTON
ÜRETİMİ
Cilt 2-A
SELÜLOZA GİRİŞ
2
3
BÖLÜM 1
GİRİŞ
Kitabın birinci cildi kağıt ve karton üretimine ayrılmıştı. İkinci ciltte selüloz ve
kağıt konuları işlenecektir. Hedef, uzmanlık düzeyinde teorik bilgiler ve organik
kimyanın zorlu dilini kullanmak değil, doğrudan anlaşılır cümlelerle, bilgi
edinmektir.
Kağıdın tarihi ile insanlığın tarihi neredeyse aynıdır. Tarih yazı demektir. Kağıdın
önemi bilginin aktarılmasını sağlamaktadır. Kağıdın kolay taşınır olması, bilgi
akışını hızlandırmıştır. Bilgi akışı ihtiyacı, kağıt üretimini arttırmıştır. Bilginin
nesilden nesile aktarılması ise, bilginin geniş bir kesime ulaşmasını sağlamıştır.
Kağıt toplumlara hafıza sağlamıştır. İmparatorlara imparatorlukları kolay
yönetebilme imkanı getirmiştir. Bu nedenle, kağıdın üretim bilgileri gizli bilgiler
olarak saklanmış ve onu stratejik bir ürün haline getirmiştir.
Günümüzde, kağıdın çok geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Tüm teknolojik
gelişmelere rağmen, kullanımı giderek artmaktadır. Sanattan eğitime, temizlikten
hijyene, kültürden ambalajlamaya, kullanım alanları çok geniştir. Geniş kullanım
alanının, kağıdın çeşitlenmesine katkısı olmuştur. Kağıt türleri aklı zorlayacak
sınırlara erişmiştir. Sadece kağıt türleri değil, bir türün işlenerek dönüşüme
uğramasıyla, çok özel amaçlı kağıt ürünler geliştirilmiştir. Tüm bunlar, kağıt
üretim bilgisinin ve kağıtta kullanılan maddelerin çeşitlenmesi demektir.
Böylesine çeşitlenme detayları yaratmış ve bilgiler farklılaşmıştır. Farklılaşmaları
anlamak için pratikteki ayrıntıların sade dille anlatılması gerekmektedir. Bu cilt,
selüloz ve kağıdın daha iyi tanınmasını, elyaf ve kağıdın fiziksel ve kimyasal
yönünü anlatmaktadır.
Kağıda olan talep
Bilginin dijital ortamda saklanması bile, kağıt tüketimini azaltamamıştır. Kişi
başına düşen kağıt tüketimi, ülkelere göre çok değişkendir. Toplumsal gelişmeler
ortalamaları yükseltmektedir. Ülkelerin kağıt türlerine olan talepleri de, kendi
ihtiyaçlarına göre değişmektedir.
4
Dünya ölçeğinde kullanılan ham madde oranları, Şekil 1.1 de görülmektedir.
Günümüzde geri dönüşüm oranları oldukça yüksektir. Öte yandan kimyasal
selüloz üretimi ikinci sıradadır. Sırasıyla mekanik odun selülozu üçüncü, pigment
ve dolgu maddeleri dördüncü ve kimyasal katkı maddeleri beşinci sıradadır.
Şekil 1.1 Dünya çapında kullanılan ham madde oranları
Kağıdın tüketiminin artışındaki temel unsurlardan bazıları, onun bitkilerden elde
edilmesi, yenilenebilir olması ve geri dönüştürülebilmesidir. Elyafların bağ
yaparken hidrojeni kullanması ve nişasta gibi doğal ve zararsız ürünlerle bağların
güçlendirilmesi, kağıdı diğer alternatif maddelere göre üstün kılmaktadır. Suyla
kolay parçalanma da, geri dönüşümü kolaylaştırmaktadır.
Geri dönüşümün artması, ormanların korunmasına yardımcı olmaktadır. Artan
çevre standartları, su tüketimleri ve atıkların azaltılması üzerinde etkili
olmaktadır. Bu standarlar sürekli geliştirilmektedir. Globalleşme, üretim
tekniklerini, kullanılan malzeme özelliklerini ve ürün fiyatlarını standart hale
getirmektedir. Dünyada kağıt üretimi yıllık 350 milyon tona yaklaşmıştır. Artan
rakamlar henüz sona gelinmediğini göstermektedir.
Özellikli kağıt yapımında kullanılan yüksek teknoloji, kağıdı elde yapılan bir sanat
dalı olmaktan çıkarmış, onu bilimin bir parçası haline getirmiştir. Bu nedenle,
kağıt üretiminde bilimsel metoda sıklıkla başvurulmaktadır. Yüksek kapasitelere
çıkılmış olması, sürekli aynı kalitede üretim yapmayı zorlaştırmaktadır. Bir
taraftan yüksek kalite beklentisi, diğer taraftan düşük maliyet, çelişki
yaratmaktadır. Bunun adı gerçekte emtilaşmadır. Kağıt emtialaşmıştır. Müşterinin
beklentisi hızla kaliteyi düşük fiyata almaya doğru gitmektedir.
Kimyasal selüloz % 38
Mekanik Odun selülozu % 10
Geri dönüşümlü elyaf % 40
Pigment ve dolgu maddeleri % 9
Kimyasal katkı maddeleri % 3
5
Kağıdın emtialaşması nedeniyle, düşük maliyet zorunluluk haline gelmiştir. Bu
nedenle, kağıtta geri dönüşüm ön plana çıkmaktadır. Ham selüloz kullanımı
maliyetleri arttırmaktadır. Özellikle gazete kağıdı ve oluklu mukavva kağıtları,
geri dönüşümde ön plandadır. Bazı fabrikalarda geri dönüşüm oranları % 100 ü
bulmaktadır. Eski anlayış, kağıt fabrikalarının bir ormanın kenarına kurulmuş
olmasıyken, yeni anlayış, nüfusun yoğun olduğu yerlere fabrikanın kurulmasıdır.
Böylece ham madde kaynaklarını bulmak kolaylaşmakta ve pazara yakın
olunmaktadır. Ayrıca yatırım harcamaları da artan kapasite ve geri dönüşüme
bağlı olarak düşmektedir. Şehir artık ham madde üreten bir mekan haline
dönüşmüştür.
Kağıt ve karton üretimine kısa bir bakış
Kitabın birinci cildi üretim hattına ayrılmış olmakla birlikte, burada kısa bir özet
vermek uygun olacaktır. Yeri geldikçe de üretim teknikleri bir zorunluluk olarak
gündeme gelecektir. Gerçekte, kağıt üretimindeki aşamaların, geçmişte
yapılanlardan farkı bulunmamaktadır. Selüloz üretiminde ise 20 yüzyıl icatlar çağı
olmuştur. Kağıt üretimindeki aşamalar elyaf hazırlama, safiha oluşturma,
presleme, kurutma, yüzey tutkallama, ve kalenderlemedir. İki yüzyıldır değişen
konular, bu işlemleri yapmadaki detaylardır. Günümüzde bu işlemlerin nasıl daha
ekonomik ve çevre dostu olarak yapılabileceği araştırılmaktadır.
Sadece kağıdın üretim aşamaları değil, elyafın temininden, müşteriye ulaşana
kadar tüm aşamalar, araştırmaların odağındadır. Bunlar, elyafın temini ve tedarik
zincirleri, daha hızlı makinalar, kimyasal maddeler, yönetim teknikleri,
müşterilerin üretim süreçlerini öğrenme ve son kullanıcıların ihtiyaçlarına
yöneliktir.
Araştırma geliştirme faaliyetleri, ekonomik üretim tekniklerini ve çevre konularını
dikkate almaktadır:
Ham maddenin, enerjinin, suyun, kimyasalların ve gürültünün azaltılması,
Makine hızlarının arttırılarak, çalışabilirliğin, güvenilirliğin sağlanması,
Kağıt ve karton kalitesinin, kağıdın ürüne dönüştürülmesi dikkate alınarak
geliştirilmesi için;
Tüm üretim süreçlerinin çok iyi anlaşılarak, dar bir değer aralığında
kontrol edilmesi,
6
Kaliteden ödün vermeden, kağıt gramajının düşürülerek elyaf
tüketiminin azaltılması,
Geri dönüşümlü elyaf oranının arttırılması,
Dolgu ve kuşe maddelerinin arttırılması,
Yeni kalenderleme ve kuşe tekniklerinin geliştirilmesi,
Yanki silindirlerde ve emici pres valslerinde, iş güvenliğinin arttırılması,
Makine aşınmalarınına karşı yeni yöntemler ve ürünler geliştirilmesi
Çalışan sayısının azaltılması
Araştırma geliştirme faaliyetlerini destekleyen yeni araçlar ve bilim alt dalları
kullanılmaktadır:
İleri ölçme sistemleriyle süreç analizleri yapmak,
İleri kontrol teknikleri kullanarak süreçlerin simülasyonu yapmak,
Kağıt elyaflarının biçimsel özelliklerini araştırmak,
Kimyasalların işlevselliğini geliştirmek,
Sonlu elemanlar yöntemi ve hesaplamalı akışkanlar dinamiğini kullanmak
Mikro ve nano düzeyde görsel teknikler geliştirmek,
Malzeme bilimini kullanmak.
Kağıt üretimi genel anlamıyla Şekil 1.2 de verilmektedir.
Şekil 1.2 Kağıt ve karton üretim hattı
Hurda kağıt
Mekanik selüloz
Kimyasal selüloz
Dolgu Maddeleri
Kimyasallar
Kuşe maddeleri
Hamur
hazırlama
Yaklaşım
Bölgesi
Kağıt
makinesi
Kuşeleme
Beyaz suDöküntü sistemi
7
Üretimde:
Elyaf kaynağı olarak;
Selüloz üretmeyen fabrikalar için, balyalı kimyasal veya mekanik odun
selülozu, üretenlerde selüloz hamuru,
Balyalı olarak hurda kağıt kullanılmaktadır
Dolgu maddeleri ve pigmentler
Kimyasal katkı maddeleri
Kuşe maddeleri ve boyalar kullanılmaktadır.
Kağıt fabrikaları kullanacakları katkı maddelerini genellikle, kullanıma hazır halde
almaktadır. Doğrudan selüloz işlenen hamur hazırlama sistemlerinde ekipman
sayısı oldukça sınırlıdır. Bu durum enerji maliyetlerine olumlu yansısa da
maliyetlerde birinci derece konumda olan ham maddedir. Öte yandan hurda
kağıtta, daha ucuz bir ham madde ve daha çok enerji tüketimi söz konusudur.
Üretim için hazırlanan elyaf makine bütesine gelir. Bu noktadan sonra, kesafet
düşürülerek son bir temizlemenin yapıldığı ve iyi bir karışımın elde edildiği
yaklaşım bölgesi (Approach Flow) yer alır. Bu bölüm sabit bir kesafette ve debide
hamuru makineye gönderir. Hamur kasası yaklaşım bölgesinin son elemanıdır.
Kağıt makinesi çeşitli bölümlerden oluşur. Üretilecek kağıdın kalitesi son derece
önemlidir. Kağıdın üç boyutlu olduğu düşünüldüğünde, üç farklı yönü bulunur.
Makine yönü (MD), makine eni (CD) ve Z yönü (ZD). Bunlar aynı zamanda
kağıdın boyutlarıdır. (Şekil 1.3)
Şekil 1.3 Kâğıtta üç yön. Makina yönü (MD). Makina eni (CD) . ZD. Kâğıt
yüzeyine dik olan yön, Z yönü.
8
Kağıt ve kartonlarda makine eni ve makine boyu profil özellikleri tüm bobinde
eşit olmalıdır.
Hamur kasası makine eni yönünde düzgün ve eşit bir elyaf dağılımı sağlar.
Elek bölümü sonsuz uzunluktaki safihanın su süzülümünü yapar.
Pres bölümü mekanik olarak suyun alınmasını sağlar.
Kurutma bölümü kalan suyu buharlaştırarak safihadan uzaklaştırır.
Yüzey tutkallama bölümü, nişastayla kağıdın su emiciliğini ayarlar.
Kuşe bölümünde kağıt istenilen renk ve miktarda kuşe çözeltisitle kaplanır.
Kalender bölümü kağıdın yüzeyine baskı yoluyla düzgünlük verir.
Kağıt üretimi mal sarıcıda son bulur.
Geçmişte makine dışında yapılan süperkalenderleme (SC) ve kuşeleme,
günümüzde makine üzerinde yapılmaktadır. Fabrikalardaki son işlemler, kağıdın
müşteri ihtiyaçlarına göre bobin veya ebat haline getirilmesi ve
ambalajlanmasıdır.
9
BÖLÜM 2
Elyafların sınıflandırılması
Elyafları sınıflandırmak için çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bunların en
önemlilerini bilmek yararlı olacaktır. Doğal ve sentetik diye yapılan sınıflandırma,
birinci sınıflandırma türüdür. Bunlar pamuk, keten, yün, jüt, ipek, taşyünü gibi
doğal olanların yanında, naylon, polyester, aramid, polietilen, çelik, bakır,
karbon, cam, silikon karbit ve alumina gibi sentetik çeşitlerdir. (Şekil 2.1)
Şekil. 2.1
İkinci sınıflandırma elyafların uzunlukları dikkate alınarak yapılır. Sürekli elyaflar
ve kesikli yapıda olanlar diye iki ana grubu bulunur.
Şekil 2.2
10
Sürekli elyaflar sonsuz uzunlukta iken, kesikli elyaflar 400 mm uzunluğa kadar
boylardadır. Bunlardan kağıt yapıldığı gibi, iplik te üretilmektedir.
Üçüncü sınıflandırma ise giyecek yapılanlar ve yapılmayanlar diye
belirlenmektedir. Giyecek olarak kullanılmayanlar, kağıt, beton katkı maddeleri,
halat, izolasyon maddeleri gibidir. Buradaki konumuz odun ve bitkilerden elde
edilen selüloz elyaflarıdır.
Selüloz kaynağı olan ağaçlar
Kağıt ve selüloz üretimi halen çok gelişmişliğin göstergelerindendir. Başta Kuzey
Amerika ve Baltık ülkeleri kağıt üretiminde ön plandadır. Son yıllarda Çin üretim
kapasitesini aşırı miktarda arttırmıştır. Kağıt talebi hızla artan ülkeler ise Rusya,
Çin ve Hindistan’dır. Türkiye’de de üretim ve tüketim rakamları sürekli olarak
artmaktadır. Türkiye, yılda ortalama 2 milyon ton kağıt üretmekte, tüketim ise
4,3 milyon tonu bulmaktadır. Dünya kağıt tüketiminde 18. sırada yer almaktadır.
Türkiye'deki kâğıt-karton tüketim miktarı 2008 yılı için 4.3 milyon tondur. Selüloz
ve kağıt üretiminin ve kağıda olan talebin artması, ona olan ilgiyi arttırmaktadır.
Ülkemizde selüloz üretimi neredeyse ortadan kalkmış ve Türkiye selüloz üreten
bir ülke olmaktan çıkmıştır (Çaycuma hariç). Selüloz bilgisi ve kimyası mutlaka
selüloz üretilmesi nedeniyle gerekmez. Selüloz ve kağıdın yapısı ve kimyası
anlaşılmadan, kağıt üretmek bilinçli ve verimli bir yaklaşım değildir.
Bitkilerin gelişme evrimi
Bitkilerin en ilkelden en gelişmişe doğru sıralanmaları durumunda aşağıdaki tablo
ortaya çıkar:
1. Yeşil algler
2. Kızıl yapraklılar (Kümelenmeler sonucu kolonileşme başlangıcı)
3. Boynuz otları
4. Yosunlar
5. Kurtayağı
6. Tohumsuz eğreltiotları
11
7. Atkuyruğu
8. Palmiye türleri (tohumlu bitkiler başlangıcı)
9. Tohumlu eğrelti otları
10.Gingko
11.Kozalaklı ağaçlar (Açık tohumlular, yumuşak ağaçlar)
a. Köknar
b. Çam
c. Ladin
12.Ginetofiter (Çok gelişmiş açık tohumlular, lignin ve hemiselozlarda
gelişme ve hücrelerde farklılaşma)
13.Kapalı tohumlular. (Meyve ve çiçek oluşumu, sert ağaçlar)
14.Lifli bitkiler
a. Huş ağacı
b. Okaliptus
c. Kavak
15.Manolyagiller
16.Tek çenekliler
a. Buğday
b. Bambu
c. Pirinç
Alglerden buğdaya doğru oluşan gelişim, selüloz hücrelerindeki zamana bağlı
değişimi göstermektedir.
Ağaçların şekilleri
Ağaçlar şekillerine göre üç ana gruba ayrılır. (Şekil 2.3) Palmiye tipli olanlar
sadece palmiyeler değildir. Yaşlı ağaçlar, çok yıllık eğrelti otları, şemsiye ağaçları
da şekil olarak palmiyeye benzerler. Bazı japon şemsiyesi gibi bitkiler, bambular
bu türdendir. Palmiyeler en yaygın biline türlerindendir. Ham madde olarak
kullanılmazlar. Çam şekilli ağaçlar ikinci türdedir. Üçüncü tür meşe türü
ağaçlardır. Palmiye türü dışındaki ağaçlar genellikle bu iki türden biridir.
12
Şekil 2.3 Ağaçların şekil olarak sınıflandırılması
Odun nedir?
Odun, gövde boyunca uzunlamasına yanyana yerleşmiş hücrelerden oluşur. Elyaf
hücreleri arasında açıklıklar ve çukurlar bulunur. Hücreler, şekil açısından sert ve
yumuşak ağaçlarda farklılaşmışlardır. Sert ağaçlar, yumuşak ağaçlardan fiziksel
anlamda daha sert olmayabilirler. Böyle bir tanım daha çok hücreler arasındaki
boşluk yapılarıyla ilgilidir.
Yumuşak ağaçlarda hücre arası boşluklar çok büyüktür. Bu nedenle yoğunlukları
düşüktür ve daha kolay yanarlar. Sert ağaçlarda ise hücrelerde sıkılık söz
konusudur. Hücreler ağacın mekanik dayanımını sağlarlarken, besin taşıma ve
depolama işlevini de görürler. İşlevsellik açısından da, yumuşak ağaçların
hücrelerinde sert ağaçlara göre farklılaşma görülür.
Ağacın katmanları
Aşağıda Şekil 2.4 de selüloz üretilmek üzere kesilmiş bir ağaçtaki katmanlar
görülmektedir. En dışta kabuk bulunmaktadır. Kabuğun altında, soymuk doku ve
büyüten doku vardır. Bu doku tabakaları besinlerin taşınmasında görev alır. Bazı
sert ağaçların büyüten dokuları halat ve benzeri ürünlerin yapımında kullanılır.
Kabuktan ve büyüten dokudan sonra, odun doku diye bilinen ve çeşitli
katmanlardan meydan gelen bölüm bulunur. Bu bölüm ağacın büyüme
halkalarının bulunduğu kısımdır.
13
Şekil 2.4 Ağaç gövdesinin kesiti ve katmanlar
Halkalı yapının en dışında katman doku bulunur. Daha içte ise ağacın özü vardır.
Ağaç özü koyu rengi ile kolayca görülebilir. Bu kısım mikroplara karşı savaşan
kimyasalları içinde barındıran ve çeşitli ekstrelerin elde edildiği bölümdür. Ağaç
özü pencere çerçevesi gibi işlerde suya ve böceklere karşı doğal dayanımı
nedeniyle kullanılır. En ortadaki kısım ve onun üzerindeki kısım ise ilk yıl oluşur.
En içtekine sünger doku denir.
Ağacın dış kabuğu ve özü cansızdır. Canlı olan kısım, büyüten doku ile soymuk
dokudur. Katman dokunun özel bir durumu bulunur. Çoğunlukla ölü hücrelerden
oluşmasına rağmen, ona cansız veya ölü demek mümkün değildir. Bazı tropikal
bitkilerde canlı hücreler bulunur. Su ve mineral taşınmasında görev alır. Besin
depolanması ve parazitlerle savaş işlevi bulunur. Katman doku zaman içinde ağaç
özüne dönüşür. Bu aslında yaşlanmadır ve ormanların da yaşlanması söz
konusudur.
Çarpık ağaçlar
Ağaçlar doğa şartlarında rüzgarın etkisiyle veya başka nedenlerle eğilirler.
Sonuçta, Şekil 2.5 de görülen resim ortaya çıkar. Çarpık ağaç, ağacın bir
kuvvetin etkisinde kalmış olduğunu gösterir. Bu bilginin önemi, hücrelerinin şekil
yönünden diğer ağaçlara benzememeleridir. Lignince zengin olurlar ve selüloz
Katman doku
Büyüten
doku
Soymuk
doku
Kabuk
Sünger
doku
Genç
kısım
Ağaç özü
14
üretimi için tercih edilmezler. Odun olarak kullanılırlar. Selülozluk ağaçlarda
küçükten itibaren düzgünlüğe dikkat edilmeli ve düzeltici tedbirler alınmalıdır.
Şekil 2.5 Çarpık ağaç ve kesiti
Fotosentez
Bazı parazitler dışında, tüm bitkiler fotosentez yoluyla enerji kazanırlar.
Fotosentez bitki hücrelerindeki organellerde (Kloroplast) meydana gelir. Süreç
karmaşık ve çok basamaklı olmasına rağmen, özetle aşağıdaki eşitlikteki gibi
sonuçlanır.
nCO2+ 2nH2O+Işık nO2+ (CH2O)n + nH2O
Karbondiksit ve su ışıkta oksijen ve su verecek bir reaksiyona dönüşür. (CH2O)n
Karbonhidratın temel bir parçasıdır. Bu da besin demektir. Besinler, özellikle
şekerler, yapraklardan aşağıya, köklere doğru giderken, fosfor ve metal tuzları,
suyla beraber katman doku yoluyla köklerden yukarıya doğru hareket ederler.
Hemen kabuğun altında yer alan soymuk doku da, şekerlerin taşınmasında
kullanılır. Bu nedenle kabuğu katman dokuya kadar soyulmuş ağaçlar kökleri
beslenemediklerinden ölürler. Akçağaç şurubu denilen tatlı sıvı, akça ağacın
soymuk dokusu yaralanarak elde edilir.
Suyun taşınmasında, bitişik hücrelerin duvarları arasında yer alan boşluklar
kullanılır. Su fotosentez için önemli bir maddedir. Bununla birlikte, çok az su
köklerden yapraklara gider. Çünkü su aynı zamanda bitki tarafından
Sıkışmış
Gerilmiş
15
tüketilmektedir. Yapraklar terleme yoluyla su kaybederler. Alınan 2 molekül
suyun biri terlemede kullanılır. Terleme insanlarda olduğu gibi bitkide sıcaklığı
sabit tutmada kullanılır. Aşırı sıcaklık, fotosentez sonucu üretilen protein türü
gıdaların ve kimyasal reaksiyonların bozulmasına yol açar. Terleme yaşam için
gerekli şartrlardan biridir.
Suyun köklerden yukarılara çıkmasına neden olan etkiler, kılcallık (kapiler
kuvvetler) ve ozmoz olayıdır. Baharın ilk günlerinde suyun çok olduğu dönemde
ağacın büyümesi çok hızlı olur. Bu dönemde hücreler daha büyüktür. Bu nedenle
ilkbaharda gelişen hücrelere erken odun denir. Yaz geçerken hücre gelişimi
yavaşlar ve küçük hücreler oluşur. Bu döneme ise geç odun dönemi denir.
Kağıt üretimi için selüloz
Genellikle tahta ve sunta fabrikaları ve selüloz fabrikaları, aynı ham maddeyi
kullanır. Selüloz fabrikaları için tercih edilen özellikler, nakliye için yoğunluğu az
olan, rengi ağartmayla kolayca beyazlatılabilen, hücreleri homejen yapıda olan,
odun ekstresi az olan, elyafları dayanım için uzun olanlarıdır.
Selüloz üretiminde yaygın olarak kullanılan ağaçlar, geniş yapraklı (sert ağaçlar)
ve iğne yapraklılardır (yumuşak ağaçlar). Saman ve pamuğa göre ağaçların bol
bulunabilmesi ve sezonluk olmamaları, onların maliyetini düşürmektedir.
Yumuşak ağaçların elyafları, sert ağaçlara göre daha uzundur. Bu nedenle
mekanik selüloz üretiminde yumuşak ağaçlar tercih edilirken, kimyasal selüloz
üretiminde sert ağaçlar tercih edilir.
Şekil.2.6 da ağaç türlerine göre elyaf uzunlukları görülmektedir.
Şekil 2.6
Aşağıdaki tabloda ağaçların sertliklerine göre elyaf uzunlukları ve içerdikleri
selüloz oranları verilmektedir
Ağaç cinsi
Orta yumuşaklıkta
Orta Sertlikte
Ökaliptus
Tablo 2.1 Ağaç sertliklerine göre selüloz ve lignin oranları
Yumuşak ağaçlar
Yumuşak ağaçlardan elde edilen selülozlar genellikle çam türleri
İskandinav ülkelerinde bol bulunması nedeniyle
hem de mekanik selüloz üretiminde kullanılır. Çam ağaçları ekstreleri zengin
olmasına rağmen, aynı zamanda
kullanılır. Avrupada ise sar
Dev sekoya
2.6 Ağaç cinsine göre elyaf uzunlukları
Aşağıdaki tabloda ağaçların sertliklerine göre elyaf uzunlukları ve içerdikleri
verilmektedir. (Tablo. 2.1)
Elyaf uzunluğu
mm
Selüloz%
Yarıselüloz%
2,5-4 40-45 25-30
0,7-1,6 40-45 30-35
0,7-1,5 45 20
Ağaç sertliklerine göre selüloz ve lignin oranları
Yumuşak ağaçlardan elde edilen selülozlar genellikle çam türleri
İskandinav ülkelerinde bol bulunması nedeniyle, alaçam (ladin)
hem de mekanik selüloz üretiminde kullanılır. Çam ağaçları ekstreleri zengin
aynı zamanda, kraft selülozu üretiminde de
kullanılır. Avrupada ise sarıçam yaygın olarak kullanılmaktadır.
Dev sekoya
Kaliforniya köknarı
Norveç alaçamı (ladin)
İskoç sarıçamı
Bambu
Kayın
Betula (Huş)
KavakAkça ağaç ve ökaliptus
16
Aşağıdaki tabloda ağaçların sertliklerine göre elyaf uzunlukları ve içerdikleri
Lignin %
25-30
20-25
30
Ağaç sertliklerine göre selüloz ve lignin oranları
Yumuşak ağaçlardan elde edilen selülozlar genellikle çam türlerine aittir.
(ladin) hem kimyasal,
hem de mekanik selüloz üretiminde kullanılır. Çam ağaçları ekstreleri zengin
kraft selülozu üretiminde de yaygın olarak
Akça ağaç ve ökaliptus
17
Avrupa ve Rusyada kullanılan diğer bir tür karaçamdır. Karaçamın büyük olan
odun özü tabakasında ekstre miktarı çok fazladır. Selüloz üretiminde ekstre
miktarı olumsuzluk yaratır. Kuzey Amerika (ABD ve Kanada) ağaç yönünden
zengin olduğu için farklı türler selüloz üretiminde kullanılır. Kaliforniya köknarı ve
sedir ağaçları bunların başında gelir.
Sert ağaçlar
Selüloz üretilebilecek sert ağaç türleri çok fazladır. Özellikle yumuşak ağaçların
zor bulunduğu tropikal bölgelerde, sert ağaç türleri ön plandadır. Yağmur
ormanları kuşağında yüzlerce sayıda karışık sert ağaç türleri kullanılır. Bu
nedenle selüloz üretiminde oldukça zorluk çekilir. Bazı bölgelerde ormanlar
akasya ve ökaliptusla değiştirilir.
Ökaliptus, Portekiz ve İngiltere’de ticari anlamda üretilir. Avrupa’da kayın, meşe
ile birlikte kısa elyaflı bir ağaç olarak selüloz üretiminde kullanılır. Meşe düşük
kaliteli selüloz verdiğinden, İsveç’te kullanılmamaktadır. İskandinavyada huş,
kavak ve diğer sert ağaç türleri kullanılır. Rusya’da ise ak ve karakavak türleri ve
akçaağaç kullanılır. Kuzey Amerikada akçağaç yaygındır.
Ağaç ve elyaf morfolojisi
Ağacın anatomik yapısı, hücre duvarlarının mikroskopik şekli, ondan üretilecek
selülozun mekanik ve fiziksel özellliklerini belirler. Kök gövde ve yaprakların
dokuları, hepsi de hücrelerden meydana gelmesine rağmen, birbirine benzemez.
Bezersizliğin temel nedeni, insanlarda olduğu gibi işlevlerinin farklılığından
kaynaklanır. Bu nedenle hücre duvarları ve kimyasal bileşenleri de birbirlerinden
farklılaşmıştır. Büyüklükleri, şekilleri, hücre duvarlarının kalınlıkları ve uzunlukları
bu farklılıklardandır.
Yumuşak ağaçların yapısı sert ağaçlardan daha basittir. Daha düzgün ve az
sayıda hücre çeşitliliğe sahiptir. Tersine, sert ağaçlarda hücre tipleri
çeşitlilenirken, hücrelerin morfolojik yapıları da değişir.
Şekil 2.7 yumuşak ağaçlarda hücreleri
Şekil 2.7 de görülen ilk üç hücre
dönemlerdeki hücreleridir. Diğerleri,
hücrelerdir (a-j). Hücrelerin erken ve geç dönemdeki dizilişlerinin mikroskopik
görüntüsü de (k,l) de görülmektedir.
Aşağıdaki tabloda bu tür ağaçlara ait fiziksel ölçüler verilmektedir.
Ağacın türüHücre uzunluğu
Ortalama
Norveç çamı
İskoç çamı
Kızılağaç
Tablo 2.2 Ağaç türlerine göre hücrelerin fiziksel ölçüleri
yumuşak ağaçlarda hücrelerin yapısı ve dizilişi
ilk üç hücre, Norveç alaçamının (ladin)
hücreleridir. Diğerleri, aynı gövdede görülen farklı yapıdaki
j). Hücrelerin erken ve geç dönemdeki dizilişlerinin mikroskopik
görülmektedir.
Aşağıdaki tabloda bu tür ağaçlara ait fiziksel ölçüler verilmektedir.
Hücre uzunluğu mm Hücre çapı
Ortalama Aralık Ortalama Aralık
3,4 1,1-6 31 21
3,1 1,8-4,5 35 14
7 2,9-9,3 - 50
Ağaç türlerine göre hücrelerin fiziksel ölçüleri
18
yapısı ve dizilişi
(ladin) erken ve geç
görülen farklı yapıdaki
j). Hücrelerin erken ve geç dönemdeki dizilişlerinin mikroskopik
Aşağıdaki tabloda bu tür ağaçlara ait fiziksel ölçüler verilmektedir. (Tablo 2.2)
Hücre çapı µm
Aralık
21-40
14-46
50-65
Ağaç türlerine göre hücrelerin fiziksel ölçüleri
19
Şekil 2.8 Sert ağaçlarda hücreler (a) ve hücre dizilişleri (b-c) (Huş ağacı)
Ağacın türüHücre uzunluğu mm Hücre çapı µm
Ortalama Aralık Ortalama Aralık
Betula (Huş) 1,3 0,8-1,8 25 18-36
Kayın 1,2 0,5-1,7 21 14-30
Dişbudak 0,9 0,4-1,5 22 12-32
Tablo 2.3 Sert ağaç türlerinde hücrelerin fiziksel ölçüleri
Hücre ve hücre çeperinin yapısı
Hücre ve çeperi üç ana bileşenden meydana gelir. Bunlar;
Lignin,
Selüloz
Yarıselülozlardır
Aslında bitkilerde iskeleti oluşturan yapı, matriks şeklinde dizilen bu yapıdır. Yani
ağaçların iskeleti lignin, selüloz ve yarıselülozlardan meydana gelir. Selüloz, zincir
şeklinde dizilen glikoz birimlerinden oluşur. Bunlar önce zincir demetleri şeklinde
yanyana dizilirler. Daha sonra da hücre katmanlarını meydana getirirler. Yarı
selülozlar, selülozla birlikte, onun yanında şekilsiz olarak dizilirler. Lignin ise
şekilsiz olmakla birlikte, hem selülozları, hem de yarı selülozları örter.
Odun hücreleri, lignince zengin olan orta katman bölgesinde birbirine ligninle
bağlanır. (ML bölgesi, Şekil 2.
u civarındadır. Primer hücre duvarı
iplikçiklerden meydana gelmiştir. Hem lignin
tabakası olarak adlandırılır.
Şekil 2.
İkincil hücre duvarı 3 katmandan oluşur
ve S2 katmanı asıl ana katmandır. Kalınlıkları hücre tipine ve mevsime göre
değişir. Bazı hücrelerde en içte pütürlü bir katman d
üzerindeki oklar iplikçiklerin dizildiği yönleri göstermektedir.
olduğundan, onun mikro iplikçiklerinin dizilişi
doğrultudaki bu diziliş,
önemlidir. Selülozdaki bu doğrultu mikro iplikçik açısı olarak adlandırılır
Ağaç türüne ve mevsime göre
mukavemetinden söz edilirken de bu özellik ön pl
Elyaf çeperinin yapısını anlamak
Ayrıca elyaf çeperindeki lignin, kağıt üretiminde önemli unsurların başında gelir.
Bazıları elyaf çeperindeki suyun iki tür olduğunu
türünün ise boşlukları dolduran yapıda olduğunu söyler. Bazıları ise jel şeklinde
bir yapının bulunmadığını söylemektedir.
Bunlar bir yana, hücre çeperinde
çeper yapısını değiştirerek,
Odun hücreleri, lignince zengin olan orta katman bölgesinde birbirine ligninle
Şekil 2.9). Buradaki lignin miktarı toplam lignini
u civarındadır. Primer hücre duvarı (p) rasgele dizilmiş selüloz
meydana gelmiştir. Hem lignin, hem de selüloz birlikte orta katman
tabakası olarak adlandırılır.
Şekil 2.9 Bir odun hücresi ve hücre duvarları
ücre duvarı 3 katmandan oluşur S1, S2 ve S3. S1 ve S3 katmanları ince
ve S2 katmanı asıl ana katmandır. Kalınlıkları hücre tipine ve mevsime göre
değişir. Bazı hücrelerde en içte pütürlü bir katman daha bulunur (W). Katmanlar
üzerindeki oklar iplikçiklerin dizildiği yönleri göstermektedir. S2 tabakası kalın
olduğundan, onun mikro iplikçiklerinin dizilişi selüloz için önem taşır. Çapraz
elyafın mekanik ve fiziksel mukavemeti açısından
Selülozdaki bu doğrultu mikro iplikçik açısı olarak adlandırılır
Ağaç türüne ve mevsime göre açıda değişiklikler olmaktadır. Odunun mekanik
mukavemetinden söz edilirken de bu özellik ön plandadır.
nı anlamak, elyafın su ile ilişkisini anlamak için
Ayrıca elyaf çeperindeki lignin, kağıt üretiminde önemli unsurların başında gelir.
çeperindeki suyun iki tür olduğunu, bir türünün jel şeklinde d
türünün ise boşlukları dolduran yapıda olduğunu söyler. Bazıları ise jel şeklinde
bir yapının bulunmadığını söylemektedir.
hücre çeperinde tutulan suyun miktarını çeperin yapısı
erek, tutulan su miktarı değiştirilebilir. Stone
20
Odun hücreleri, lignince zengin olan orta katman bölgesinde birbirine ligninle
Buradaki lignin miktarı toplam ligninin % 25-30
rasgele dizilmiş selüloz esaslı mikro
hem de selüloz birlikte orta katman
S1 ve S3 katmanları ince
ve S2 katmanı asıl ana katmandır. Kalınlıkları hücre tipine ve mevsime göre
aha bulunur (W). Katmanlar
S2 tabakası kalın
önem taşır. Çapraz
elyafın mekanik ve fiziksel mukavemeti açısından
Selülozdaki bu doğrultu mikro iplikçik açısı olarak adlandırılır (MFA).
değişiklikler olmaktadır. Odunun mekanik
anlamak için gereklidir.
Ayrıca elyaf çeperindeki lignin, kağıt üretiminde önemli unsurların başında gelir.
bir türünün jel şeklinde diğer
türünün ise boşlukları dolduran yapıda olduğunu söyler. Bazıları ise jel şeklinde
çeperin yapısı belirler ve
Stone ve Scallan
21
(1965) elyaf çeperinin elyaf eksenine paralel olarak dizilen çok sayıda katmandan
meydana geldiğini gösterdiler. Katman sayısının şişme ve kurumada önemli
olduğunu söylemektedirler. Öyle ki suyla şişmiş bir hücre duvarı, herbiri 100 Å
dan az kalınlığı olan yüzlerce katmandan oluşmaktadır. Katmanların arası
yaklaşık 35 Å civarındadır. Tam doymuş bir hücre çeperi 0,3 cm3/gr su
alabilmektedir.
Hava kuruluğundaki bir gram elyafın yaklaşık 1 m2 yüzey alanı bulunmaktadır.
Burada katman kalınlığı 1,28 µm olmaktadır. Solvent kullanılarak işlenmiş
elyaflarda bu değer, bir gram için 100 m2 ye ve katman kalınlığı 128 µm ye
yükselmektedir.
Şekil 2.10 da katmanların su emişine karşı gösterdiği körüklü yapısı ve şişme
sonucu hacim değişikliği görülmektedir.
Şekil 2.10 Katmanlı hücre çeperi ve şişmenin oluşumu
Selüloz üretiminde lignin giderme işleminin çok sıkı kontrol edilmesi
gerekmektedir. Lignin gidermede yüksek değerlere çıkılması, elyaf çeperindeki
yüzey alanın artmasına ve beraberinde boşlukların artmasına neden olmaktadır.
Kraft selülozunda kalan lignin miktarı % 95,4 iken, yüzey alan 13,3 m2/g dır.
Lignin miktarı % 47,6 ya indiğinde yüzey alan 274 m2/g a yükselmektedir. Bu
22
durum kağıt üretimi için gerekli olduğu kadar, neden kağıdın filtre olarak
kullanıldığının cevabını da vermektedir.
Farklı hücre çeperlerinin kimyasal yapısı
Sert ve yumuşak ağaçlarda ve farklı hücre tiplerinde, hücre duvarlarının kimyasal
bileşenleri değişir. Lignince zengin olan kısım, lignin oranı en yüksek olan orta
katman bölgesidir. Birincil hücre duvarı glukoproteinlerin ve xyloglucan gibi yarı
selülozların yanında, yüksek seviyede pektin bulundurur. İkincil hücre duvarı (S1,
S2, S3) kimyasal bileşenleri açısından da değişiklikler gösterir. S1 tabakası
lignince S2 ve S3 e göre zengindir. S2 tabakası ise selüloz yönünden
diğerlerinden zengindir. Sert ve yumuşak ağaçlarda, hücrelerde kimyasal
farklılıklar bulunur. Bu tür farklılıklar çarpık ağaçlarla normal ağaçlar arasında da
bulunmaktadır. Aynı ağaçta bile mevsimsel olarak farklılaşma gözlenmektedir.
(Şekil 2.11 ve Şekil 2.12)
Şekil. 2.11 Hücre çeperleri (a) Normal sert ağaç (b) Gerilmiş taraf, sert ağaç
(c) sıkışmış taraf, sert ağaç. (Şekil 2.5 e bakınız) (d) Normal yumuşak ağaç.
Kimyasal selüloz üretiminde ligninin alınması sonrası, primer duvar ortadan
kalktığı için sekonder katmanlar ve öncelikle S1 katmanı en dışta kalır. Selüloz
öğütme işlemi sırasında S1 ve çoğunlukla S2 katmanlarındaki iplikçiklerle örülü
duvarlar parçalanarak, iplikçikler ortaya çıkarılır. Bu sayede kağıtta elyaf elyafa
bağlanma mümkün hale gelir. Mekanik selüloz üretiminde ise primer duvar,
açıkta kalan S1 ve S2 katmanlarıyla birbirine temas eder. Bu nedenle çeperlerin
kimyasal yapısı önem kazanır.
Şekil 2.12 Elayafta hücre çeperindeki katmanların kalınlıklarıElayafta hücre çeperindeki katmanların kalınlıkları
23
Elayafta hücre çeperindeki katmanların kalınlıkları
24
BÖLÜM 3
Selüloze giriş
Bu bölüm, hücre duvarını oluşturan lignin, selüloz, yarı selülozlar, ekstreler ve
pektin konusuna ayrılmıştır. Daha önce de ifade edildiği gibi kitabın amacı
konunun anlaşılmasını sağlamaktır. Bu nedenle, akademik kimya kitabı olma
iddiasında değildir. Hücre çeperinin ana maddesi selülozdur. Selüloz yeryüzünde
oldukça bol bulunur. Yapısı son derece basittir ve dalları olmayan glikoz zinciri
görünümündedir. Hayatın kökeninde selüloz ve yarıselülozlar, karbonhidratlar
adıyla önemli rol oynarlar.
Karbonhidrat kelimesi Cn(H2O)n ile ifade edilen çok geniş bir aileyi temsil
etmektedir. Bu formüle uyan n=1 durumundaki formaldehit, karbon hidratlara
benzemez. Bu nedenle tanım ideal değildir. Daha kesin bir tanım olarak;
“Karbonhidratlar, en az bir aldehit veya keton grubunu içinde bulunduran, çoklu
hidroksil bağlarıyla bağlı, karbon zincirlerinden oluşur.”
En basit karbonhidrat 3 karbonlu bir monosakkarittir. Monosakkaritlerin 6
karbon atomlu olanları doğada en yaygın görülenidir. Nadir olmakla birlikte daha
büyük moleküllü olanları da bulunur. Hidroksil gruplarıyla kolayca birbirlerine bağ
yapabilirler. Kovalent bağlarla iki monosakkarit disakkariti meydana getirir.
Bunu uzatmak mümkündür. Üç monosakkaritle trisakkariti oluşturur. Üçle on
arası monosakkaritten oluşan groba oligosakkaritler denilmektedir. Ondan
daha fazla monosakkarit bulunanlarına da polisakkaritler denilmektedir. Şeker
sözcüğü, bildiğimiz şekerden çok, monosakkaritler, oligosakkaritler ve poli
sakkaritler için kullanılan ortak terimdir. Karbonhidratlar birbirlerinden yapısal
olarak farklıdırlar.
Karbonhidratların reaksiyonları
Karbonhidratların reaksiyonları selüloz üretimi ve ağartma için önemlidir. Bu
nedenle reaksiyonların neler olduğu bilinmelidir.
25
İndirgenme ve yükseltgenme. (Elektron alma ve elektron verme) Keton
ve aldehitlerin indirgenmesiyle alkoller oluşur. Alkollerin yükseltgenmesiyle
de ürnik asit oluşmaktadır.
Epimerizasyon. Zayıf bir alkali ortamda aldoz ve ketozların yeniden
dizilmeleri yoluyla, yeni şekerlerin meydana gelmesi.
Glikosidik bağların hidrolizi. Bu reaksiyon sırasında, su hidrojen (H+) ve
hidroksil (OH-) iyonlarına ayrılarak zincirde kırılmalar olur ve yeni
karbonhidratlar meydana gelir.
Radikal bozunma. Hidroksil radikallerle, kloromonoid radikaller gkikozidik
bağları kırılarak bozulurlar.
Karamelleşme. Karbonhidratların 110-180°C arasında susuz ortamda
ısıtılmasıyla oluşan reaksiyonlardır. Renkli ve hoş kokulu modifiye
karbonhidratlar meydana gelir.
Selüloz
Selüloz hücre duvarının ikincil kısmında (S2) bol olarak bulunur. Bu kısımda
selüloz zincir halkaları yan yana dizilip zinciri oluştururken, zincirler birbirlerine
yan yana bağlanarak tabakalar halinde de dizilirler. Daha sonrada tabakalar üst
üste katlar halinde dizilirler. Tabaka şeklinde dizilmede, içindeki glikoz nedeniyle
iki farklı yapı görülür. Bu yapılara alfa selülozu ve beta selülozu denilmektedir.
Alfa selülozunda tabakalardaki kristallerin eksenleri aynı çizgi üzerinde dizilirken,
beta selülozunda şaşırtmacalı dizilirler. (Şekil 3.1)
Şekil 3.1 Alfa selülozu, beta selülozu
Bir selülozda her iki dizilişi de görmek mümkündür. Buna selüloz kristallerinin
dizilişi de denilmektedir. Alfa diziliş yarı kararlı bir diziliş şekli iken, beta diziliş
daha kararlı bir yapıdadır. Tüm alfa dizilişler yüksek basınç ve sıcaklıkta, asidik
veya alkali ortamda beta dizilişe dönebilirler.
(A) (B)
26
Yukarıdaki anlatım şekli, selülozun kütle halinde çok düzenli ve disiplinli bir kristal
yapıda olduğunu çağrıştıracaktır. Gerçekte ise durum bundan farklıdır. Selüloz,
dar ve uzun şeritler halinde zincir demetinden oluşur. Farklı organizmalarda,
hatta aynı hücre duvarlarında, farklı büyüklüklerde zincir demetleri görülür. Bir
zincirde ortalama 36 halka bulunur. Bu değer ortalama olduğu için daha az ve
daha çok sayıda halkası olan zincirler görülebilir. 1000 e kadar zincir halkası olan
zincir türleri de bulunmaktadır. Bir selüloz zicir halkası 5–7 µm uzunluğundadır,
fakat bir zincir boyu daha uzundur. Minimum zincir uzunluğu 40 µm den az
olmaz.
Selülozda bağlar
Özetle selüloz zincirleri 3 boyutlu kristaller halinde dizilirler. (Şekil 3.1) Her
boyutta kristaller birbirine farklı bağlarla bağanırlar. Boyutlardan birinde selüloz
zinciri boyunca hidrojen bağlarıyla desteklenmiş kovalent bağ görülür. Bu boyut
zincirin boyunu oluşturur. Zincir uzunluğuna, yani zincirdeki halkaların sayısına
polimerizasyon derecesi de denir. İkinci boyutta hidrojen bağları görülür ve
zincirleri bir tabaka halinde yan yana tutmaya yarar. Üçüncü boyutta ise Van der
Waals bağları görev alır. Bu bağlar da selüloz tabakalarını üst üste tutmada
kullanılır.
Selülozun diğer kristal şekilleri
Selülozun kristal yapısıyla ilgili birinci şekil yukarıda verilmişti. Bu şekil dizilişe
Selüloz I adı verilmektedir. Yukarıda alfa selülozunun nasıl beta selülozuna
dönüşeceği de anlatılmıştı. Kristal yapının bu şekilde dönüşüme uğratılması başka
dizilim olasılıklarını da gündeme getirir. Kimyasal işlemlerle farklı selüloz şekilleri
yakalamak mümkündür. Bu sayede Selüloz II, III, IV gibi suni ve rejenere
selülozlar ortaya çıkmıştır. Bunlardan selüloz II en önemlisidir. Selüloz II de her
zincir diğerine ters kutupla bağlanır. Böylece hidrojen bağı, glikoz başına, selüloz
I e göre bir fazladır. Bu nedenle selüloz II, termodinamik olarak selüloz I den
daha dengeli bir yapıya sahiptir.
Selüloz II, selüloz I kullanılarak iki yöntemle elde edilir:
27
1. Merserizeleştirme. İlk aşamada alkali bir ortam yaratılır. Selüloz % 18
lik bir NaOH çözeltisine yatırılır. Ortaya çıkan selüloza alkali selüloz da
denir. Alkali ortam suyla yıkanarak, ortaya çıkan selüloz II alınır.
2. Rejenerasyon. Çözünmüş selülozun çökelitilmesiyle de selüloz II elde
edilebilir. Burada selülozun çözeltilmesi yeni oluşumu kolaylaştırmaktadır.
Merserizeleştirme reaksiyonu için iki görüş ileri sürülmektedir. Aşağıda Şekil 3.2
de bu görüşler bulunmaktadır.
Şekil 3.2. Merserizeleştirme (a) ve (b)
1. Bu açıklamada selüloz I deki zincirler birbirine farklı kutuplarda,
birbirlerinin yakınında dizilmişlerdir. Alkali ortamda selüloz şişerek sodyum
selülozu oluşur. Şişmiş olan zincirler kutupsal olarak birbirleriyle yan yana
dizilirler. Alkali ortam yıkandığında bu halde kalırlar ve selüloz II ortaya
çıkar.
2. İkinci açıklamada aynı doğrultudaki zincirler katlanarak farklı yönlerde
dizilirler.
(a)
(b)
28
Selüloz III ve selüloz IV daha az öneme sahiptirler. Suni selülozlar doğada
görülmezler. Bu nedenle insanlar tarafından modifiye edilmiş selülozlardır.
Selülozun başka türevleri de bulunur.
Selüloz dizilimiyle ilgili diğer bilgiler
Selulozların dizilişleriyle ilgili bilgi, analiz yöntemlerinin yetersizliği nedeniyle
gerçekte son derece sınırlıdır. Bu nedenle selüloz üretimi ve ağartma gibi
konularda yetersiz bilgi kendini hissettirir. Buna rağmen değişmeyen iki gerçek
bulunmaktadır:
1. Selüloz yüksek düzeyde dengeli ve düzenli bir yapı ile daha az düzenli ve
şekilsiz yapıdan oluşur. Şekilsiz yapının yüzeyde olduğu düşünülmektedir.
Selüloz güçlü bir asidik ortamda kaldığında, düzensiz kısım 200
polimerleşme derecesinde, düzgün bir yapıya dönüşecektir.
2. Selüloz zincirleri daha büyük birimlere dönüşme eğilimi gösterirler. Bu
eğilimi neyin kontrol ettiği bilinmemekle birlikte, yarıselülozların rol
oynadığı düşünülmektedir.
Selülozun özellikleri ve kimyasal davranışı
Selülozda polimerleşme derecesi yükseldikçe (zicirdeki halkaların sayısı arttıkça),
zincirler arasındaki etkileşim güçlenmekte ve düzenli hale gelmektedir. Zincirlerin
selülozu oluşturmalarında, polsakkaritlerin alışılmadık özellikleri rol oynar:
1. Selüloz, çok güçlü bir maddedir, benzer ölçülerdeki çelikten daha güçlüdür.
2. Selüloz içindeki hidroksil gruplarına ve şekerlere rağmen, normal şartlarda
suda çözünmez. Bu durum selülozun suya karşı ilgisiz olduğu anlamına
gelmez, tam tersine suyu seven bir yapısı vardır. Bir pamuk elyafı
ağırlığının 10 katı su emebilir. Kuruma sırasında ise, kemikleşme denilen
sertleşme oluşur. Bu özelliği selüloz ve kağıt üretimindeki
olumsuzluklardandır. Selüloz II kemikleşmeye daha yatkındır.
3. Selüloz, kimyasal türevlendirmeye karşı dirençlidir. Buna rağmen
türevlerini yaratmak için büyük bir sanayi oluşmuştur.
4. Selüloz, aromatik bileşiklerle etkileşime açıktır. Bu durum selülozun suyu
seven yapısına ters gibi görünmekle birlikte, glikoz birimlerinin en alt ve en
29
üstteki kısımlarının sudan korkan yapısı ve büyüklüğü, aromatik halkalara
benzemektedir.
Yarı selülozlar
Hücre duvarını oluşturan maddelerin ikinci önemli elemanı yarıselülozlardır. Yarı
selülozlar bir ağacın kuru bazda % 20-35 ini oluşturular. Selülozlar gibi onlar da
karbonhidratlardır. Selülozla hücre duvarı arasında bulunurlar. Yarıselülozları
hücre duvarında lignin ve selülozdan ayırmak oldukça güçtür. Ancak modifiye
etmek suretiyle diğerlerinden ayrılabilirler. Yarı selülozlar otlarda, tahıllarda ve
ilkel bitkilerde de bulunmaktadır. Bitkisine göre tipleri ve oranları değişmektedir.
Yarıselülozlar genellikle birden fazla farklı türde monosakkaritler olarak
bulunurlar. Nadiren tek türde monosakkarit olarak görülürler. Polimerleşme
dereceleri 200 ü geçmez. Selüloza göre daha az tanımlanmışlardır. Kimyasal ve
ısıl kararlılıkları selüloza göre daha düşüktür.
Hücre duvarının mekanik yapısını güçlendirdikleri düşünülmektedir. Muhtemelen
selülozla lignin arasında bir arayüzey oluşturmaktadırlar. Selüloz zincirlerinin
düzenli dizilişlerini sağlar ve hücre duvarının gözeneklerini ve mukavemetini
düzenlerler.
Yarıselülozların ağaçlardaki gerçek fiziksel durumları bilinmemektedir.
Muhtemelen, yarıselülozlar canlı ağaçlardaki nem dengesini etkilemektedirler.
Hücre duvarındaki makromoleküllerin su depolama yetenekleri bulunduğundan
hacimlerini arttırabilirler. Su alma özelliği sıralamasında en önde pektin, sonra
yarı selülozlar, daha sonra selüloz ve en sonda lignin gelir.
Pektinler
Pektinler genellikle yarı selülozlar olarak kabul edilmezler. Ağaçlardaki pektin
miktarı yüzde bir veya ikidir. Yiyecek sanayiinde reçellerde kullanılır. Aşırı yoğun
durumdaki erimiş şekeri jöle durumunda tutmaya yarar ve doğadan elde edilir.
30
Birincil hücre duvarında görülürler ve onun ana bileşenidir. Hücre duvarının
mekanik özelliklerine yardımcı olurlar ve onu birarada tutarlar.
Pektinler asidik, duyarlı ve düzensiz yapıdaki polisakkaritlerdir. Alkali ortamda
kolayca çözülürler ve ayrıştırılmaları ve analizleri zor olur. Bu yüzden yapıları tam
olarak anlaşılamamıştır.
Lignin
Lignin ağaçlarda bulunan 3. ana bileşendir. Pamuk ve ağaç, aynı kökenli bitkiler
olmalarına rağmen farklı çekme mukavemetine sahiptirler. Selüloz her ikisinin
yapısında da bulunur, fakat pamuk yumuşak ve emici iken, ağaç sert ve daha az
emicidir. Bu farklılığı yaratan lignindir. Ağaçta lignin miktarı yumuşak ağaçlarda
% 15-35 iken sert ağaçlarda % 20 civarındadır.
Suyu iten bir madde olan lignin, selülozu yarı selülozlara bağlayarak ağaçsı yapıyı
ortaya çıkarır. Bu nedenle ağacın veya odunun selüloz, yarı selüloz ve ligninden
meydana gelen kompozit bir yapısı bulunmaktadır. Bu haliyle lignin doğal bir
polimer veya çimento olarak görülebilir. Lignin ne bir polisakkarit, ne bir lipid, ne
de bir DNA veya RNA dır. Aromatik ve alifatik işlevleri olan bir yapısı
bulunmaktadır. Kaotik bir yapısı olduğu da söylenmektedir. Optik olarak
pasiftirler.
Ligninin özellikleri kağıt ve selüloz sanayi için özel önem taşır. Kimyasal selüloz
üretimi ve ağartma işlemlerinde ligninle ilgili reaksiyonlar birinci sıradadır ve
lignin açığa çıkar. Bu nedenle ligninin parçalanması büyük araştırmaların
konusudur.
Ligninin görevleri
Lignin doğada sadece ağaçlarda bulunmaz. Çeşitli damarlı bitkilerde ve eğrelti
otlarında da görülür. Ligninin bitkilerde bazı işlevsel görevleri bulunmaktadır.
Kısaca özetlemek gerekirse:
Lignin hücre duvarına sertlik verir.
Lignin farklı hücreleri birbirine bağlayan bir tutkaldır.
Lignin, hücre duvarında suyu iten ve ağaçtan su sızmasını önleyen bir
maddedir.
31
Lignin mikropların ağacı parçalamasını önler. Yüksek yoğunlukta lignini
olan ağaçlar, hastalıklara daha dayanıklı olurlar.
Ağaçlardan bulunan ekstreler
Ağaçların yapılarında, selüloz, yarıselülozlar ve ligninden sonra bazı kimyasal
ekstreler de bulunur. Odun ekstreleri düşük moleküler ağırlıklı bileşiklerdir. Bazı
ekstreler canlı hücre metabolizmasında rol oynarlar. Diğerleri ağacı mantarlara ve
böceklere karşı korurlar. Toplamda ağacın % 1 veya 2 sini geçmezler, fakat
kabukta ve dallarda miktarları artar. Yaralı kısımlarda da yoğun olarak
bulunurlar.
Ekstrelerin önemi, kağıt ve selüloz üretiminde sorun yaratmalarından
kaynaklanır. Bazı ekstreler işlenmemiş arıtma sularında zehir etkisi gösterir. Yağı
seven bazı ekstreler de yapışkanlıkları nedeniyle selülozda kalarak, kağıt
üretiminde sorun yaratırlar. Bunların ayrılması zordur ve yapışkan olduklarından
elekte, keçelerde ve metal sepetlerde tıkanmalara neden olurlar. Kurutma silindir
yüzeylerinde birikerek tabakalaşma, rutubet profilinde bozulma ve kağıt
yüzeyinde yolunma yaratırlar. Kağıt bünyesinde siyah lekeler olarak görülürler.
Bazı ekstreler yüzey aktif bileşenler olduklarından kağıdın yüzey özelliklerini
etkilerler. Bağ yapma, topaklanma, sürtünmede artış, su tutma, kağıtta koku
oluşumu gibi bazı olumsuz etkileri görülür. Köpük oluşumunda önemli rol
oynarlar. Kraft sürecinde siyah likörde çözünürler ve enerji üretiminde yer alırlar.
Bazı kimyasalların elde edilmesinde ham madde kaynağıdırlar. Çam reçinesi ve
terebentin bunların başlıcalarıdır.
Odun ekstreleri kimyasal çözgenlerle de elde edilebilirler. Her maddenin elde
edilmesinde farklı bir yöntem kullanılır. Kağıt için önemli olanlar, reçineler gibi,
yağı seven türde olan ekstrelerdir. Bu tür ekstreler hekzan ve dietileterde
çözülebilirler. Aşağıda yağı seven türde ekstreler görülmektedir:
1. Yağlar ve yağ asitleri
2. Sterilester ve steroller
3. Terebentinler ve poliisoprenler
32
4. Parafinler, yağ alkolleri ve onların yağ asitleri ile olan esterler
Halen ekstrelerin üretiminde çözücü olarak aseton kullanılmaktadır. Aseton
monosakkaritleri de çözer. Daha önceleri çözücü olarak kullanılan diklormetan,
verimsizliği nedeniyle yerini asetona bırakmıştır.
Ekstrenin elde edilmesi sırasında, aseton buharlaştırılarak uçurulur ve geri
kazanılır. Bu arada uçucu olan monoterpenler ekstre kısmında kalmazlar. Yonga
silolarında bu tür uçucu maddeler uçarak kaybolurlar. Reçineler kağıt ve
selülozda zift (halk dilinde, katran) adıyla anılırlar. Bu nedenle zift kontrolu
yapılması zorunludur.
Odundan selüloza
Aşağıdaki şemada, odundan selüloza doğru ağaçtan elde edilen ürünler, özet bir
şemayla verilmektadir (Şekil 3.3). Bir sonraki konu da selüloz ve türevlerine
ayrılmıştır.
Şekil 3.3 Ağacın ürünlere dönüştürülmesi
33
Terebentin
Yumuşak ağaçların kraft sürecinde, her ton selüloz için 10 kg monoterpen uçucu
olarak açığa çıkar. Bir maya aracılığıyla yakalanabilir. Distilasyon sonrası
terebentin elde edilir. Bir çok ülkede terebentin selüloz üretimi sırasında çözgenle
de elde edilir. Sulfat terebentini adını da ilgili süreçten alır. Çeşitli kimyasalların,
reçinelerin üretiminde kullanılır. Ayrıca hoş koku ve lezzet kazandırmak amacıyla
da kullanılır. En büyük kullanım alanı çam yağı üretimidir.
Çam sakızı
Yumuşak ağaçların kraft sürecinde, uçucu olmayan ekstreler arasında reçine
asitlerinin sabunları ve yağ asitleri de bulunur. Bunlar pişirme sonrası siyah
likörden ayrıştırılırlar. Ham çam sakızı, bir ton selüloz üretimi için 50 kg’ı bulur.
Ham maddenin distilasyonu sonrasında ortaya % 25 oranında çam reçinesi, % 30
oranında yağ asitleri (oleik asit ve linoleik asit) elde edilir. Geriye karışım halinde
zift kalır. Reçinenin çoğu kağıt fabrikalarında tutkal olarak kullanılır. Bir kısmı
zamk üretiminde, bir kısmı da mürekkeplerde kullanılır.
Etanol
Asidik sülfit selülozu sürecinde, polisakkaritlerin bir kısmı hidroliz yoluyla heksoz
ve pentoza dönüşür. Bunlar likör içinde kalırlar ve bazı fabrikalarda fermentasyon
yoluyla alkole çevrilirler. Bir kısım selüloz fabrikalarında ise ağacın
kullanılmayacak dalları ve parçalarından alkol üretimi yapılır.
Vanilya
Vanilya yiyeceklere koku kazandırmak için kullanılır. Lignosulfonatlardan alkali
ortamda ve yüksek sıcaklıkta elde edilir. Başka sentetik üretim yolları da
bulunmaktadır. Ayrıca vanilya bitkisi de üretim için kullanılmaktadır.
Selüloz türevleri
Karboksimetilselüloz (CMC) bunlar arasında en ünlü olanlardandır. Süreç,
selülozdan başlayarak, çözünmeyen selüloza doğru merserizeleştirme işlemidir.
Nötrleştirme sonrası yıkanıp, öğütülerek, kurutulur.
34
CMC nin çok geniş bir kullanım alanı vardır. Genellikle gıda sanayi, ilaç sanayi,
kozmetik sanayinde kokusuz bir kıvam kazandırıcı, stabilizör veya dispersan
olarak kullanılır. Dondurmalar, diş macunları, deodorantlar ve şampuanlar
bunlara örnektir. Suda çözünebilen hali, kağıt fabrikalarında kuşe çözeltisinde
vizkozite ayarlamada kullanılmaktadır. Şekil 3.4 de CMC nin üretim akış şeması
görülmektedir.
Şekil 3.4 CMC üretimi akış şeması
İyonik hali olmayan bir selüloz türevi, etilhidrosietilselüloz (EHEC) özgün bir
yöntemle üretilmektedir (Akzo Nobel). CMC benzeri özelliklere sahiptir. Kıvam
35
kazandırıcı, dispersan olarak ve stabilizör olarak, su arıtmada, çimentoda katkı
maddesi olarak ve cephe kaplamalarında kullanılmaktadır. Su bazlı bir maddedir.
Selüloz asetat diğer bir selüloz türevidir. Elyafları, kumaşları ve fotoğraf
filmlerini laklamada kullanılmaktadır. Selüloz nitrat çözünür selülozdan, selüloz
esteri olarak üretilmektedir. Patlayıcı bir maddedir.
36
BÖLÜM 4
Mekanik selüloz
Ağaç kütüklerini taş değirmenlerde öğütmeye ve rifaynerden geçirmeye (SGW,
Stone Ground Wood) mekanik selüloz süreci adı verilir. Çıkan ürüne
termomekanik (TMP, Thermomechanical Pulp) selüloz da denilmektedir.
Kuzey ülkelerinde çoğunlukla mekanik selüloz üretiminde alaçam kullanılır.
Nadiren de kavak kullanılır. Gazete kağıtları ve düşük kuşe kaplamalı kağıtlarda
(LWC) mekanik selüloz kullanılır. Dayanıklı içecek kaplarında kullanılan
kağıtlarda az miktarda kimyasal selüloz, mekanik selüloz içine katkı maddesi
olarak kullanılır. Öğütme öncesi yapılan bü tür harmanlama sonucu
kimyasaltermomekanik (CTMP) selüloz ortaya çıkar. Bu tür harmanlarda
mekanik selüloz miktarı % 95- % 98 arasındadır.
Beyazlık ve opaklık mekanik selülozlarda birinci derecede önemlidir. Birinci kalite
yeni kesim alaçamda, ağartma öncesi beyazlık değerleri %60-%63 (ISO)
arasındadır. Beklemiş alaçamlarda daha düşük değerler görülür. Ağartma, kalite
kazandırmak açısından gereklidir. Bu durumda beyazlık % 80 (ISO) lere yükselir.
Beyazlatma işleminde hidrojen peroksit kullanılır. Hidrosülfit kullanımı da
görülmektedir. Her iki ağartma maddesi de elyafta kayba neden olmaz. Bu
nedenle işlemin adına lignin tutucu ağartma da denir. Güneş ışığının sarartma
etkisi mekanik selülozda çok güçlüdür. Kalıcı beyazlık istendiğinde kimyasal
selüloz kullanılması gerekir.
Ağaç türlerinin çoğunda lignin nedeniyle sarıdan kahverengiye kadar değişik
renkler görülür. Ek olarak, kabukta rengi etkileyecek son derece hızlı tepkimeye
girecek maddeler bulunur. Bu nedenle ağaç soyulurken kabuk kalıntıları
bırakılmaz. Beyaz bir ağaç gövdesi, beyaz bir selüloz demektir. Kabukta ve
gövdede bulunan fenolik bileşikler nedeniyle, geçiş metallerine (demir, bakır,
kobalt, nikel gibi) ait iyonlar, selülozu renk açısından daha duyarlı hale getirirler.
Lignin de fenolik bileşiklerce zengindir. Bu nedenle daha aktif bir yapısı
bulunmaktadır.
37
Mekanik selüloz üretiminde iki kademeli öğütme sırasında 140- 170° C civarında
buhar kullanılmaktadır. Bu şartlar altında, ligninde renkten sorumlu yeni
moleküller oluşur. Fenolik hidroksil gruplar çoğunlukla 300-400 nm aralığındaki
ışığı emerler.
Sülfonasyon işlemi
Kimyasal termomekanik selüloz (CTMP) üretiminde, ağaca, öğütme öncesi
yüksek sıcaklıkta sıvı sodyum sülfit emdirilir. (Odunun ağırlık olarak %1–%4 ü).
Bu işlem reçinenin serbest kalmasını sağlar. Sülfit ve bisülfit sistemlerinde, ek
olarak ağarmayı sağlayacak oksitlenme de gerçekleşir.
Lignin türlerinden çok azı sülfitle tepkimeye girer. Bu işlem hücre duvarının su
tutma özelliğini geliştirir ve şişmesini sağlar. Ligninin tepkimeye giren türlerinde
doymamış karbonil yapıya rastlanır. Bu yapı renk veren moleküllerin
parçalanmasına neden olur. Ayrıca bünyede kalan az miktardaki kükürt geçiş
metallerinin oksitlenmesine neden olur. Bu da önemli avantajlardan biridir. Ek
olarak verilecek oksitleyici ve bağlayıcı maddelerle beyazlaşma desteklenir.
Mekanik selülozun ağartılması
Mekanik selülozun ağartılmasında madde kaybının olmaması istenir. Bunu
sağlayacak olan iki yöntem bulunmaktadır. Oldukça nötr bir ortamda “sodyum
ditiyonit” veya alkali ortamda “hidrojen peroksit” kullanılır. Başka kimyasallar
denenmişse de maliyetleri yüksek olmuştur. Ditiyonit beyazlığı 10 birim (ISO)
arttırmaktadır. Hidrojen peroksitle beyazlık % 80 (ISO) e çıkarılabilmektedir.
Bazı durumlarda ditiyonit, selüloz kalitesi dikkate alınmadan, beyazlığı belirli bir
düzeye yükseltmek için kullanılır. Böyle durumlarda sadece sisteme ditiyonit ilave
edilir. Hidrojen peroksitle ağartmada işlem basamak halindedir. Önce hamura
oksitlendiriciler verilir. Arkasından koruyucu olarak sodyum silikat verilir.
Hidrojen peroksit uygulaması ağartma kulesinde 60-70° C de bir veya iki saat
sürer.
Başalangıçta pH = 12 olan alkali ortamda reaksiyon başlar. Asetik asit oluşumu,
ortamın alkali durumunu pH = 8.5–9.0 a düşürür.
H2O2 + HO2 O2 + HO + H20 (Katolizör Mn veya Fe)
38
İstenilen beyazlık derecesinin elde edilmesi, renk verici moleküllerin
parçalanmasıyla mümkündür. Bu arada ligninin polimer yapısının parçalanmasına
müsaade edilmez.
Mekanik selüloz üretimi sırasındaki kayıplar
Mekanik selüloz, öğütme va ağartma sonrası ağacın odunsu özelliklerini
kaybetmez. Öğütme sırasında, başta yarı selülozlar olmak üzere toplamda %3-
%5 arası kayıp oluşur. Aşağıdaki tablo odun içindeki bazı maddelerin kayıp
miktarlarını vermektedir.
Ağacın bileşenleriKayıp miktarı (kg/ton selüloz)
Asetik asit 1-2
Lignanlar 2-3
Ekstreler 4-6
Yarıselülozlar ve pektin 18-21
Lignin 3-5
Diğerleri 6-8
Toplamda 34-45 kg/tonTablo 4.1 Selüloz üretimi sonrası kayıplar
Mekanik selüloz elyafları ağartılmış olsun veya olmasın içlerinde asidik grupları
bulundururlar. Selüloz üretiminde asidik grupların bulunması, selülozun şişme
kapasitesini açısından önemlidir. Bunlar aynı zamanda katyonları bağlayıcı
özelliktedir. Ağartılmamış selülozda, lignin içinde sülfonik asit grupları
bulunmasına rağmen, asidik gruplar, yarıselüloz ve pektinlerin arasına yerleşirler.
Peroksitli ağartma sonrası, yarıselüloz ve pektinde ve karboksil gruplarda artış
olur.
Mekanik selülozun ışıkta sararması
Sararmanın başlıca nedeni ışık ve ısıdır. Bunun temel nedeni lignindir. Odundaki
ligninde 300-400 nm deki ışığı emme özelliği olan bazı işlevsel gruplar bulunur.
Selüloz veya kağıda ışık düştüğünde, bazı olaylar gelişir. Işığın bir kısmı
yansırken bir kısmı da emilir.
Selülozda bulunan gruplarda ve moleküllerde elektronlar bulunur. Elektronlar
belirli frekanslarda doğal olarak salınım yaparlar. Bir ışık pek çok frekansın
birleşmesinden meydana gelir. Bunlardan
frekansıyla çakışır. İki aynı frekansta titreşim rezonans anlamına gelir, yani
selüloz içinde rezonans oluşur. Işık
dönüşür ve sonuçta emilen ışık ısıya dönüştüğünden geriye yansıyamaz.
sararmayla sonuçlanır.
Sıcaklıkla sararma
Işığın yokluğunda sararmayı tetikleyen ikinci neden
Özellikle depolama sırasında
azalma oluşur. Sıcaklık artışı
fenolik gruplarda oskitlenme sonucu sararmayı yaratan
Mekanik Selüloz üretimi
Mekanik selüloz üretimi % 95
genellikle alaçamdan (ladin)
kadardır. Kanada ve İskandinavya başlıca mekanik selüloz üreticileridir.
iki yöntem uygulanır. Birinci
öğütülmesidir (Stone Groundwood
görülmektedir. Burada kütük silosundaki
taşlarıyla öğütülmesi görülmektedir.
aynı zamanda yıkamayı da sağlar.
Şekil 4.1
meydana gelir. Bunlardan 300-400 nm de olanları
. İki aynı frekansta titreşim rezonans anlamına gelir, yani
selüloz içinde rezonans oluşur. Işık, selüloz bünyesinde rezonans sonucu ısı
onuçta emilen ışık ısıya dönüştüğünden geriye yansıyamaz.
mayı tetikleyen ikinci neden doğrudan ortam
olama sırasında, ağartılmış selülozlarda sararma ve beyazlıkta
artışı bazı kimyasal reaksiyonlara yol açar.
fenolik gruplarda oskitlenme sonucu sararmayı yaratan tepkimeler
Mekanik Selüloz üretimi
selüloz üretimi % 95-98 arasında verimlidir. Dünyadaki selüloz üretimi
(ladin) yapılır ve toplam selüloz üretiminin % 20 si
Kanada ve İskandinavya başlıca mekanik selüloz üreticileridir.
iki yöntem uygulanır. Birinci yöntem kabuğu alınmış kütüklerin
Groundwood). Şekil 4.1 de değirmen yöntemi
görülmektedir. Burada kütük silosundaki skıştırılmış kütüklerin değirmen
taşlarıyla öğütülmesi görülmektedir. Ortaya çıkan ısı suyla düşürülmektedir. Su
yı da sağlar.
Şekil 4.1 Değirmen tipi kütük öğütücü
Kütükler
taş
Su
39
400 nm de olanları selülozun doğal
. İki aynı frekansta titreşim rezonans anlamına gelir, yani
lüloz bünyesinde rezonans sonucu ısıya
onuçta emilen ışık ısıya dönüştüğünden geriye yansıyamaz. Isınma
doğrudan ortam sıcaklığıdır.
ağartılmış selülozlarda sararma ve beyazlıkta
ksiyonlara yol açar. Lignindeki
tepkimeler oluşur.
98 arasında verimlidir. Dünyadaki selüloz üretimi
yapılır ve toplam selüloz üretiminin % 20 si
Kanada ve İskandinavya başlıca mekanik selüloz üreticileridir. Üretimde
kütüklerin taş değirmende
de değirmen yöntemi
kütüklerin değirmen
Ortaya çıkan ısı suyla düşürülmektedir. Su
Bunun dışında kullanılan ikinci yöntem
öğütmektir. Bu yönteme termomekanik
yöntem Şekil 4.2 de görülmektedir.
Şekil 4.2
Rifayner de öğütümde disk rifaynerler
bir bıçak aralığında yapılır.
yöntemde kullanılan süreçlerde farklılıklar görülür. Ön ısıtma sıcaklıkları
bunlardan biridir. Eski uygulamada, d
basıncı bulunmazdı. Son yıllarda kütükler buharla ısıtılmakta ve basınç altında
işlenmektedir. Sıcaklıklar 100
Rifaynerli yönteme rifaynerli
Yongalar kısa süreli 115–155 °C
altında olur. Ön ısıtmanın yapılmadığı rifaynerli öğütmeler de görülür. Bunlara
rifayner mekanik selülozu denir
Kimyasal termomekanik selüloz
şeklidir. Bu süreçte, yonga az miktardaki lignin yumuşatıcı kimyasala yatırılır.
Daha sonra buharla ısıtılarak
süreçteki işlemleri ve selüloz yapısını oldukça değiştirir. Veri
sıcaklık değerlerine göre, farklı kalitede selülozlar elde edilir. Bazen rifaynerde de
az miktarda kimyasal eklemesi yapılır.
enerji miktarıyla kontrol edilir. İşlemin hızı hücre duvarını
etkiler.
Motor, rotor
ve stator
kullanılan ikinci yöntem odunu yongalayarak rifaynerlerde
önteme termomekanik selüloz (TMP) üretimi denilmektedir.
de görülmektedir.
Şekil 4.2 Rifayner tipi yonga öğütücü
Rifayner de öğütümde disk rifaynerler kullanılır. Rifaynerde elyaf
yapılır. Disklerin biri veya her ikisi de dönebilir. Her iki
yöntemde kullanılan süreçlerde farklılıklar görülür. Ön ısıtma sıcaklıkları
Eski uygulamada, değirmen türü öğütümde ortamda buhar
. Son yıllarda kütükler buharla ısıtılmakta ve basınç altında
Sıcaklıklar 100-140° C arasında değişmektedir.
rifaynerli termomekanik selüloz üretimi denilmektedir.
155 °C sıcaklıkta ön ısıtmadan geçirilir. Öğütme basınç
altında olur. Ön ısıtmanın yapılmadığı rifaynerli öğütmeler de görülür. Bunlara
rifayner mekanik selülozu denir (RMP).
Kimyasal termomekanik selüloz (CTMP), termomekanik selülozun özel bir
yonga az miktardaki lignin yumuşatıcı kimyasala yatırılır.
Daha sonra buharla ısıtılarak, aynı sıcaklıklarda öğütülür. Ön yumuşatma işlemi
süreçteki işlemleri ve selüloz yapısını oldukça değiştirir. Veri
farklı kalitede selülozlar elde edilir. Bazen rifaynerde de
az miktarda kimyasal eklemesi yapılır. Rifaynerdeki öğütüm derecesi tüketilen
enerji miktarıyla kontrol edilir. İşlemin hızı hücre duvarının özelliklerin
Motor, rotor
ve statorMotor, rotor
ve stator
Yonga
besleyici
Diskler Selüloz çıkışı
40
yongalayarak rifaynerlerde
) üretimi denilmektedir. Bu
kullanılır. Rifaynerde elyaf açma işlemi dar
Disklerin biri veya her ikisi de dönebilir. Her iki
yöntemde kullanılan süreçlerde farklılıklar görülür. Ön ısıtma sıcaklıkları
tümde ortamda buhar
. Son yıllarda kütükler buharla ısıtılmakta ve basınç altında
termomekanik selüloz üretimi denilmektedir.
sıcaklıkta ön ısıtmadan geçirilir. Öğütme basınç
altında olur. Ön ısıtmanın yapılmadığı rifaynerli öğütmeler de görülür. Bunlara
ermomekanik selülozun özel bir
yonga az miktardaki lignin yumuşatıcı kimyasala yatırılır.
aynı sıcaklıklarda öğütülür. Ön yumuşatma işlemi
süreçteki işlemleri ve selüloz yapısını oldukça değiştirir. Verilen kimyasal ve
farklı kalitede selülozlar elde edilir. Bazen rifaynerde de
Rifaynerdeki öğütüm derecesi tüketilen
n özelliklerini oldukça
Motor, rotor
Mekanik selülozda kalite kavramları
Mekanik selüloz çeşitli tipte elyalardan, elyaf parçalarından ve iplikçiklerden
oluşur. Şekil 4.3 de bunlardan bazıları görülmektedir.
Şekil 4.3 (a)
Geniş elyaf büyüklüğü ve lignin
Kırılmamış elyaflar yüksek bükülme mukavemeti verirler.
mukavemet açısından yüksek bağlanma potansiyeli taşırlar. Elyaf
uzun elyaflarla iplikçiklerin arasında
selülozlar, kimyasal selülozlara karıştırılarak harman yapılırlar. Kimyasal
selülozun katılmasıyla kağıtta bağlayıcılık özelliği arttırılır.
Mekanik ve kimyasalmekanik selülozlar kullanıldıkları kağıt ürünlerinde iki tür
avantaj yaratırlar. Birincisi, kimyasal selüloza göre daha yüksek opaklıktadırlar.
İkinci olarak, daha düşük yoğunlukta, daha yüksek bükülme mukavemetleri
vardır. Bunun anlamı, belirli bir
mukavemetidir.
Elyaflar, elyaf parçaları ve iplikçikler daha fazla spesifik yüzey alan yaratırlar.
Öğütmenin arttırılması (daha yüksek enerji kullanımı)
parçalanması ve iplikçik üretilmesi demektir. Ortaya ç
yumuşak olur. Bağlanmış (kapalı)
Dolayısıyla ışık dağıtma, yani opaklık
ince gazete ve dergi kağıtlarında aranılan
selülozdan yapılan kağıtların en büyük kullanım alanı gazete ve dergi
basımlarıdır.
(a)
Mekanik selülozda kalite kavramları
Mekanik selüloz çeşitli tipte elyalardan, elyaf parçalarından ve iplikçiklerden
de bunlardan bazıları görülmektedir.
Elyaflar, (b) Elyaf parçaları ve (c) İplikçikler
Geniş elyaf büyüklüğü ve lignin, mekanik selüloza özel bir karakter kazandırır.
Kırılmamış elyaflar yüksek bükülme mukavemeti verirler. İplikçikler
mukavemet açısından yüksek bağlanma potansiyeli taşırlar. Elyaf
iplikçiklerin arasında, bağlayıcı olarak görev yaparlar. Mekanik
selülozlar, kimyasal selülozlara karıştırılarak harman yapılırlar. Kimyasal
selülozun katılmasıyla kağıtta bağlayıcılık özelliği arttırılır.
lmekanik selülozlar kullanıldıkları kağıt ürünlerinde iki tür
Birincisi, kimyasal selüloza göre daha yüksek opaklıktadırlar.
İkinci olarak, daha düşük yoğunlukta, daha yüksek bükülme mukavemetleri
vardır. Bunun anlamı, belirli bir gramajda yüksek hacim ve bükülme
Elyaflar, elyaf parçaları ve iplikçikler daha fazla spesifik yüzey alan yaratırlar.
Öğütmenin arttırılması (daha yüksek enerji kullanımı), daha çok elyaf
parçalanması ve iplikçik üretilmesi demektir. Ortaya çıkan ürün daha narin ve
yumuşak olur. Bağlanmış (kapalı) veya açıktaki yüzey alanlar da
yani opaklık özelliği de artmış olur. Opaklık özelliği çok
ince gazete ve dergi kağıtlarında aranılan bir özelliktir. Dolayıs
selülozdan yapılan kağıtların en büyük kullanım alanı gazete ve dergi
(b) (c)
41
Mekanik selüloz çeşitli tipte elyalardan, elyaf parçalarından ve iplikçiklerden
plikçikler
mekanik selüloza özel bir karakter kazandırır.
İplikçikler, kağıtta
mukavemet açısından yüksek bağlanma potansiyeli taşırlar. Elyaf parçaları ise,
bağlayıcı olarak görev yaparlar. Mekanik
selülozlar, kimyasal selülozlara karıştırılarak harman yapılırlar. Kimyasal
lmekanik selülozlar kullanıldıkları kağıt ürünlerinde iki tür
Birincisi, kimyasal selüloza göre daha yüksek opaklıktadırlar.
İkinci olarak, daha düşük yoğunlukta, daha yüksek bükülme mukavemetleri
gramajda yüksek hacim ve bükülme
Elyaflar, elyaf parçaları ve iplikçikler daha fazla spesifik yüzey alan yaratırlar.
daha çok elyaf
ıkan ürün daha narin ve
da, o oranda artar.
Opaklık özelliği çok
özelliktir. Dolayısıyla mekanik
selülozdan yapılan kağıtların en büyük kullanım alanı gazete ve dergi
42
Mekanik ve kimyasalmekanik selülozların hacimsel olarak kaba olmaları, onların
çok katmanlı kartonlarda, ortada bir katman oluşturmak için kullanılmalarına
yarar. Bazı temizlik kağıtlarında kullanıldığında, hacimlilik nedeniyle emicilik
kazandırır. Yüksek bükülme mukavemeti nedeniyle gri kartonlarda tercih edilir.
Kimyasal mekanik selülozlarda lignin ısı ve kimyasalla yumuşatılır. Uzun
elyafların çok olması hacimlilik kazanmada önemlidir. Uzun elyaf bırakılması
esnekliği arttırır. İstenilen dayanım değerlerine ulaşmak için fazla bağlayıcı
kullanılması gerekmez.
Aşağıda TMP ve CTMP üretim süreçleri aşamaları verilmektedir.
(A) TMP Süreci
(B) CTMP Süreci
Öğütme
TMP ve CTMP nin fiziksel özellikleri su bırakma özelliklerine ve elyafların
büyüklüklerine bağlıdır. Serbestlik ölçüm cihazıyla (freeness tester) süzülme
direnci ölçülür. Bunun için Kanada Standart Serbestlik yöntemi kullanılır (CSF).
Düşük serbestlik değeri suyun süzülmesindeki güçlüğü ifade eder.
Fraksinatörlerde elfaf boyları ayrılarak, serbestlik ölçümleri yapılır ve
serbestlikleri ölçülür. Bu değerler dikkate alınrak çeşitli kağıt ürünleri üretilir.
43
Şekil 4.4 Çeşitli tür kağıtları üretmek için harcanan öğütme güçleri
Düzgün yüzeyli, yüksek kaliteli dergi kağıtlarını üretmek için kullanılacak
selülozun bir miktarı uzun elyaf ve kalan kısmı iplikçiklerden oluşmalıdır. Hacimli
kutuluk kartonlar ve havlu gibi temizlik kağıtlarında ise uzun elyaf kullanılır.
Öğütme iplikçik miktarını arttırır. Öğütmenin artması süzülmeyi zorlaştırır.
Odun elyafı doğası gereği bükülmeye karşı dayanıklıdır. Kağıt üretmek için daha
esnek ve iplikçikli hale getirilmesi gerekir. Kimyasal selüloz üretiminde odunsu
kısımlar çözüldüğünden, iplikçikler açığa çıkar ve preslemede ve kurutmada
esneklik nedeniyle hacim kaybı veya çökme olur. Mekanik selülozda ise çok az
çözünme olduğundan, esneklik yerine sertlik görülür. Yanlız özel bir işlem
gördüğünde esneklik oluşur. Çökme miktarı selülozun gördüğü ısıl ve kimyasal
işlemlere bağlı olarak değişir. İşlemler sırasında elyaf ölçüleri küçülür, hücre
duvarının dış kısımları soyulur ve esneklik oluşur. Esneklik ve yumuşaklık bazı
kağıtlarda son derecede önemlidir.
TMP sürecinde öğütme sonrası gizli stresi giderme
Mekanik selüloz üretiminde, elyaflar yüksek sıcaklık ve kesafette öğütülürken,
karşılaştıkları kuvvetler yüzünden deforme olurlar. Bu tür deformasyonlar
Ton
başı
na e
lekt
rik tü
ketim
i Kw
h/to
n
Serbestlik (ml)
Alaçam
Gazete kağıdı
Pelür
Karton
Tül
LWC
SC
CTMP
TMP
GWD
44
arasında, sıkışma, bükülme ve kıvrılmalar bulunur. Buna gizli stres (latency)
denilmektedir. Yüksek kesafette soğuma sırasında elyaflar bükülmüş ve kıvrılmış
vaziyettedir.
Gizli stresi gidermek için selülozun soğumadan, yüksek sıcaklıkta düşük kesafete
getirilip karıştırılması gerekir. Aksi takdirde elyaflarda bulunan ligninin kemiksi
yapısı nedeniyle, gizli stres kuruma sonrası kalıcı hale gelir. Bu durum serbestliği
arttırır. Stres giderme işlemi sonrasında serbetlik düşer.
TMP sürecinde temizleme
Stres gidermenin arkasından selülozun temizlenmesi gerekir. Temizleme üretimin
önemli aşamalarından biridir. Tek kademeli olmaması onun önemini
arttırmaktadır.
Düğümlerin alınması,
Elyafların uzunluklarına göre seçilmesi,
Ağır maddelerin ayrılması,
Rejeklerin yeniden öğütülmesi ana işlem kademelerdir.
Düğümleri almak için sepetli temizleyiciler kullanılır. (Birinci cilteki eleme başlığı).
Basınçlı elek başlıca temizleyicilerdendir. Elek gözenekleri 1-1,5 mm aralığında
deliklerden veya 0,15-0,25 mm yarıklardan meydana gelir.
Eleme kesafeti % 1,5 tur. Bazı özel eleklerde % 4 kesafete kadar eleme
yapılabilmektedir. Sepet deliklerinin temiz olması gerekir. Elyaf boylarının
ayrılması da benzer ekipmanlarda, yarıklı sepetlerle yapılmaktadır.
Günümüzde düşük düğüm oranı hedeflendiğinden rejek miktarları artmaktadır.
İnce eleklerde yarıklar belirli büyüklüklerde düğümleri tutar. Bu arada sert ve
uzun olan elyaflar da tutulur. Bu tür elyafları rejek olarak almak ve rifaynere
göndermek yerine, daha öncesinde kısaltmak ve esneklik kazandırmak daha
ekonomiktir.
Siklon türü temizleyicilerde kum parçaları gibi yoğunluğu ağır olan parçacıklar
tutulur. Kumlar, temizleyici konilerinin tabanına doğru çökerler. Temiz hamur ise
siklonun üstünden alınır (Bakınız; Birinci cilt, Santrifüj temizleme). Hamur
kesafeti % 0,8 e kadar düşer.
Rejek rifaynerinin görevi düğümleri minimuma indirmektir. Bu nedenle
eleme sistemininin can damarıdır. Rejekleri ayırıp öğütememek
yapamamak demektir. Öğütme sonrasında elde edilen elyaflar
görevi görür. Yüksek kaliteli baskılık kağıtlarda yüzey özellikleri rifaynerin öğütme
özelliğiyle orantılı olarak artar.
Farklı selüloz kullanan kağıt ürünlerinde
Mekaniz selüloz kullanan kağıt ürünlerinde
yukarıda belirtilmişti. Bunlar opaklık ve baskı kaltesidir. Bunlara eklenecek
üçüncü parametre belirli bir gerilme
veya düşük yoğunluktur.
olarak kullanılmalarını sağlar.
Yüksek dayanım beklenen layner kağıtlar ve torbalık kağıtlarda mekanik selüloz
kullanılmaz. Mekanik selüloz b
lignin nedeniyle tercih edilmez.
Şekil 4.
Mekanik selülozlarda öğütme derecesi ışık dağıtma endeksini ve gerilme (kopma)
endeksini iyileştirir. Spesifik yüzey gelişmesi sağlar.
Dağ
ıtma
ende
ksi
Rejek rifaynerinin görevi düğümleri minimuma indirmektir. Bu nedenle
can damarıdır. Rejekleri ayırıp öğütememek
mamak demektir. Öğütme sonrasında elde edilen elyaflar TMP
görevi görür. Yüksek kaliteli baskılık kağıtlarda yüzey özellikleri rifaynerin öğütme
özelliğiyle orantılı olarak artar.
selüloz kullanan kağıt ürünlerinde profil kalitesi
Mekaniz selüloz kullanan kağıt ürünlerinde başlıca iki kalite parametresi
yukarıda belirtilmişti. Bunlar opaklık ve baskı kaltesidir. Bunlara eklenecek
belirli bir gerilme (kopma) mukavemet değeri için
veya düşük yoğunluktur. Bu özelliği onların katmanlı kağıtlarda orta tabaka
olarak kullanılmalarını sağlar.
Yüksek dayanım beklenen layner kağıtlar ve torbalık kağıtlarda mekanik selüloz
kullanılmaz. Mekanik selüloz beyazlığın kalıcı olması gereken durumlarda da
lignin nedeniyle tercih edilmez.
Şekil 4.4 Kalite parametrlerindeki gelişme
Mekanik selülozlarda öğütme derecesi ışık dağıtma endeksini ve gerilme (kopma)
endeksini iyileştirir. Spesifik yüzey gelişmesi sağlar.
Kopma endeksi
Öğüme enerjisi
kullanımı
Sıcaklıkla
yumuşatma
Kimyasal veya sülfonasyonla
yumuşatma
45
Rejek rifaynerinin görevi düğümleri minimuma indirmektir. Bu nedenle rifayner
can damarıdır. Rejekleri ayırıp öğütememek tüm süreci
TMP için çimento
görevi görür. Yüksek kaliteli baskılık kağıtlarda yüzey özellikleri rifaynerin öğütme
parametresi olduğu
yukarıda belirtilmişti. Bunlar opaklık ve baskı kaltesidir. Bunlara eklenecek
mukavemet değeri için hacimlilik
katmanlı kağıtlarda orta tabaka
Yüksek dayanım beklenen layner kağıtlar ve torbalık kağıtlarda mekanik selüloz
eyazlığın kalıcı olması gereken durumlarda da
Mekanik selülozlarda öğütme derecesi ışık dağıtma endeksini ve gerilme (kopma)
46
Basımlık kağıtlar
Gazete kağıtlarında serbestlik, öğütüm yoluyla 100 ml değerin altına kadar
düşürülür. Gazete kağıdında çeşitli selüloz türlerindeki elyaf büyüklüğü oranları
Şekil 4.5 de verilmektedir. Selülozlar, elyaf boyları dikkate alınarak uzun
elyaflar, kırık (ortaboy) elyaflar ve iplikçikler olarak üçe ayrılmıştır.
Şekil 4.5 Çeşitli selülozlarda elyaf dağılım oranları ve elyaf verimliliği
GWD = Taş değirmen (Groundwood)
RMP = Rifaynerli mekanik selüloz (Refined Mechanical Pulp)
TMP = Termomekanik selüloz (Thermomechanical Pulp)
CTMP =Kimyasal termomekanik selüloz (Chemi-Thermomechanical Pulp)
UBS = Ağartılmamış sülfit selülozu (Unleached Sulphite Pulp)
SBK = Yarı ağartılmış kraft (Semibleached Kraft)
Mekanik selülozlarda uzun elyaflar azalırken iplikçiklerin oranı artmaktadır. uzun
elyafların oranı kimyasal selülozlarda mekanik selülozlara göre iki kat daha
fazladır. Yüksek hızlı gazete basımında, sadece taş değirmen selülozu
kullanıldığında, uzun elyafların azlığı nedeniyle dayanıksızlık artar ve sorunlar
yaşanır. Yaş mukavemet ve yırtılma mukavemeti düşer. Bu nedenle taş değirmen
selülozuna bir miktar kimyasal selüloz ilave edilir.
Çekme ve yırtılma mukavemeti iplikçiklerin oranı % 30 lara yükseldiğinde düzelir.
Bu durum renkte de düzelme demektir. Şekil 4.5 farklı selüloz üretim teknikleri
Verim %
47
nedeniyle, elyaf dağılımının ve buna bağlı kalite değişimini de dolaylı olarak
göstermektedir. Özellikle iplikçiklerin kalite üzerindeki katkısı görülmektedir.
Uzun elyafların ve elyaf parçalarının artması durumunda taş değirmen selülozu
dayanımı TMP den yukarıda olmaktadır. Bu nedenle taş değirmen selülozunda
öğütme sırasında kısaltmak yerine esneklik kazandırmak birinci önceliktir. Öte
yandan TMP selülozunda iplikçik oranının yükselmesi mukavemet ve renk
üzerinde üzerinde olumlu etki yaratır.
Yüzey düzgünlüğü ve ışık dağıtma yeteneği açısından, mekanik selülozda
öğütmenin arttırılması gerekir. Bu durumda serbestlikte azalma meydana gelir.
Çok düşük gramajlı dergilik kağıtlarla, düşük kaplama gramajlı kağıtlarda
mekanik selüloz miktarı % 15-20 arasında değişir. Mekanik selüloz yerini
kimyasal selüloza bırakmaya başlar. Mekanik selüloz oranını arttırmak için, uzun
elyaflı iyi öğütülmüş TMP elde edilmesi gerekir. Bu sayede uzun elyaflar kağıdın
taşıyıcı kısmı olacaktır.
Karton ve temizlik kağıtları
Hacimlilik özelliği mekanik ve kimyasal mekanik selülozları ambalaj kartonu ve
temizlik kağıtları üretiminde avantajlı hale getirir. Bu nedenle dayanım açısından
mümkün olduğu kadar uzun elyaflı olması istenir. Kimyasal mekanik selülozlar en
tercih edilen türlerdir. Alaçamın 600 ml serbestliğe kadar olan selülozları ile
karton ve temizlik kağıtları üretilir.
Elyaf uzunlukları dağılımında karton ve temizlik kağıtları arasında fark bulunmaz.
Çok düşük zift bulunduran ve peroksitle beyazlıkları % 80 e ulaşan türde, temiz
selülozlar tercih nedenidir. CTMP sürecinde öğütüm enerjisine daha az ihtiyaç
duyulur. Bu nedenle uzun elyaf oranı oldukça yüksektir.
48
BÖLÜM 5
Kimyasal selüloz
Kimyasal selüloz üretimi bisülfit veya hidroksil iyonlarını, bazen de her ikisini
kullanarak (kraft selülozu) ligninin suda çözünebililir olmasını sağlar. Yıllık bitkiler
için kullanılan soda süreci (sodyum hidroksitli) ticari olarak daha az
kullanılmaktadır. Kimyasal selüloz denildiğinde akla sülfit selülozu ve kraft
selülozu (sülfat selülozu) gelir. Sülfit süreci 1866 da İngiltere’de keşfedilmiştir.
Kraft (sülfat) süreci 1879 da Almanya’da bulunmuştur. Ağartılmamış ve yarı
ağartılmış kraft selülozu, dayanıklılık gerektiren kağıt ürünlerinde kullanılır. Her
iki selüloz da dünyada yaygın olarak kullanılmaktadır.
İkinci dünya savaşı sırasında esmer kraft selülozunun klor dioksitle ağartılması
yöntemi bulundu. Kraft sürecinin, ağaç türünden bağımsız olarak dayanıklı elyaf
vermesi ve kimyasal geri kazanmanın verimli olması nedeniyle sülfit selülozu
fabrikalarının pek çoğu kraft sürecine döndüler. Günümüzde kraft selülozu
sodyum sülfat ve sodyum hidroksit karışımıyla yapılır. Bu çözeltiye beyaz likör
denir ve süreç kimyasal selüloz üretiminde hakim konumdadır.
Şekil 5.1 Sodyum sülfatla yapılan süreç ve lignin giderme miktarı
Pişirme süresi, saat
Lignin oranı %
49
Sodyum sülfitle yapılan süreçte, sülfit iyonları pişirme süresini çok kısaltırlar ve
lignin giderme işlemi yüksek oranda gerçekleşir. (Bakınız; Şekil 5.1).
Kraft sürecinde pişirme
Kraft sürecinde yongaların beyaz likörle pişirilmesi sonucu ligninin önemli bir
kısmı çözünerek elyaflarda kalır. Buna karşılık polisakkaritler ortamdan uzaklaşır.
Karbonhidratlar ise lignin gibi ortamda kalan unsurlardır. Bu nedenle kraft
sürecinde elyaf verimi yüksektir.
Şekil 5.2 Kraft süreci ve pişirmede çözünme
Kraft sürecinde karbonhidratlar ve ligninin çözünmeleri üç etapta sağlanır. Birinci
etapta ligninin % 20 si çözünerek çözeltiye geçer. İkinci etapta ise oldukça seçici
bir çözünme olur. Bu etap ligninin % 90 ı çözününceye kadar sürer. Son etapta
ise ligninin çözünmesi büyük karbonhidrat kayıplarıyla gerçekleşir. Pratikte
kayıpları arttırmamak için bu etapta pişirme sonlandırılır. (Bakınız; Şekil 5.2).
Kraft sürecinde ligninin çözünmesi % 90 a ulaştığında, pişirme sürdürülürse,
selüloz kalitesinde bozulma ve verim kaybı başlar. Ligninin alınması yavaşlar.
Bunun nedenleri:
Çözü
nmüş
mad
de %
Pişirme süresi, dakika
Lignin dışı
50
Lignindeki azalma ve ligninin parçalanma olasılığının azalmasıdır.
Polisakkaritlere bağlı olan bazı ligninlerin dengeli yapıda olmaları bağların
kopmasını zorlaştırır.
Lignin-karbonhidrat eş polimerlerinin bulunması ve bunların çok büyük
moleküllere sahip olması ligninin çözünmesini geciktirir.
Kalsiyum iyonlarını köprü olarak kullanan lignin kümeleşmeleri de
çözünmeyi zorlaştırırlar.
Ağaçların morfolojik yapısı ve lignin özellikleri nedeniyle sert ağaçlarda lignin
giderme oranı yumuşak ağaçlara göre daha yüksektir. Lignin giderme kimyası
sürekli araştırılan konuların başında gelmektedir. Ligninin polimer yapısının
parçalanması ve suyu seven gruplar, ligninin çözünmesinde başlıca unsurlardır.
Kappa sayısı
Geleneksel olarak kraft selülozunda kalan lignin miktarı kappa sayısıyla ölçülür.
Kappa sayısı sadece lignini değil, selüloz içindeki tüm oksitlenebilir yapıları da
ifade eder. Kappa sayısı asidik permanganat tüketimi ile belirlenir. Normal
şartlarda bir gram kemik kuruluğundaki selülozda tüketilen potasyum
permanganatın, gramın onda bir seviyesindeki değeriyle ifade edilmesidir. Düşük
kappa sayısı selülozda düşük lignin bulunduğunu gösterir. Yüksek sayı ise yüksek
ligninli olduğunu gösterir. Kappa sayısı ağartılabilir sellozlarda 25-30 arası,
torbalık selülozlarda 45-50 arası ve olukluda kullanılacak selülozlarda 60-90
arasıdır. (ISO 302:2004)
Kullanılacak beyazlatıcı maddelerin miktarı kappa sayısına bağlıdır. Lignin ile
permanganat arasında yüksek bir tepkime olur. Aynı tepkime oksitlenme özelliği
olan diğer unsurlar için de geçerlidir.
Sülfit selülozunda pişirme
Sülfit sürecinde yongalar sodyum bisülfitle pişirilerek ligninin çözünüp selüloz
elyaflarının serbest kalması sağlanır. Sodyum bisülfitli çözeltiye beyaz likör denir.
Süreçte kalsiyum, magnesyum veya amonyum bisülfit de kullanılabilir. Daha
önceleri sönmüş kireç kükürt dioksitle karıştırılarak selüloz elde ediliyordu.
51
Kimyasal geri kazanma yapılmadan likör atılıyordu. Çevre kirliliği nedeniyle bu
yöntem terkedildi. Alaçamın (ladin) çama göre sürece daha uygun olması
nedeniyle çam için de uygun süreç oluşturacak çok aşamalı yöntemler geliştirildi.
Kimyasal sülfit selülozu üretiminde alkali ortam yanında asidik ortamlarda
oluşturulmaktadır. Likör pH’ı 1.5–4.0 arası olabilmektedir. Bunun yanında NSSC
üretimi için nötr sülfit likörü kullanılmaktadır. (NSSC=Neutral Sulfite
SemiChemical). Bu selüloz oluklu kutularda ortadaki oluklu tabaka (Fluting)
olarak kullanılmaktadır. Sülfit sistemde iki tepkime eşitliği yazılabilir. Aşağıda bu
eşitlikler Tepkime 1 ve Tepkime 2 olarak verilmiştir:
SO2 · H2O + H2O = HSO3– + H3O+ Tepkime 1
HSO3– + H2O = SO3
-2+ H3O+ Tepkime 2
Daima likörde bir miktar bisülfit iyonu bulunmak durumundadır. Aksi takdirde
çözünmemiş liğnin birikintileri nedeniyle selülozda esmerleşme söz konusudur.
Sülfit selüloz sürecinde ligninin çözünmesi, ligninin sülfonasyonu nedeniyle
gerçekleşir.
52
BÖLÜM 6
Selülozun yıkanması ve ağartılması
Yıkama işlemi her tür selüloz üretiminde yapılmaktadır. Bu nedenle önemlidir.
Yıkama aslında kimya mühendisliğindeki temel işlemlerden biridir ve amaç katı
içinden sıvının alınmasıdır. Yıkama işlemi kimyasal selülozda mekanik selüloza
göre daha çok detaylı ve işin ekonomisiyle ilgilidir. Bu nedenle özel olarak
kimyasal selülozun yıkanması verilecektir.
Selüloz üretiminin ilk zamanlarında, yıkama selülozun temizliği için
yapılmaktaydı. Mekanik selüloz üretiminde halen bu amacı gütmektedir. Daha
sonraları, atık suyun çevreye etkisi ve ekonomi ön plana çıkmıştır. Özellikle kraft
sürecinde kullanılan sudkostik ve sodyum sülfat görece olarak pahalı
kimyasallardır.
Pişiriciden selülozla birlikte çıkan likör için sadece değerli kimyasallar değil, aynı
zamanda çözünmüş başka odun yan ürünleri de bulunmaktadır. Bunlara
çözünmüş katı maddeler denilmektedir (DS). Çözünmüş katı madde miktarı bir
ton kraft selülozu için 1,5 ton ve bir ton sülfit selülozu için 1,3 tondur. Bu
rakamlar konunun önemini daha iyi anlatmaktadır.
Günümüzde likörün % 99 u selülozdan yıkanarak alınmakta ve geri kazanma
işlemine tabi tutulmaktadır. Kimyasallar geri kazanılırken çözünmüş katı
maddeler biyoyakıt olarak kullanılmakta ve selüloz üretimine enerji
sağlamaktadır. Yüzde bir oranında likör, yıkama sırasında atık suyla gitmektedir.
Likörde oluşan her kayıp, kraft sürecinde sodyum sülfatın kaybı demektir. Bir ton
selüloz için 800 kg sodyum sülfat tüketildiği düşünüldüğünde kayıpların önemi
ortaya çıkar. Bu nedenle kayıplar sürekli olarak azaltılmaktadır. Bir yüzyılda
sodyum sülfat kaybı bir ton selüloz için 500 kg dan 5 kg’ma düşürülmüştür. Bu
süreç oldukça zorlu geçmiştir. 20 nci yüzyılın ortalarında yeni süreçler ortaya
çıkınca, yeni yıkama yöntemleri gelişmiştir. Vidalı presler, tamburlu presler ve
53
diğer bazı ekipmalar kullanılmaya başlamıştır. Yeni ekipmanlar yıkama kayıplarını
minimuma indirmiştir.
Yıkama için harcanan su miktarı da azalmıştır. Özellikle likörün suyunun
buharlaştırılarak zenginleştirilmesi, su kullanımını sınırlamıştır. Buharlaştırmayla
katı madde % 15 den % 65 e çıkarılmaktadır. Petrol fiyatlarındaki artış su
kullanımını azaltmıştır. Yukarıda belirtilen 5 kg lık kayıp, elyaf üzerinde tutunan
kimyasal olarak kabul edilmektedir. Elyaf üzerine tutunan kimyasallar, oksijen
tüketimini (COD=Kimyasal Oksijen Talebi) etkilediğinden, selülozlarda, bir ton
selüloz için COD değeri de belirtilmektedir.
Sülfit selülozunda da benzer gelişmeler yaşanmıştır. Geri kazanma oranları % 97
lere yükselmiştir.
Selüloz yıkamada kullanılan ekipmanlar
Yıkama işlemi için pek çok ekipman kullanılmaktadır. Aşağıda bunların başlıcaları
verilmektedir. Konu daha çok süreç olduğundan, mekanik taraf sadece ismen
verilmektedir.
Vakum filtreler ve basınçlı filtrelerde yıkama
Sürekli pişiricide yüksek ısıda yıkama
Atmosferik ve basınçlı difizörlerde yıkama
Yatık bant türü yıkayıcılarda yıkama
Yıkama preslerinde yıkama
Filtreli yıkayıcılarda yıkama
Ağartma
Kraft veya sülfit süreçlerinde verimlilik açısından ligninin tamamı selülozdan
alınamaz. Selüloz içinde kalan lignin az bile olsa (% 2-%5), selülozu
esmerleştirir. Bu nedenle beyaz selüloz elde edilmek istendiğinde, kalan ligninin
alınması ve selülozun ağartılması gerekir. Selüloz ligninsizlikle sonuçlanacak bir
dizi farklı işlemlere alınır.
54
Eski ağartma teknolojisi, kloru (C) kullanmaktaydı. Arkasından alkali ortamda
ligninin alınması (E) söz konusuydu. Son aşamada klor dioksit (D) ile ağartma
işlemi tamamlanmaktaydı. Bu işlem ağartma bitinceye kadar CEDED şeklinde
sürmekteydi.
1960 lı yıllarda klorun yerine çevre dostu oksijen aldı. Alkali oksijen ortamına az
miktarda magnezyum tuzlarının ilave edilmesi yönteminin bulunması (O),
selülozun hırpalanmasının önüne geçti. Oksijen işlemi sonrası, atıkların kimyasal
geri kazanmaya sokulması sayesinde çevre konusunda olukça iyi sonuçlar alındı.
Aynı zamanda, kalan ligninin % 50 sinden fazlası uzaklaştırılabildi.
Günümüzün modern ağartma işlemleri sırasıyla oksijen (O), klordioksit (D) ve
hidrojen peroksit (P) ile yapılmaktadır. Bazı fabrikalar buna bir ozon (Z) aşaması
eklemiştir. Ağartma teknolojileri klorsuz (elemental chlorine free, ECF) ve
tamamen klorsuz (totally chlorine free, TCF) olarak ikiye ayrılmıştır. Tipik olarak,
yapılan işlemler OD(OP)DD ve OQ(OP)Q(PO) olarak sıralanmaktadır. Q
maskeleme kimyasalı (Chelating Agent) anlamına gelmektedir ve görevi
selülozda bulunan ağır metallerle bağ yaparak, ağartma işleminin etkinliğini
arttırmaktır.
Pratik nedenlerle ağartma sürecindeki aşamalar çeşitli harflerle gösterilir.
Aşağıdaki tabloda (Tablo 6.1) işlem aşamaları ve sembolleri verilmektedir.
Ağartma aşamaları SembollerAsitle işlem AKlor CKlordioksit DAlkali ekstraksiyon EHipoklorit HOksijen OHidrojenperoksit PMaskeleme QParasetik asit TSuyla işlem WEnzim aşaması XDitiyonit YOzon Z
Tablo 6.1 Ağartma aşamaları ve sembolleri
Bu sembollerin bir araya gelmesiyle işlem dizisi sırasıyla belirtilmiş olmaktadır.
CEDED harfleri sırasıyla klorlama, alkali ekstraksiyon, klordioksit, alkali
ekstraksiyon ve klordioksit işlemlerinin yapıldığını belirtmektedir. Bazen aynı
55
aşamada iki kimyasal kullanıldığı olur. O aşama için iki sembol yan yana
kullanılır. Örneğin (C + D) klor ve klordioksitin birlikte kullanıldığını belirtir. İlk
sembol, miktarı çok olarak kullanılan madddeyi gösterir. Harflerin yan yana
yazılmış olması, onların belirli aşamada ardışık kullanıldıklarını ifade eder. İlk
kullanılan sembol ilk olarak kullanılmaktadır. (Not: TAPPI (The Technical
Association of the Pulp and Paper Industry) tarafından katı kurallar konulmuş
olmasına rağmen bazen notasyonda basitleştirmeler yapılmaktadır.)
Ağartma süreci ve reaktör
Ağartmada kullanılan reaktörlere göre, süreçte ufak değişiklikler olmaktadır. Bu
değişikliklerden azıları aşağıda verilmektedir:
Selülozun akış yönü. Reaktöre yukarıdan veya aşağıdan girmesi,
Selülozün kesafeti,
Reaktörün basınçlı olup olmaması,
Reaksiyonun süresi dikkate alınarak, reaktör büyüklüğünün seçilmesi.
Kuzey avrupada, aşağıdan yukarıya selüloz akışı ve orta kesafet değeri (%9–
%13) seçilmektedir. Bu bilgi genellemedir. Ozonlu süreçlerde kesafet %35- %40
a çıkmaktadır. Reaktör iç basıncının sıfır olması durumunda süreç atmosferik
olarak adlandırılır. Eğer reaksiyon sıcaklığı 100°C ve üzerine çıkacaksa basınçlı
reaktörler gerekmektedir. Basınçlı reaktörlerin çıkışında basıncı tutacak bir vana
bulunur. Reaktör içinde akış hızını düzenleyen bir düzenek vardır.
Orta kesafetli ağartmada, orta kesafette çalışacak besleme pompaları bulunur.
Şekil 6.1 de, besleme pompasının, düzgün çalışması için emişinde devamlı
selüloz bulunduracak bir borunun tanka bağlanmış olduğu görünmektedir.
Havanın hamur içine karışmaması istenir. Hava reaktör içinde sıvı ve gaz fazı
oluşturduğundan ve akışı bozduğundan istenmez. Pompadan sonra ağartma
klorlu, klordioksitli, oksijenli, ozonlu veya hidrojen peroksitli ise helezonlu bir
mikser içine ağartma kimyasalı verilir. Sodyum hidroksit, maskeleme kimyasalı,
perasetik asit veya bazen hidrojen peroksit pompadan önce verilir. Bu durumda
pompanın karıştırma özelliğinden yararlanılır. İyi bir karışım her anlamda yüksek
verim anlamına gelir.
56
Şekil 6.1 Basınçsız ve basınçlı reaktörler
Kimyasallar verildikten sonra reaksiyon başlar. Reaksiyon süresi kullanılan
kimyasala göre değişir. Ozonda toplam süre 1 dakika iken klor dioksitte 1-3 saat
gerekir. Reaktör içinde beyazlığın gelişimi aşağıdaki garafikte görüldüğü gibidir.
(Şekil 6.2)
Şekil 6.2 Reaktörde beyazlığın gelişimi
Aşağı doğru akışlı reaktörlerde reaktör içindeki seviyeyi sabit tutmak ve süreci
kontrol etmek kolaylaşır. Bir diğer avantajı, tüm kütleyi havaya kaldırmak yerine
doğal yer çekimine göre davranmak enerji tasarrufu sağlar. Riski ise ağartma
kimyasalının gaz fazı olarak reaktör üstünde birikmesidir. Bu birikme kimyasalla
selülozun temasını keseceğinden verimsizlik yaşanır. Alkali ekstarksiyon süreçleri
Selüloz
Selüloz
Selüloz
Alkali
Hidrojen
Peroksit
Buha
rve
Oks
ijen
Lign
in m
ikta
rı
Beya
zlık
Birim tonaja verilen kimyasal
57
ve hidrojen peroksitli süreçler (EP) aşağı doğru akışlıdır. Sözü edilen
dezavantajlar oluşmaz.
Ağartmanın aşamaları
Tek aşamalı bir ağartmanın etkisi sınırlı olduğundan yeterli olmaz. Bu nedenle
süreç sayısı 3 ile 5 arasında aşamalara bölünmüştür. Azami beyazlık, (buna
beyazlık tavanı da denir) ağacın cinsine, selüloz sürecine ve ağartma sürecinin
sıralaması ve etkinliğine bağlıdır. Ağartma kimyasalı beyazlık tavanına ulaşmak
yerine ekonomik nedenlerle eşik değere kadar ulaşmayı hedefler. Yüksek tavan
değeri elde edilmek istendiğinde aşamalar arttırılır ve yeni kimyasallar eklenir.
Aşağıda dört aşamalı bir ağartma kuleleri dizisi görülmektedir. İlk aşama klor
dioksit uygulamasıdır ve aşağıdan yukarıya bir akış seçilmiştir. İkinci aşamada
akış yukarıdan aşağıya doğrudur ve alkali ekstraksiyon yapılarak basınçlı oksijen
uygulanmaktadır. Oksijen reaktör öncesi boruya verilir. Bu boruda akış yönü
yukarıya doğrudur.
Son iki aşamada hem aşağıdan yukarıya, hem de yukarıdan aşağıya doğru akış
görülür. Klordioksitle ağartma için, klor dioksit ön borudan yukarıya doğru
basılan selülozun içine uygulanır. Böylece, ana reaktör içinde aşağıya doğru giden
hamurda gaz fazı oluşumu önlenmiş olur.
Şekil 6.3 Dört aşamalı bir ağartma süreci (D0(EO)D1D2)
Dört aşamalı bu tür selüloz ağartma işlemi dünyada yaygın olarak kullanılan
modeldir. (D(EO)DD). Çeşitli nedenlerle başka seçenekler de uygulanmaktadır.
Bu nedenler arasında çevresel olanlar, temiz su temini, selüloz kalite beklentisi,
yatırımın bütçesi veya işletme maliyetleri olabilir.
58
Kalite analizi
Selülozun ağartılmasında üç kalite parametresi önemlidir. Bunlar sırasıyla kappa
sayısı, selüloz vizkozitesi ve selüloz beyazlığıdır. Kappa sayısı daha önce
belirtilmişti. Kısaca ne kadar potasyum permanganatın bir gram selülozda
tüketildiğini gösterir. % 50 oranında fazla potasyum permanganat hesaplanarak
düzeltme faktörü uygulanır. Kappa sayısı selülozda kalan lignin miktarını
belirlemek için düşünülmüşken, günümüzde selüloz içindeki oksitlenebilir madde
miktarını belirlemeyi hedeflemektedir. Özellikle heksonuronik asit nedeniyle
kappa sayısının hatalı bulunması durumu değiştirmiştir.
Vizkozite ölçümünde, cam bir borudan geçen selülozun, kuprietilendiamin
sıvısında belirli sürede ne kadarının çözündüğü ölçülür. Elde edilen değer selüloz
zincirlerinin uzunluğunu tespit etmeye yarar. Yani amaç selülozun mukavemetini
anlamaktır. Pratikte selüloz mukavemeti ile ölçülen değer arasındaki ilişki son
derece karmaşıktır. Vizkozite ölçümü ağartmada kullanılan asidik ortam ve
sonrası klordioksit kullanımı nedeniyle ters sonuçlar verebilmektedir. Bu nedenle
alkali işlemden hemen sonra vizkozite ölçümü yapılır. Başka bir yöntemde
vizkozite testinden önce selülozu borohidrit le yıkamak ve karbonil gruplarını
ortamdan uzaklaştırmaktır.
Vizkozitenin birimi (SCAN viskozitesi) dm³/kg dır. Kraft sürecinde tipik değerler
1100–1500 dm³/kg arasındadır. Oksijenli lignin giderme sonrası, vizkozite 900–
1100 dm³/kg aralığına düşer ve tam beyazlıkta 700–900 dm³/kg olur. Bazı
ülkelerde mPs birimi (mili-Pois) kullanılır. SCAN vizkozitesi ile aralarındaki ilşki
lineer değildir.
ISO beyazlığı bir kağıt veya selüloz levhasının üzerine düşen 457 nm deki ışığın
yansıtıcılığı ile ölçülür. Bir kağıt veya levhanın ışığı emme (k) ve dağıtma (s)
katsayıları vardır. Beyazlık k/s nin bir fonksiyonudur. Ağartma sırasında s
düşerken k sabit kalır ve beyazlık değeri artar. Öğütme işlemi beyazlığı
azlttığından ölçümler öğütülmemiş selüloz üzerinde yapılır.
Yrıağartılımış selülozda beyazlık %70–%85 ISO değerleri arasındadır. Beyazlık
değeri % 88 i aşan selülozlar tam ağartılmış olarak değerlendirilir. % 90 ve üzeri
ağartma değeri olan selülozlar nadiran üretilir. Bazı uygulamalar için beyazlık =
94 lere çıkartılır.
59
Beyazlığın sarıya dönüşmesi beyazlığın kendisiyle ilişkilidir. Selüloz içinde kalan
lignin ve heksenuronik asitler sararmada etkendir. Sıcaklık ve UV ışık gibi dış
faktörler de saramayı başlatır. Laboratuarda ışık ve sıcaklıkla hızlandırılmış
yaşlanma ortamı sağlanır. Bu tür yaşlanma gerçeği yansıtmaz. Bazı düzeltme
faktörleri kullanılmak durumundadır.
60
BÖLÜM 7
Kimyasal geri kazanma
Kraft sürecinde selülozun pişirilmesi için hazırlanan sodyum hidroksit ve sodyum
sülfat karışımına beyaz likör denir. Pişmiş selülozun pişirilip yıkanmasından ve
ligninin alınmasından sonra, geriye suyla birlikte, organik unsurlar, inorganik
çözünmüş maddeler ve organik bileşikler kalır. Bu çözeltiye de siyah likör denir.
Organik bileşikler çözünmüş ligninin sodyum tuzları ile parçalanmış
karbonhidratlardır. Kimyasal geri kaznmanın amacı pişirmede kullanılan
kimyasalları siyah likörden geri kazanmak ve onu yakıt olarak kullanmaktır.
Kimyasal geri kazanma üniteleri beş bölümden meydana gelir:
1. Siyah likörüden buharlaştırmayla suyun alınması
2. Kondensatın iyileştirilmesi
3. Siyah likörün yakılması
4. Beyaz likörün hazırlanması
5. Kireçli çamurun yeniden yakılması
1. Siyah likörüden buharlaştırmayla suyun alınması
Burada amaç suyun buharlaştırılarak yakma öncesi siyah likördeki katı madde
miktarını arttırmaktır. Aksi takdirde siyah likör yakılamaz. Suyun % 95 i
buharlaştırmayla uzaklaştırılır ve tekrar sıvılaştırılır. Buna kondensat denir. Bu
arada metanol ve kükürtlü bileşikler gibi uçucu maddelerde kondensatla birlikte
ayrılır.
2. Kondensatın iyileştirilmesi
Su ile birlikte ayrılan organik maddeler, kondensat iyileştirme aşamasında
kondensattan alınırlar. Alınan organik maddeler, özel bir kazanda veya kireç
ocağında yakılırlar. Organik maddelerden arındırılan kondensat kaliteli bir su
olarak, selüloz yıkamada ve kireç söndürmede kullanılır.
3. Siyah likörün yakılması
Konsantre likör geri kazanma kazanında yakılır. Bacadan çıkan ısı enerji olarak
geri kazanılırken, sodyum ve kükürt bileşiklerinden, sodyum karbonat ve sodyum
61
sülfat erimiş olarak kazandan alınır ve suda çözünür. Bu çözeltiye yeşil likör
denir. Yeşil likörün içinde, sodyum karbonat ve sodyum sülfat yanında sodyum
hidroksit, sodyum sülfit ve sodyum klorit bulunur.
4. Beyaz likörün hazırlanması
İçinde katı maddeler bulunduran yeşil likörün tortusuna yeşil likör çamuru denir.
Bu tortu yeniden beyaz likör elde etmek için yeşil likörden uzaklaştırılır. Önce
yeşil liköre sönmemiş kireç (CaO) ilave edilerek, sönmüş kireç (Ca(OH)2)
oluşturulur. İçine sodyum karbonat katılarak sönmüş kireç (kalsiyum hidroksit)
çözünmüş sodyum hidroksite dönüştürülür. Bu işleme kostiklendirme aşaması
denir. Aşağıda tepkimeler verilmektedir.
CaO + H2O Ca(OH)2 (1)
Ca(OH)2 + NaCO3 NaOH + CaCO3 (2)
Kalsiyum karbonat (CaCO3) kireç taşı olarak çökelir. Bu işlem sonucu beyaz likör
geride kalır. Çöken kireç çamuru filitreleme ile veya suyu buharlaştırılarak
ortamdan uzaklaştırılır. Beyaz likör yeniden yonga pişirme için kullanıma hazırdır.
Kireç çamurunun içinde hiç beyaz likör kalmamalıdır. Bu nedenle yıkanır. Yıkama
suyuna geçen beyaz likör suyu zayıf bir beyaz liköre dönüştürür.
5. Kireçli çamurun yeniden yakılması
Kalan katı madde yakılarak sönmemiş kirece döndürülür. Sönmemiş kireç ise
yeniden kostiklendime işleminde kullanılacaktır.
Kimyasal geri kazanma sisteminde pek çok farklı işlem (Unit Operations) yapılır.
Bunlar büyük geri kazanma kazanları, distilasyon kolonları sıvının katıdan
ayrıştırılması, filitreleme, sinterleştirme gibi işlemlerdir. Bu işlemler hem
kimyagerlik hem de kimya mühendisliği bilgilerini gerektirir.
62
BÖLÜM 8
Geri dönüşüm
Selülozun kullanılarak yeniden kağıda dönüştürülmesi üzerine fazla bilimsel
çalışma yapılmamıştır. Son yıllarda bu konunun önemi daha belirgin olarak
ortaya çıkmış ve yüksek kalitede dönüşümlü kağıtlar yapılmaya başlamıştır.
Çoğunlukla, dönüşümlü kağıt üretiminde gazete kağıdı, temizlik kağıtları, oluklu
mukavva ve kartonlar ön planda olmuştur. Yüksek kalitede diğer kağıtlara doğru
bir yönelme hızla artmaktadır.
Gerçekte geri dönüşümlü kağıt ve karton üretimi çok eskilere dayanmaktadır. İlk
olarak eski pamuklu kumaş artıklarından (paçavra selülozu) pamuklu kağıtlar
yapılmaya başlamıştır. Mürekkep gidermeyle kağıdın dönüşümü 1774 lere kadar
geriye gitmektedir. 20. yüzyılın ikinci yarısından sonra geri dönüşümde patlama
yaşanmıştır. Geri dönüşümlü kağıt kullanımı 1980 den sonra her yıl % 6 oranında
artmaktadır. Bu sürede geri dönüşümde kullanılan işlemler değişmemiştir.
Geri dönüşümlü kağıt üretiminde hamur hazırlama üniteleri üç ana işlevi yerine
getirir:
1. Kağıdı hamur haline getirmek
2. Hamurun içinden kirlilikleri almak
3. Elyafları ağartmak
Elyaf bir pulper içinde açılır. Hamurun elde edilmesiyle birlikte kirliliklerin
temizlenmesi aşamaları başlar. Kirlilikler metal parçaları, kum, cam parçaları,
tutkal artıkları, mürekkepler, plastik ve ip parçaları gibi pek çok çeşitten
olabilmektedir. Ayırma teknikleri, yoğunluklarına, parça büyüklüklerine ve suyla
ilşkilerine göre (suyu seven ve sevmeyen) değişmektedir.
Ayırma teknikleri içinde elekler, temizleyiciler ve yüzdürme ekipmanları
kullanılmaktadır. Ağartmada elyafa doğru optik özellikler kazandırılmaya çalışılır.
Kolay gibi görünen kağıt üretim süreci gerçekte doğrudan selüloz kullanmaya
63
göre daha komplekstir. Kitabın birinci cildinde konuya ilişkin bilgiler
bulunmaktadır. Burada tamamlayıcı bilgiler verilecektir.
Dönüşümlü kağıt türleri
Dönüşümlü kağıtlar kabaca dört gruba ayrılır:
Eski gazete kağıtları (ONP)
Eski dergiler (OMG),
Karışık ofis atıkları (MOW)
Eski oluklu mukavva kutu atıkları. (OCC).
Çok çeşitli atık kağıt türleri olmasına rağmen, yukarıdaki dört ana grup geri
dönüşümde yaygın olarak söz konusudur. Gazete kağıdı basımında eski dergi ve
gazetelerin karışımı kullanılmaktadır. İkisi aarasında yapılacak hamur
harmanında oranlar son derece önemlidir. Mürekkep gidermede dergi atıklarının
daha çok olması istenir. Karışık ofis atıkları fotokopi ve yazıcı kağıtlarından
oluşur. Karışık ofis atıkları kaliteli olduklarından, gene yazı tabı kağıtlarında ve
temizlik kağıtlarında ham madde olarak kullanılırlar.
Eski oluklu kutu atıkları beyaz harmanlarda kirletici olarak kabul edilir ve
istenmezler. Bunların dönüşümünde mürekkep giderme uygulanmaz. Ayrıca
yüksek miktarlarda başka atıklar da söz konusudur. Matbaa atıkları ve kutu
fabrikalarının kenar ıskartaları kaliteli ve seçilmiş ham maddelerdir. Mümkün
olduğu kadar seçilmiş kağıt kullanmak bir amaç olmuştur. Ham maddenin kalitesi
bölgesel olarak değişmektedir. Kullanılan mürekkepler, kağıdın dönüşüm sayısı,
nereden toplandığı ve beklemişliği kalite üzerine etki eder.
Mürekkep giderme süreci geri dönüşümlü kağıdın ısıyla olan geçmiş hikayesine
çok bağımlıdır. Buna yaz etkisi denilmektedir. Basılı kağıt üzerindeki mürekkep
yoğunluğu yaz ayları boyunca artmaktadır. Bunun nedeni mürekkepteki
yaşlanmadır. Atık kağıtlarda fiyatları belirleyen etkenler içindeki kirliliklerin
miktarı, elyaf kalitesi ve ham madde olarak yapılan tür tanımlamalarıdır. En çok
talep gören kağıtlar iyi seçilmiş, mürekkep ve zamkı az olan ve elyafları kaliteli
olan kağıt atıklarıdır. Ekonomik nedenlerle gazete kağıtları üretiminde, beyaz
atıkların kullanılması tercih edilmez. Amaç mümkün olduğu kadar düşük maliyetli
ham madde ile kaliteli kağıt üretmektir.
64
Baskı teknikleri ve mürekkepleri
Dönüşümlü kağıt içinde basılı olanlar bulunduğundan, üzerlerinde çeşitli türde
mürekepler de bulunmaktadır. Mürekkep türleri dört ana gruba ayrılır:
1. Yağ bazlı ofset mürekkepleri
2. Toluen bazlı gravür mürekkepleri
3. Su bazlı flekso baskı mürekkepleri
4. Tonerler ve yazıcı mürekkepleri
1. Yağ bazlı ofset mürekkepleri
Yağ bazlı veya toluen bazlı mürekkpler suyu sevmezler. En yagın olarak gazete
kağıtlarında kullanılan yağ bazlı ofset mürekkepleri yağ, bağlayıcı ve pigmentten
oluşur. Yağ, madeni (mineral) kökenli veya bitkisel kökenli olabilir. Bitkisel
kökenli olanlar çevrecilik nedeniyle daha yüksek oranlarda kullanılmaya
başlamıştır. Pigmenti taşıyan yağ, pigmentin kağıda geçmesini sağlar.
Bağlayıcının görevi emilen yağlı mürekkebin kağıttan çıkmamasını orada sabit
kalmasını sağlamaktır. Çeşitli bağlayıcı türleri bulunmaktadır. Bunlar, reçine asit
metal tuzları, reçine asit esterleri, modifiye reçine asitleri, fenolik reçineler ve
alkit reçinelerdir. Mürekkep giderme ünitelerinde amaç bağlayıcıyı çözmektir.
Bağlayıcıların aşırı derecede yüzeye tutunum özellikleri vardır. Bu nedenle
pigmentlerin yüzeyine tutunurlar. Kullanılan pigmentlerin en önemlisi siyah
mürekkeplerde kullanılan karbon siyahıdır. Karbon siyahı 10–400 nm arasındaki
küçük karbon parçacıklarından oluşur. Yanan hidrokarbonların islerinden elde
edilir. Farklı renkler için farklı pigmentler de kullanılır. Metal oksitler, aromatik
veya metal organik bileşikler pigment yapımında kullanılırlar.
2. Toluen bazlı gravür mürekkepleri
Rotogravür baskıda toluen bazlı mürekkepler kullanılır. Mürekkep gidermede yağ
bazlı mürekkepli kağıtlara benzer davranışlar görülür. Yüksek tirajlı dergilerin
basımında bu baskı tekniği kullanılır. Gelcekte toluen bazlı mürekkeplerin yerini
su bazlı mürekkeplerin kullanılacağı düşünülmektedir. Su bazlı rotogravür
mürekkepleri su bazlı flekso mürekkeplerine benzer. Su bazlı mürekkpler alkali
sıvı ortamda çözünürler. Mürekkpleri flotasyon ünitelerinde ayırmak çok zordur.
Mürekkebi gidermede başka tekniklere gerek duyulur.
65
3. Su bazlı flekso baskı mürekkepleri
Flekso baskı mürekkepleri dönüşümlü kağıt üretiminde sorundur. Günümüzde su
bazlı mürekkepleri gidermede etkin bir yol yoktur. Sorun mürekkebin
topaklanamayacak kadar çok küçük parcacıklara ayrılmasıdır. Gazete basımında
belirli ülkelerde (ABD, İngiltere ve İtalya) su bazlı mürtekkep kullanılmaktadır.
Avrupada bu baskı tekniği sadece ambalaj ürünlerinde (oluklu kutu)
kullanılmaktadır. Bu durum ambalaj gibi mürekkep giderme gerektirmeyen kağıt
dönüşümleri için sorun yaratmaz. Su bazlı mürekkeplerin bir türü de inkjet
mürekkepleridir. Bazı inkjet mürekkeplerde solventler de kullanılır. Su bazlı ink
jet mürekkepler pigmentlerden veya doğrudan boyalardan (Direct Dyes)
yapılabilirler. Pigmentle yapılan baskılar, flekso baskılardaki özellikleri gösterirler.
Doğrudan boyalarla yapılanlar redükleyici ağartıcılarla beyazlaştırılırlar.
Baskı türü Çözücütürü
Kullanım alanı
Kağıdın türü
Mürekkep özellikleri
Ofset baskı Madeni veya bitkisel yağlar
Gazete ve dergi
ONP, OMG, OCC
Mürekkep gidermeyle
Rotogravür baskı
Toluen Dergi ve reklam
OMG Mürekkep gidermeyle
Flekso baskı Su Gazete ve ambalaj
ONP, OCC Klasik yöntemler geçersiz
İnk jet Su Yazıcılar MOW Pigment bazlı olanlar zor. Doğrudan boyalı olanlar ağartmayla
Toner Polimer Fotokopi ve yazıcılar
MOW Mürekkep gidermeyle, dispergerlerle
Tablo 8.1 Baskı türü, mürekkep çeşidi, kullanım alanı ve mürekkep giderme
yöntemi
4. Tonerler ve yazıcı mürekkepleri
Tonerler pigment benzeri kürleştirilebilen polimerlerdir. Bu tür mürekkepler suyu
sevmezler. Bu nedenle flotasyonla alınabilirler. Isıyla elyafa tutunduklarından
sökülmeleri zordur. Tonerler yüksek beyazlıklardaki kağıtlarda kullanılırlar. ve
mürekkep gidermeye uygundurlar. Mürekkep suyu sevmediğinden su yüzeyinde
asılı kalır. 200 mikron ve üzeri büyüklüklerde olduklarından alınamadıklarında
mürekkep lekeleri olarak kağıt yüzeyinde görülebilirler. Bunu önlemek için
yüksek miktarda mekanik enerji ile elyaftan sökülmeleri gerekir. (Bakınız 1. cilt.
Flotasyon ve Dispergerler) Tablo 8.1 de çeşitli mürekkepler, baskı teknikleri ve
mürekkep giderme yöntemleri özetlenmiştir.
66
Elyaf kalitesi ve dolgu oranları
Atık kağıtta elyaf dışında başka maddeler de bulunur. Bunların başlıcaları,
vazgeçilmez olarak, dolgu maddeleri ve diğer katkı maddeleridir. Elyaf türleri çok
çeşitlidir. Eski karton kutu atıklarıyla karışık ofis atıklarında çoğunlukla kimyasal
selüloz bulunur. Eski gazete kağıtlarıyla eski dergi atıklarıysa mekanik selüloz
yönünden zengindir. Kül miktarı atık kağıdın kalitesine göre değişir. Karışık ofis
atıkları ve kuşe kağıtlar kül oranı en yüksek kağıtlardandır. Bunlarda dolgu
maddeleri ve mineral kökenli kaplama pigmentleri yoğun olarak kullanılır.
Aşağıdaki tabloda kağıt türleri ve ortalama kül oranları verilmektedir. (Tablo
8.2)
Dönüşümlü kağıdın türü Kül oranı %
Eski gazete kağıdı 3-15
Eski magazin 25-35
Karışık ofis atıkları 15-35
Oluklu mukavva atıkları 5-15
Tablo 8.2 Dönüşümlü kağıt türleri ve kül oranları
Dolgu ve kuşe pigmentleri, yöresel ekonomik kaynaklardan sağlandıklarından
ülkelere göre çeşitlilikler gösterirler. Kaolin ABD de Avrupa’ya göre yaygın olarak
kullanılmaktadır. Avrupa’da ve Türkiye’de kalisyum karbonat (kalsit)
kullanılmaktadır. Çeşitli kağıtlarda kül miktarları farklı değerlerde talep edilir.
Temizlik kağıtlarında kül miktarı % 5 in altında istenir. Bunun nedeni ağartmanın
kül miktarına karşı hassas olmasıdır. Gazete kağıdında ise kül miktarının yüksek
olması ekonomi sağlar. Gazete basımında kullanılan makineler standart değer
olan % 15 in üzerindeki kül oranlarıyla bile çalışabilirler. Bu nedenle avrupada kül
miktarları % 10 ile % 30 arasında olabilmektedir. Eski dergi atıkları mürekkep
giderme ile kullanılabilirler. Mürekkep giderme elyaf verimini düşürmektedir. Eski
gazete kağıdı ve eski dergilerin harmanlanarak karıştırılması, tek başına gazete
kağıdının ağartılmasından daha kolay olmaktadır. Bunun çeşitli nedenleri
bulunmaktadır. Bunların başında, dergilerin bir sayfadaki mürekkepli alan
yüzdelerinin gazete kağıtlarından daha az olması gelir.
67
Hamurun hazırlanması, parçacıkların alınması
Teoride atık kağıtlardan hamur hazırlanması son derecede kolay olmakla birlikte
pratikte durum böyle değildir. Hamur hale gelen atık kağıdın içinde mürekkep,
plastik tutkallar (zamk), metal parçaları ve başka kirlilikler bulunmaktadır.
Mürekkep gidermede iki teknik kullanılır. Bunlar yıkama ve yüzdürmedir. Bu
yöntemler kimyasal ve mekanik selülozlar için değişmez. Yıkama tekniği elyaf ve
mürekkep parçacıklarının fiziksel büyüklüklerinin farklı olması üzerine kuruludur.
Küçük mürekkep parçacıkları elek ve sepetli ünitelerden süzülerek alınır.
Yüzdürme işleminde ise elyafla mürekkebin kimyasal farklılıkları esas alınır.
Yüzey kimyasalları kullanılarak elyafla mürekkep birbirinden ayrılır. Mürekkep
parçacıkları yönünden zenginleşen köpük adaları yüzdürme ünitelerinden (DAF)
sıyrılarak alınır.
Elyaftan ayrılacak diğer kirlikler santrifüj temizleyicilerde ve sepetli eleklerde
ayrılır. Şekil 8.1 de kirliliklerin türleri ve ayırma teknikleri verilmektedir.
Şekil 8.1 Parçacıkları ayırma yöntemleri
Ürünlerin ticari özellikleri
Ticari anlamda çeşitli ürünler için çeşitli beyazlık ve kül değerleri oluşmuştur.
Tablo 8.3 de ürünler ve kalite değerleri görülmektedir. Oluklu esmer kağıtlar
dışında diğerlerinde optik özellikler önemlidir. Yazı tabı kağıtlarında beyazlık ve
düşük kirlilik sayısı beklentisi yüksektir. Temizlik kağıtlarında beyazlık çok geniş
Verim
lilik
Parçackların büyüklüğü mikron
Yıkama Yüzdürme Eleme
68
aralıkta olmasına rağmen, gazete kağıtlarında da beyazlık beklentisi yüksektir.
Bazı pazarlar temizlik kağıtlarında gri tonları çevrecilik adına kabul ederler. Bu
nedenle fabrikalar çeşitli tonlarda kağıtları üretirler. Ürün kaliteleri ham madde
ve kimyasallarla değiştirilir.
Kağıdın türü Beyazlık, ISO %
Mürekkebi alınmış elyafta kül ve dolgu oranları (Ağırlığa göre %)
Gazete kağıdı 55-65 10-15
Dergi, Süper kalenderli ve düşük gramajlı kuşe
65-75 5-15
Yazı tabı kağıdı 75-90 5
Temizlik kağıdı 45-80 5
Tablo 8.3 Dönüşümlü elyaflarda hedef kalite değerleri
Kül miktarı başka bir önemli parametredir. Mürekkep giderme üniteleri kül
miktarına hassastırlar. Temizlik kağıdı üreten fabrikalar için, elyaf hazırlamada
külü % 5 in altında tutmak bir hedeftir. Düşük kül oranı aranmasının nedeni kağıt
makinasında sorun yaratması ve son haliyle üründe kül istenmemesidir. Temizlik
kağıdı üretimi oldukça hassas bir süreçtir. Yanki silindire safihanın tutunması
istenmez. Bu nedenle elyafı yıkama aşamalarına ihtiyaç bulunur. Gazte kağıdı ise
baskı sırasında kül açısından hassas değildir. Kağıt makinesinde ise aşırı kül
miktarı sorun yaratabilir. Bir çok fabrika dönüşümlü kağıtta yüksek kül miktarını
ister. Külün elyafa tutunması verimliliği attırır, sistemdeki birkmeleri (Deposits)
önler.
Yapışkan maddeler (Stickies) elyaf kağıt makinesine gelmeden önce alınmaları
gereken maddelerdendir. Yapışkan maddeler polimer esaslı zamklar, ambalaj ve
ciltlemede kullanılan sıcak yapıştırıcılar (Hot Melts), kaplama olarak kullanılan
latekslerdir. Her tür dönüşümlü kağıt üretiminde yapışkan maddeler sorun
yaratır. Esmer oluklu kağıtları üretiminde mürekkep giderme üniteleri
olmadığından yapışkan maddeler daha büyük sorun yaratırlar, çünkü mürekkep
giderme ünitelerinde yapışkan maddeler elyaftan büyük oranda alınırlar.
Kirlilikleri almanın bedeli elyafta verimlilik kaybıdır. Aşağıdaki tabloda elyaf
türlerine göre verimler görülmektedir. (Tablo 8.4)
69
Kağıdın türü Elyaf verimi %
Gazete kağıdı 75-85
Dergi kağıdı (Süper kalenderli ve kuşe) 70-80
Yazı tabı kağıtları 65-75
Temizlik kağıtları 60-75
Ambalaj kağıtları (Esmer) 90-95
Tablo 8.4 Kağıt türlerine göre elyaf verimleri
Ürün olarak fiyatı düşük olan türlerin yüksek verimli ve ham madde maliyetlerinin
düşük olmaları istenir. Yazı tabı ve temizlik kağıtları gibi katma değeri yüksek
ürünlerde ise verim kaybına kalite adına göz yumulur. Esmer kağıtlarda mürkkep
gidermenin olmaması verimi yükseltir. öte yandan kirlilikler elyafta kalır.
Yukarıda sıralanan kalite değerleri dışında başka parametreler de vardır.
Matbaalarda baskıya girecek beyaz kağıtlarda baskı sırasındaki davranışlar
önemlidir. Bunlar, basılabilirlik, kağıdın formasyonu, yüzey özellikleri, tozama ve
mukavemettir. Temizlik kağıtlarında emicilik, yaş ve kuru dayanımların yüksek
olması istenir. Dayanım tüm dönüşümlü kağıtlarda temel parametrelerdendir.
Kirlilikler dayanımı düşürür. Bu nedenle kirlilikleri ya parçalayarak küçültüp
kağıda eşit olarak dağıtmak ya da büyük haldeyken elek ve temizleyicilerde
ortamdan uzaklaştırmak gerekir.
Dönüşümlü kağıtta elyafın yolculuğu
Dönüşümün hamur hazırlama aşamasında kirliliklerin azlatılması ön plandadır.
Kirliliklerin çeşitli olması farklı işlemleri ortaya çıkarmıştır. Bunlar üstte özet
olarak ve 1. ciltte oldukça detaylı anlatılmıştır. Genel olarak süreç ve ekipman
seçimi kağıdın türüyle doğrudan ilişkilidir. Kağıdın satış fiyatı da süreç seçiminde
etkilidir. Maliyetler içinde, ham madde yanında enerji (buhar ve elektrik),
işçilikler ve sermayenin maliyeti ekipman seçimi ve diğer yatırım harcamalarını
şekillendirmektedir. Süreçler üzerine yapılan araştırmalar, dönüşümlü elyafın
kalite değerlerini selüloza yaklaştırmak ve maliyetleri mümkün olduğu kadar
aşağı çekmek üzerinedir. Özellikle son yirmi yılda oldukça büyük adımlar
atılmıştır.
70
Farklı kağıt türlerini toplama ve seçme/ayırma birbirlerine benzerler. Seçme ve
ayırma işleminin yapılarak fabrikalara seçilmiş kağıt gönderilmesi, fabrikalar için
kolaylıklar getirmektedir. Öncelikle çöpün kaynağında kalması bunların
başındadır. Atık kağıt toplama istasyonları seçme ve ayıma işlemi için yararlı
olmaktadır. Çıkcak ürünün kalitesi toplama istasyonlarının performansına
bağlıdır. Otomatik ayırma yapan toplama istasyonları geliştirilmiştir. Bunlardan
birinde kağıt parçalayıcı, manyetik tutucu ve büyük siklonlarda parçalanmış kağıt
türlerini ayırma gibi işlemler yapılmaktadır. Bunlar elle ayırmaya göre
üstünlükleri olan yöntemlerdir.
Elle ayrılmış kağıtlar balyalar halinde fabrikaya gelirler ve burada kullanım anında
balyalar tellerinden kesilerek açılırlar. Konveyorler aracılığıyla pulpere besleme
yapılır. Modern fabrikalarda manyetik bantlar metalleri almak için
kullanılmaktadır. Gazete ve dergiler yatık tambur pulperlerde açılır. Diğer
kağıtlarda klasik pulperler kullanılır. Özellikle oluklu kutu hurdaları için orta
kesafet pulperleri (% 5) yaygınlaşmıştır. Plastiklerin parçalanmadan hamurdan
alınması, temizlik aşamasında kolaylık sağlamaktadır. Hamurda kalan sentetik
polimerler yapışkan maddelerin oluşmasına neden olmaktadır.
Türkiye’de seçilmiş denilen ham maddenin içinde % 5 civarında katı yabancı
madde bulunur. Rejekle atılan elyaf nedeniyle kalan % 95 in tamamı asla kağıda
dönüşmez. Yüksek kesafette dispersiyon elyaf ısıtılarak yapılır. Sıcaklık ve
mekanik kuvvetler mürekkep parçacıklarının ve yapışkanların elyaf içinde
dağılmasını sağlar. Yazı tabı, baskılık kağıtlar ve temizlik kağıtlarında flotasyon
işlemi veya yıkama yapılarak mürekkep parçacıkları elyaftan alınır. Beyazlığı
arttırmak için yüksek kesafette ağartma kimyasalları kullanılır. (30 %)
Gazete ve dergi atıklarında mürekkep giderilmesi
Gazete ve dergi atıklarında mürekkep gidermede hamur akışı aşağıda Şekil 8. 2
de verilmektedir. Birinci ciltte bu konudaki süreç açıklanmıştır. Mürekkebi
giderilmiş gazete kağıtlarında beyazlığın % 60 ISO değerinde olması istenir. Bu
değere ulaşabilmek için pulpere bir ton elyaf için 5–10 kg/t alkali peroksitler
(Na2O2 gibi) 10–20 kg/t sodyum silikat ve yaklaşık 5 kg/t sodyum sabunu veya
yüzey aktif madde verilir. Bunların bazı işletmelerde flotasyon aşamasında
71
kullanıldığı da görülür. Son ağartma aşamasında % 10 kesafette hamura,
beyazlığı rötüşlamak amacıyla ufak miktarlarda sodyum ditiyonit verilir. Atık
kağıdın içinde, ağırlığın % 1 -2 gibi oranında mürekkep bulunur. Flotasyon ünitesi
% 80 ile % 90 arasında mürekkebi alır. Bir miktarı da kesafetin yükseltilmesi
sırasında (vidalı pres) alınır.
Şekil 8. 2 Gazete ve dergi atıklarında elyaftan mürekkebin alınması
Süperkalenderli (SC) ve düşük gramajlı kuşe kağıtlarda (LWC) beyazlığın daha
yukarıda, % 70-75 ISO değerlerinde olması talep edilir. Bu değerlere ulaşmak
için, eski dergi oranının, eski gazete kağıdına göre oldukça yüksek olması gerekir.
Ağartma için de dispergerde direk olarak daha fazla peroksit kullanılır. İkinci
flotasyon ünitesinin kapasitesinin birinciden daha büyük olması ve son ağartma
kulesinde daha çok ditiyonit verilmesi de uygulamalar arasındadır. Bazı kağıt
fabrikaları dispersiyonda ağartma sırasında peroksit yerine indirgeyici kimyasallar
tercih etmektedir. Ağartma kimyasalları doğrudan lignin üzerinde etkili olur.
Mürekkebe etkileri son derece azdır. İkinci flotasyon ünitesi yüksek beyazlık
değerlerine ulaşmak için önemli rol oynar.
Yazı tabı kağıtlarında mürekkep giderme
Birinci hamur kağıtlarda mürekkep giderme süreci ufak farklılıklarla eski gazete
ve dergilerdeki sürece benzer. Kağıtların fotokopi yöntemi ve ink jetle basıldıkları
göz önüne alındığında süreç daha zorlu olmaya başlar. Mürekkebin elyaftan
ayrılması zorlaşır. Pulperin yüksek kesafetli olması ve dispergerdeki işlemin daha
72
dikkatli yapılması gerekir. Sökülemeyen mürekkep parçacıklarının mekanik
kuvvetlerle sökülmesi daha etkili olmaktadır. Bu nedenle dispergeri yoğurucu
tipte seçmek gerekir. Aşağıda birinci hamur kağıtlardaki akış şeması
görülmektedir.
Şekil 8.3 Birinci hamur kağıtlarda işlem basamakları
Beyazlatma seviyeleri sürpriz bir şekilde ham selülozun üstüne çıkmaktadır.
Bunun nedeni birinci hamurda optik beyazlatıcıarın kullanılmış olması ve halen
sistemde var olmalarıdır. Aşağıdaki tabloda İngiltere ve Fransa’ daki mürekkep
giderme değerleri görülmektedir.
Kalite parametresi Pulper sonrası beyazlık Son beyazlık
Beyazlık (Optik beyazlatıcı dikkate alınmadan)
60 ISO 80-85 ISO
Kirlilik alanı 2800 mm2/m2 10 mm2/m2
Kül oranı % 21 % 5
Tablo 8.5 Karışık ofis atıklarında beyazlık değişimi (Gottsching ve Pakarinen)
Temizlik kağıtlarında mürekkep giderme
Temizlik kağıtlarında mürekkep gidermede en önemli nokta dolgu maddesi
miktarını düşürmektir. Bu nedenle yıkama ünitesinde sadece mürekkep
parçacıkları değil dolgu maddeleri de elyaftan uzaklaştırılır. Bu durum elyaf
73
verimini düşürürken iplikçikler de kaybolur. Şekil 8.4 de akış şeması
verilmektedir.
Şekil 8.4 Temizlik kağıtlarında mürekkep giderme aşamaları
Yumuşaklık ve su emiliminin yüksek olması gerektiğinden dolgu maddelerinini
azaltılması gerekir. Temizlik kağıtlarının türüne göre beyazlık ve su emiş değerleri
farklılıklar gösterir.
Ambalaj kağıtlarında süreç
Ambalaj kağıtları esmer testlayner ve fluting kağıtlardır. Bu tür kağıtlarda beyaz
testlayner uygulaması dışında mürekkep giderme uygulaması yapılmaz. Bu tür
kağıtlarda en önemli parametreler dayanıklılık, yani mukavemet değerleri ve
temizliktir. Mukavemet açısından patlama testi ve kenar ezilme testi değerleri
diğerlerine göre daha ön plandadır. Mukavemet değerlerinin kraft kağıda
benzemesi beklenmez. Aslında ham selülozda bile elyaftaki kuruma sonrası
kemikleşme özelliği (hornification) bağ yapımını olumsuz etkilemektedir.
Şekil 8.5 de ambalaj kağıdı üretim süreci verilmektedir. Burada dönüşümlü
oluklu kağıtlar baz alınmıştır. Süreç için alternatif akış şemaları bulunmaktadır.
Aşağıda verilen şema bunlardan biridir. Özellikle fraksinatör çıkışından sonra
farklılaşmalar oluşmaktadır. Üst kattan kaliteli ve temiz görüntü beklentisi süreci
farklılaştırır. Beyaz testlayner için gazete ve dergi atıklarındaki sürece benzer
uygulamalar bulunmaktadır.
74
Şekil 8.5 Ambalaj kağıtlarında elyaf hazırlama süreci
Mürekkep giderme kimyasalları
Flotasyon ünitelerinde beş aşamada gerçekleşen mürekkep giderme işleminde
öncelikle mürekkebin elyaftan ayrılması gerekir. Buna koparma aşaması denir.
İkinci aşamada koparılan mürekkep parçacıkları bir araya toplanmaya çalışılır.
Üçüncü aşamada amaç parçacıklardan adacıklar yaratmaktır. Parçacık
büyüklükleri 10-200 µm arasındadır. Sudaki hava kabarcıklarının, parçacıkları
itme özelliği bulunur. Parçacıkların toplanması yardımcı maddeler gerektirir.
Bunların en yaygın olanları yağ asitlerinin kalsiyum sabunlarıdır. Sabun
parçacıklarla hava kabarcıkları arasında çekim kuvveti yaratır. Böylece köpüklerle
mürekkep adacıklarının birbirlerini çekecek duruma gelirler. Aksi takdirde
mürekkep parçacıklarının sağlıklı elyafa yeniden bağlanması söz konusudur.
Dördüncü aşamada köpük adasının tam olarak oluşması sağlanır. Beşinci
aşamada ise yüzen adacıklar yüzeyden sıyrılarak alınır.
75
Mürekkep gidermede kullanılan kimyasallar genellikle aşağıdaki maddelerden
oluşur:
Sodyum hidroksit. Ortamın bazik olması, yani pH değerini arttırmak,
elyafların şişmesine ve mürekkebin çözünmesine ve askıda kalmasına
yardımcı olur. Yağ bazlı mürekkeplerin koparılması yüksek pH değerlerinde
artar. Uygulama yeri pulperdir.
Yağ asitlerinin sabunları. Sabunlar mürekkepleri toplayıcılık amacıyla
kullanılırlar. Kullanım yerleri pulper veya flotasyon öncesidir.
Yüzey aktif maddeler. Ayrılan mürekkep parçacıklarının yeniden elyafla
birleşmesini önlerler. Avrupa ve Kuzey Amerika arasında farklılıklar
bulunmaktadır. Avrupada yağ asitleri, sabunlar ve emülgatörler pulperde
kullanılır. Kuzey Amerikada ise yağ asitlerinin ve sabunların karışımları
kullanılır. Bunun nedeni süreçlerdeki farklılıklardır. Kuzey amerikada köpük
adalarının kontrolu yapılmaktadır. Yüzey aktif maddeler hemen flotasyon
öncesi kullanılır. Pulperde kullanılan calsiyum sabunu ile yüzey aktif maddeler
birbirine ters çalışırlar. (Yüzey aktif maddeler aslında organik maddelerden
oluşan karışımlardır. Hem suyu seven hem de suyu sevmeyen grupları
içlerinde bulundururlar. Bu nedenle hem suda, hem de yağda çözünebilen
unsurları içlerinde bulundururlar. Deterjanlar, ıslatma kimyasalları, köpürtme
maddeleri ve dispersanlar yüzey aktif maddelerdendir.)
Hidrojen peroksit. Elyafın sarılaşmasını önlemek için alkali ortamda
ağartma kimyasalı olarak hidrojen peroksit kullanılır. Hidrojen peroksitin
uygulanacağı üç yer bulunmaktadır. Pulper, disperger öncesi ve mürekkep
gidermeden sonra ayrı bir ağartma aşamasıdır. Genel uygulamada bir miktar
hidrojen peroksit sararmayı önlemek için pulperde kullanılır. Yüksek beyazlık
gerektiren durumlarda ayrı bir ağartma süreci bulunur.
Camsuyu. Hidrojen peroksiti dengede tutmak (stabilize etmek) için kullanılır.
Ayrıca mürekkebin elyaftan ayrılmasın, toplanmasını ve elyaflara yeniden
tutunmasını önlemek için de kullanılmaktadır. Alkali özelliğinden de
yararlanılmaktadır.
Talk. Yapışkan maddelerin topaklanmasına karşı kullanılmaktadır. Uygulama
yeri mürekkep gidermenin sonudur.
Mürekkep giderme aşamasında kullanılan başka kimyasallar da bulunmaktadır.
EDTA (Etilen-Diamin-Tetra-Asetik-Asit) hidrojen peroksitin metallerle
76
birleşmesinin önüne geçmek ve tuz birikimini kontol etmek için kullanılmaktadır.
Ağartma sırasında bazı metal iyonlarının kontrol edilmesini sağlar. Enzimler
karışık ofis atıklarında mürekkebin koparılmasında kullanılmaktadır.
Yıkamada kullanılan kimyasallar
Yıkama sürecinde, mürekkep parçacıklarıyla elyafların fiziksel büyüklüklerindeki
farklılık kullanılarak ayırma işlemi yapılmaktadır. Bu amaçla doğrudan elekler
veya sepetli elekler kullanılmaktadır. Kimyasal süreçler flotasyon ünitelerindekine
benzemektedir. Farklı yönü yağ asitleri kullanmak yerine, doğrudan yüzey aktif
maddeler kullanılmaktadır.
Flotasyon ve yıkamanın birlikte kullanılması yaygın uygulamalardandır. Avrupada
flotasyon tekniği hakimdir. Kuzey Amerikada ise birkaç tane sadece yıkama
yapan fabrikanın dışında tamamında hem flotasyon hem de yıkama
yapılmaktadır. Yıkama tekniğinin ilavesiyle flotasyona göre daha fazla dolgu
maddesi elyaftan ayrılır. Temizlik kağıtlarında, asidik ortamda, düşük kül oranı
gerektiğinde bu yöntem etkilidir.
Çeşitli kağıtlarda kullanılan kimyasallar arasındaki farklılıklar
Avrupada mürekkep gidermede, yazı tabı kağıtlarında, mürekkep parçacıklarının
toplanmasında yağ asitleri kullanılır. Kuzey Amerika ise yüzey aktif maddeleri
kullanmaktadır.
Temizlik kağıtlarında normal yüzey aktif maddeler veya karışık yağ asitleri
kullanılmaktadır. Yıkaması olan fabrikalarda mürekkep gidermede yüzey aktif
maddeler ve yağ asitleri kullanılmaktadır. Avrupada ham madde olarak daha
çeşitli dönüşümlü kağıtlar kullanılırken, Kuzey Amerika’da nötr ortamda karışık
ofis atıkları kullanılmaktadır. Bunun nedeni iki coğrafyadaki farklı kalite
beklentileridir. Kuzey Amerika optik özelliklerin yüksek olmasını istemektedir.
Bazı avrupa fabrikalarında da yüksek beyazlık değerlerinde kağıtlar
üretilmektedir.
Karışık ofis atıkları hem yazı tabı kağıtları hem de temizlik kağıtları üretiminde
kullanılımaktadır. Kullanım amacına göre kimyasalların seçimine dikkat edilmesi
gerekir. Mürekkep elyafa çok sıkı tutunmuştur. Mürekkep parçacıklarını elyaftan
77
sökmek için çok fazla enerji ve beraberinde fazla yüzey aktif madde harcanması
gerekmektedir. Karışık ofis atıkları için yüzey aktif maddeler ve süreçler
standartlaşmıştır. Bazen kalite açısından mürekkep giderme için enzimler
gerekmektedir. Genellikle elyafların şişmesi daha az önemli olduğundan nötr
ortamda üretim yapılır. Bunun kısmi nedenlerinden biri, kağıtların içinde kimyasal
selüloz bulunması ve onların mekanik selüloza göre daha az şişmesidir.
Esmer oluklu kağıtlarında ağartma ve mürekkep giderme işlemi yapılmaz. Bu
nedenle kimyasal kullanımı son derece azdır. Beyaz ambalaj kağıtları için, yazı
tabı kağıtlarında uygulanan yöntemler ve kimyasallar kullanılır.
Dönüşümlü kağıtlarda ağartma kimyasalları
Ddönüşümlü kağıtlarda beyazlık önemli kalite parametrelerinden biridir.
Kullanılan ham maddeye göre ağartma süreçleri ve kimyasalları farklılıklar
gösterir.
Hidrojen peroksit fiyatı ve kullanım kolaylığı nedeniyle en önemli
beyazlatıcılardandır. Gazete kağıtlarına ham madde mekanik selülozdur. Lignini
alınmamış böyle durumlar için hidrojen peroksit çok uygundur. Beklenti ligninin
alınması değil elyafın beyazlatılmasıdır. Ligninin alınması verim kaybı anlamına
gelir ve sudaki COD değerlerini çok yükseltir. Oksijenli ağartma süreçlerinde
hamur hazırlamanın sonlarına doğru indirgeyici ağartma kullanıldığı görülür.
İndirgeyici ağartma için sodyum ditiyonit (hidrosülfit) ve formamidin sulfinik asit
(FAS) yaygın olarak kullanılan beyazlatıcı ve renk sökücülerdendir. Avrupada her
iki kimyasal kullanılmasına rağmen ditiyonit daha çok kullanılmaktadır. Renkli
matbaa artıklarının çok olması indirgeyici ağartmayı ön plana çıkarmaktadır.
Gazete kağıdında indirgeyici ağartıcıların hidrojen peroksite destek olarak
kullanıldığı da görülmektedir.
Temizlik kağıtlarında hidrojen peroksit kullanırken, yazı tabı kağıtlarında
mürekkep giderme sonrası daha ileri ağartma teknikleri kullanılır. Düşük lignin
oranlı ofis atıklarında lignin giderici teknikler son derece etkili sonuçlar
vermektedir. Avrupa bu tür kağıtlarda oksijenli ağartma kullanırken, Kuzey
Amerika sodyum hipoklorit ve klor dioksit kullanmaktadır. Oksijenli ağartmada
ek olarak hidrojen peroksit kullanılır ve enzimlerin kullanıldığı görülür. Enzimlerin
78
kullanılması sistemin temiz tutulmasını gerektirir. Bunun için biyositler, aşırı
hidrojen peroksit dozajlamaları, pulper yerine dispergerde hidrojen peroksit
uygulaması yapılır.
79
BÖLÜM 9
Elyafların ve kağıdın özellikleri
Elyafların fiziksel özellikleri
Elyafın fiziksel özellikleri mukayeseli testlerle belirlenir. Fabrikalarda müşteri
taleplerini yerine getirmek ve üretimi sağlıklı sürdürmek açısından testler yapılır.
Burada amaç istenilen kalitenin sürekliliğidir. Elyafın özelliklerini iyileştirmek ve
yeni ürünler geliştirmek için de testler yapılmaktadır. Bunun yanında bir
makinanın üretimdeki kalite değerlerini önceden öngörmek mümkün değildir. Bir
ürünün son derece karmaşık çevresel parametrelere bağımlılığı bulunmaktadır.
Aynı dili konuşmak adına bazı standart testler geliştirilmiştir. Bu sayede iki
laboratuar sayesinde değerler mukayese edilebilmektedir. Test yöntemleri ve
cihazları da beraberinde yerel değişiklikler gösterir. Aşağıda başlıca test
kurumları verilmektedir:
SCAN (Scandinavian Pulp, Paper, and Board Testing Committee),
Finlandiya, Norveç ve İsveç
TAPPI (Technical Association of the Pulp and Paper Industry), ABD
CPPA-TS (Canadian Pulp and Paper Association), Kanada
APPITA (Australian Pulp and Paper Industry Technical Association)
Avustralya
Standartlar ISO (The International Standardisation Organisation) tarafından
belirlenmektedir.
Elyaf uzunluğu
Elyaf uzunluğunun mukavemeti arttırması nedeniyle önemi büyüktür. Fakat belirli
bir noktadan sonra elyaf uzunluğu mukavemeti düşürmeye başlar. Bunun nedeni
çok uzun elyafların kıvrılarak birbirlerine dolanması ve düğüm oluşturararak
safiha düzgünlüğünü bozmasıdır. Bu nedenle az öğütülmüş veya dövülmüş
80
selülozla yapılan safihalarda ve kağıtlarda elyaf uzunlukları 1-6 mm olduğunda
bağlanma kuvveti zayıftır.
Elyaf uzunluğu doğrudan veya dolaylı olarak tespit edilir. Dolaylı yöntemde,
fraksinatörde elyaflar farklı uzunluklarda ayrılırla. Bu yöntem ortalama elyaf
uzunluklarını verir. Bauer-McNett fraksinatör grubu bunlardan biridir. Çok düşük
kesafetteki hamur faraksinatör yarıklarından düşük basınçta geçirilir. Geçebilen
elyaflar ikinci ve farklı yarık ölçülerindeki fraksinatöre gönderilirler. Bu yöntem
mekanik selülozlarda kullanılır. Kimyasal sellozlara uygun değildir.
Doğrudan elyaf uzunlukları mikroskop ve optik cihazlarla yapılır. Bu yöntem çok
zaman alır. Alınan görüntülerin analizi yapılarak sonuca ulaşılır. Bilgisayarla boy
ölçümü yapmak sonucu hızlandırır. Bununla birlikte, bilgisayar, mikroskop ve
optik cihazların birleşimiyle, görüntü analizi yaparak beş dakikada ölçüm yapmak
mümkün hale gelmiştir. Yaklaşık 10000 elyafda ölçüm yapılması ortalama sonuç
elde etmek için yeterlidir. Elde edilen sonuçlardan elyaf boylarıyla genişlikleri
hesaplanır. Bu sayede elyaf boyunun enine olan oranı bulunur. Bu oran 4:1 in
altındaysa bu tür parçacıkların adına elyaf parçacıkları (Fines) denir. Elyaf olarak
adlandırılması için bu oranın üstünde değere sahip olması gerekir.
Elyaf çeperinin kalınlığı
Bu konuda ağaç hücreleri işlenirken bazı kavramlar verilmişti. İlk baharda hızlı
gelişen hücrelerle (Earlywood) son baharda yavaş gelişen (Latewood) hücrelerde
çeper kalınlıkları farklıdır. Bu nedenle odun halkalarında bile gözle görülecek
farklılıklar bulunur. Aşağıda iki hücre çeperi arasındaki fark görülmektedir.
Şekil 9.1 Erken ve geç odunda hücre çapı ve çeperi
Erken odunda çeper daha ince, geç odunda büyümenin yavaşlamasıyla hücrede
uzama ve genişleme durmakta, çeper kalınlaşmaktadır. Erken hücrelerde hücre
içi boşluğu nedeniyle hücre içine doğru kolayca çökmekte ve bu durumda
Erken odun Geç odun
81
esneklik fazla olmaktadır. Elyafın ağırlığı, uzunluğuna bölünerek (mg/m) elyafın
hacimliliği bulunur. Değerler genellikle 0.1–0.3 mg/m aralığındadır. Bu değer
yükseldikçe, elyafın kabalık değeri (Coarseness) artar.
Elyaflarda deformasyon
Elyaflarda bükülme, kıvrılma, sıkışma gibi kalite üzerine etkisi olan elyaf
deformasyonları gözlenir. Mekanik selülozda bükülme ve kıvrılma olayları daha
çok görülür. Aşağıda bazı deformasyon örnekleri görülmektedir.
Şekil 9.2 Elyafta deformasyon örnekleri
Elyaf deformasyonunun kağıt kalitesi üzerindeki etkileri, deformasyon tipine göre
değişir. Torbalık kağıtlarda ufak sıkışmalar ve katlanmalar esnemeye katkı
sağladıklarından kaliteyi iyileştirmede yardımcıdır. Dirsek oluşumu ise yükün
dengeli dağılımını önlemekte kopma değerini düşürmektedir. Kopmalar elyaf
boyunu kısaltırlar. Dolayısıyla dayanım değerleri düşer.
Şekil 9.3 Elyafta deformasyon tespiti
Elyafın doğal halinden deformasyonlu duruma geçmesi, kıvrılma endeksi (curl
index) veya şekil faktörü (Form Factor ) ile değere dönüştürülür. Şekil 9.3 de
KatlanmaSıkışma
Ufak sıkışmalar Dirsek oluşumu Bükülme
Ölçülen elyaf boyu, Lö
Gerçek elyaf boyutu Lg
82
kıvrılma endeksinin tespiti için ölçüm yöntemi verilmektedir. Aşağıda ise
deformasyonun hesaplanması için bir eşitlik verilmektedir.
Kıvrılma endeksi= (Lg/LÖ)-1
Elyaf mukavemeti
Elyafların bireysel mukavemetleri kağıt veya safihanın mukavemetini belirler.
Ayrıca elyaflar arası bağlanma, kağıt mukavemetinde önemlidir. Mukavemet için
çeşitli özelliklere bakılır. Kopma mukavemeti, yırtılma mukavemeti gibi özellikler
hem elyaf mukavemetine, hem de elyafların bağlanma kuvvetine bağlıdır. Elyaf
mukavemeti süreçle ilgili bilgiler edinilmesini sağlar.
Elyaf mukavemeti kopma mukavemet testiyle (zero-span tensile strength test)
anlaşılabilir. Bu testte aralarında sıfır açıklık bulunan iki çene aralarına sıkışmış
olan kağıt şerit yanlara doğru çekilir. Sıfır açıklıkta teorik olarak elyaf iki
uçlarından çeneler yardımıyla yakalanmıştır. Kopma anında, koparma kuvveti
(Nm/g) kaydedilir. Pratikte çeneler arasında sıfır açıklık olması mümkün değildir.
Kağıt şerit laboratuar ortamında elde edilir. İdeal olarak elyaflar arası bağ yerine
elyafların mukavemeti ölçülmektedir. Bu arada elyafların kendi aralarında
düğümlenmiş olması da söz konusudur. Kağıt şeridin ıslatılması bir ölçüde
elyaflar arası bağların etkisini azlatır. O nedenle yaş ölçüm tercih edilir.
Elyafların bağlanma kuvveti
Elyafları birbirine bağlayan kuvvet, elyaf mukavemeti ile birleşince toplamdaki
mukavemet artar. Elyaflar arası bağlanma kuvvetinin büyüklüğü ve bağlanma
yüzey alanının büyüklüğü bağlanma mukavemetini belirler. Bağlanma yüzey
alanının büyüklüğü elyafın esnekliği ile artarken, bağlanma kuvveti elyafın yüzey
özelliklerine bağlıdır.
Bağlanma alanı kağıt yoğunluğu ve kağıdın ışık dağıtma özelliği ile tahmin
edilebilir. Elyaflar arası bağlanma bölgeleri büyüdükçe kağıt sıkılaşır. Kağıdın
sıkışarak yoğunlaşması ışık dağılımını azaltır. Özetle artan yoğunluk azalan ışık
dağıtılması demektir.
“Bağlanma kuvveti kağıdın Z yönünde (kağıt yüzeyine dik olan yön) mukavemeti
olarak tanımlanır.” Z yönündeki mukavemeti ölçen çeşitli cihazlar bulunmaktadır.
83
Bunlardan biri Z yönü kopma test cihazıdır (Z-Directional Tensile Strength
Tester). Bir başkası “Scott Bond Tester” dir. Bu cihazların amacı örnekteki kağıtta
katman ayırmaya çalışmaktır.
Şekil 9.5 Z yönü kopma test cihazı
Elyaf parçacıklarının (Fines) miktarı
Selülozun içinde sağlıklı elyafların yanında daha küçük ebatlarda elyaf
parçacıkları bulunur.e fines fraction. Bunların belirgin tanımları olmamakla birlikte
boyları 200 µm nin altında olanlar bu şekilde adlandırılırlar. Yukarıda yapılan bir
başka tanıma göre, elyaf boyunun enine olan oranı 4:1 in altında olanlarda
ewlyaf parçacıkları olarak nitelendirilmektedir. Bunlar gerçekte çeşitli nedenlerle
kırılmış elyaflar ve ağacın nişasta depolayan ışın hücreleridir. Rifayner işlemleri
de elyaf parçacıkları üretmektedir. Mekanik selüloz üretiminde oldukça fazla
miktarda parçacık ortaya çıkar ve bağ yapmaya katkıları olduğu söylenmektedir.
Olumsuz yönleri ise su tutunumunu arttırmalarıdır.
“Bauer-McNett” fraksinatörleriyle hamur içindeki oranları bulunabilmektedir.
Başka bir yöntem ise “Britt Dynamic Drainage Jar (BDDJ)” testidir. Örnek hamur
elekli bir kavanoza dökülerek karıştırılır. Parçacıklar elekten geçerek dışarıda
birikirler. Kavanoz içinde kalan hamur miktarı ile eleği geçen miktarlar tartılarak
oranları hesaplanır.
Çekme kuvveti
Çekme kuvveti
Metal bloklar
Çift taraflı yapışkan bant
Kağıt örnek ZX
Y
Kağıdın yapısal özellikleri
Öğütmenin etkisi
Dövme (Beating) ve öğütme (R
kullanılmaktadır. Her ikisi de kağıt üretmek amacıyla selülozun mekanik işlemden
geçirilmesini kastetmektedir. Bunun yanında, öğütme mekanik selüloz üretiminde
yongaların rifaynerden geçirilmesidir. Bu
kelimesi ise kağıt üretiminde kimyasal selüloz için kullanılan mekanik işlemin
adıdır. Dövme işlemi olmadan kimyasal selülozun kağıda çevrilmesi mümkün
değildir.
Odun hücreleri ligninleri alındıktan sonra sertliklerini
şekline gelirler. İç boşluk, elyafta içe doğru çökme yaratır
boru gibi şerit şeklinde görülür.
tabakasındaki iplikçikleri (Fibril) açığa çıkartır.
hamurundan yapılan kağıtta zayıf bağ oluşumu ve bozuk elyaf dağılımı görülür.
Dolayısıyla dövme bir gerekliliktir.
Şekil 9.
Dövme sonucu elyafta aşağıdaki değişiklikler olur:
Elyaf parçacıkları
sekonder duvar (S1) parçalanır
İç fibrilleşme. Dövme elyafın iç yapısını şekilendirir ve parçalar.
duvarı yatay, S2 duvarı spiral olarak yerleşmiş iplikçiklerden (fibril) oluşur.
Primer duvarın parçalanmasıyla iplikçikler ortaya çıkar ve aralarındaki bağ
özellikleri
ng) ve öğütme (Refining) birbirlerinin yerine sıklıkla
kullanılmaktadır. Her ikisi de kağıt üretmek amacıyla selülozun mekanik işlemden
geçirilmesini kastetmektedir. Bunun yanında, öğütme mekanik selüloz üretiminde
yongaların rifaynerden geçirilmesidir. Bu konu daha önce işlenmişti. Dövme
kelimesi ise kağıt üretiminde kimyasal selüloz için kullanılan mekanik işlemin
Dövme işlemi olmadan kimyasal selülozun kağıda çevrilmesi mümkün
Odun hücreleri ligninleri alındıktan sonra sertliklerini kaybeder ve içi boş tüpler
İç boşluk, elyafta içe doğru çökme yaratır ve elyaf ezilmiş bir
boru gibi şerit şeklinde görülür. Primer duvarın (P) ortadan kalkması S1
tabakasındaki iplikçikleri (Fibril) açığa çıkartır. (Şekil 9.6). Dövülmemi
hamurundan yapılan kağıtta zayıf bağ oluşumu ve bozuk elyaf dağılımı görülür.
Dolayısıyla dövme bir gerekliliktir.
.6 Bir odun hücresi ve hücre duvarları
Dövme sonucu elyafta aşağıdaki değişiklikler olur:
Elyaf parçacıkları. Dövme sürecinde, primer duvar (P) ve bir miktar
sekonder duvar (S1) parçalanır ve ortaya parçacıklar çıkar.
Dövme elyafın iç yapısını şekilendirir ve parçalar.
S2 duvarı spiral olarak yerleşmiş iplikçiklerden (fibril) oluşur.
Primer duvarın parçalanmasıyla iplikçikler ortaya çıkar ve aralarındaki bağ
84
) birbirlerinin yerine sıklıkla
kullanılmaktadır. Her ikisi de kağıt üretmek amacıyla selülozun mekanik işlemden
geçirilmesini kastetmektedir. Bunun yanında, öğütme mekanik selüloz üretiminde
konu daha önce işlenmişti. Dövme
kelimesi ise kağıt üretiminde kimyasal selüloz için kullanılan mekanik işlemin
Dövme işlemi olmadan kimyasal selülozun kağıda çevrilmesi mümkün
kaybeder ve içi boş tüpler
ve elyaf ezilmiş bir
Primer duvarın (P) ortadan kalkması S1
(Şekil 9.6). Dövülmemiş bir elyaf
hamurundan yapılan kağıtta zayıf bağ oluşumu ve bozuk elyaf dağılımı görülür.
primer duvar (P) ve bir miktar
çıkar.
Dövme elyafın iç yapısını şekilendirir ve parçalar. S1
S2 duvarı spiral olarak yerleşmiş iplikçiklerden (fibril) oluşur.
Primer duvarın parçalanmasıyla iplikçikler ortaya çıkar ve aralarındaki bağ
85
yapısı bozulur, iplikçikler şişer. İçeride iplikçiklerin oluşması elyafı
yumuşatır ve onu daha esnek hale getirir. Böylece iplikçikler bir birlerine
uyumlu hale gelirler. Dövme sürecindeki en önemli olay primer duvarın
parçalanıp, iç fibrilleşmenin oluşmasıdır.
Dış fibrilleşme. Dış fibrilleşme elyaf yüzeyinindeki iplikçiklerin tüylü bir
görüntü almasıdır. Bu nedenle elyaf yüzey alanı genişlemiştir. Önce elyafın
esneklik kazanması arakasından tüylenmesi elyaflar arası bağlanma
kuvvetini attırır.
Elyafların kısalması. Genellikle elyafın kısalması olumsuz bir etkidir.
Kopma veya kesme kuvvetinin elyafın dayanma gücünün üstüne çıkması,
kopmaya neden olur. Kısalma kağıtta mukavemet düşmesine neden olur.
Elyafta deformasyon. Dövme koşullarına bağlı olarak, iplikçikler şekil
olarak farklılaşırlar. Deformasyon konusu yukarıda işlenmişti.
Laboratuarlar için hazırlanmış en popüler dövücü tipi PFI dir. Silindirik bir kabın
duvarına düzgünce yerleştirlmiş elyaflar gene silindirik fakat dişli bir parçayla
dövülür. Dövme sırasında hem dış kap hemde dişli aynı yönde fakat farklı
hızlarda dönerler. Dövme miktarı dönüş sayısıyla belirlenir.
Gerçek dövücü, Hollander olarak bilinen (Vadi tipi Hollander) ve eskiden beri
fabrikalarda kullanılan bir ekipmandır. Bunun daha küçük çaplıları laboratuar
amaçlı kullanılmaktadır. Şekil 9.7 de küçük bir hollander görülmektedir.
Şekil 9.7 Laboratuar tipi hollander
Döner dişli çark bir tekneye sabitlenmiştir. Hamur tekne içinde sürekli olarak çark
tarafından döndürülürken, çark ile tekne tabanı üzerindeki lamalar arasından
dövülerek geçer.
86
Çeşitli dövücü tiplerinin elyaf üzerinde farklı etkileri bulunur. Parçacık oluşumu ve
iplikçikleri saran primer tabakanın alınması en iyi PFI tipi dövücüde olur. Elyaf
yüzeyinin eşit ve düzgün şekilde açılmasını sağlar. Hollanderde ise düzgünlük
daha az ve boy kısalması daha fazladır. Bunun yanında hollander iç fibrilleşmeyi
daha iyi yapmaktadır. The Lampén türü dövücülerde boy kısalması olmakla
birlikte iç ve dış fibrilleşme oldukça iyidir.
Su süzülmesi ve su tutunumu
Dövme sonucu hamurun su süzme özelliği azalır, su tutmaya başlar. Bunun
başlıca nedeni elyaf parçacıklarının oluşmasıdır. Su tutunumunu ve süzülmeyi
ölçen iki yöntem bulunmaktadır. Bunlar Schopper-Riegel (S-R) sayısı ve Kanada
Serbestliğidir (CSF). Yüksek (S-R) sayısı süzülmenin zorlaştığını gösterirken, CSF
doğrudan su tutunumunu belirler. Aşırı dövülmüş bir hamurda SR sayısı
yükselirken, CSF yönteminde değer düşer. CSF testi mekanik hamurlar için
kullanılırken, Schopper-Riegel testi kimyasal hamurlar için daha uygundur.
Dövme derecesi SR sayısı veya CSF değeri ile ölçülür. Gerçekte ise SR sayısı
sadece elyaftaki parçalanma miktarını belirlemektedir. Oysa elyaf üzerinde
yukarıda belirtilen birden fazla değişilik meydana gelmektedir. Bunların hiç biri
SR değeri ile belirlenmez. Dolayısıyla belirli bir SR değeri ile kağıt makinası
üzerindeki safiha arasında net bir ilişki yoktur. Kağıt makinasında elekteki su
bırakma durumu oldukça değişkendir ve kabaca SR değeri ile izlenir.
Laboratuarda safiha oluşturmak
Laboratuarda elde safiha oluşturarak hamur hakkında bilgi edinmek mümkündür.
Laboratuardaki safiha oluşturucularda elek altı ve üstü bölümlerü bulunur. Üst
bölümde safiha, alt bölümde ise süzülen su bulunur. Bu durum kağıt
makinasındaki eleğin üstü ve altı gibidir. Hamur kesafeti 0.5 gr/l ye düşürülür.
Çok düşük kesafette elyaflar düzgün dağılırlar. Yaş safiha preslenerek 23 °C ve
% 50 rutubetli oda şartlarında kurutulur. Safiha kurutma plakasına yapışarak
ebadı küçülmez. Başka bir seçenek, safihayı kurutma kağıtları arasında
kurutmaktır. Bu durumda bir miktar ebat küçülmesi oluşur.
Bu şartlarda genellikle parçacıkların tutunumu az olmaktadır. Süzülen sular
açıktadır. Elyaflar her yöne gelişigüzel dağılırlar. Buna izotropik (eş yönlü) safiha
87
denilmektedir. El yapımı kağıtların, kağıt makinasından çıkan kağıtlara benzemesi
için, öncelikle kapalı bir beyaz su sistemi kurulması gerekir. Bu sistemde elek altı
suyu elyafça zenginleşecektir. “Rapid Köthen” laboratuar tipi safiha oluşturucu
mekanik selülozlar için daha uygun bir ekipmandır. Tek yöne elyaf dizilimi
yaratmak için Fransız tipi “Formatta Dynamique” adlı ekipman geliştirilmiştir.
Burada hamur bir nozuldan silindirik döner bir elek üzerine püskürtülür. Böylece
elyaflar bir yöne doğru dizilirler.
Mukavemet
Pek çok kağıt türü için elyaf mukavemeti gereklidir. Ek olarak, kağıdı üretebilmek
için de safihada mukavemet gereklidir. Makina üzerindeki safihada pres ve
kurutma bölümlerinde ve baskı sırasındaki kağıtta mukavemet gerekir. Çekme,
yırtılma, sıkıştırma patlama, deformasyon gibi pek çok mukavemet testi
bulunmaktadır. Mukavemet değerleri el yapımı kağıtlarda genellikle 60 g/m2 de
test edilir.
Kopma mukavemeti
Kopma mukavemeti bir kağıt şeridin kopmadan dayanabileceği en uzun boydur.
Kağıt hem üretim aşamasında, hem de ürüne dönüşüm sırasında kopartıcı
kuvvetlere maruz kalır. Kağıt ve kağıt ürünlerinde kopma testleri temel
parametrlerdendir. 15 × 100 mm ebadında kesilmiş kağıt şerit, iki çene arasına
takılarak kopma yönünde çekilir. Koptuğu andaki değer kopma mukavemeti
olarak kaydedilir. Şekil 9. 8 de uzama ve kopma değerleri grafiğe dökülmüştür.
Şekil 9.8 Kağıdın gerilme eğrisi
Kuvvet
Kopma
mukavemeti
Geilme
mukavemeti
Kopma noktasıUzama
88
Gerilme kuvveti elyaflar kadar, elyafların bağları arasında da etkili olur. Kopma
anında elyaflardan bazıları koparken, bazıları serbest kalır. Kopma mukavemeti
hem elyaflar arasındaki bağlanma kuvvetine, hem de elyafları bireysel
mukavemetine bağlıdır.
Kopma mukavemeti kağıdın kopma kuvvetinin kağıdın enine bölünmesiyle
elde edilir (N/m). Kopma mukavemeti kağıdın gramajına bölününce kopma
endeksi bulunur (kNm/kg).
Kopma anına kadar kağıt uzar. Uzama kağıdın orijinal boyunun yüzdesi
cinsinden ifade edilir.
Uygulanan kuvvet ile uzama eğrisi altında kalan alan, kağıt tarafından
emilen toplam enerjiyi (J) verir. Buna toplam enerji emilimi (Total Energy
Absorbtion=TEA) denir. Birim alan tarafından emilen enerji ise (J/m2)
olarak bulunur. Kağıdın gramajı ile ilgili enerji hesaplanmak istendiğinde
TEA değeri gramaja bölünür (J/kg). Torbalık kağıtlarda gramaja bağlı olan
enerji emilimi önemli parametrelerdendir.
Yukarıdaki kuvvet-uzama eğrisinden bir başka özellik daha elde edilir.
Başlangıçtaki eğrinin eğimi gerilme mukavemetini (tensile strength) (N/m) verir.
Buradan gerilem mukavemet endeksi de elde edilir (Nm/kg). Kartonlarda çok
öneli parametrelerden biridir.
Gerilmeye karşı mukavemet elyafların uzunluğuna, elyafların mukavemetine,
spesifik bağlanma mukavemetine ve bağlanma yüzey alanına bağlıdır. Dövme
her ne kadar elyaf uzunluğunu ve elyafların mukavemetini azaltsa da, bağlanma
gerilme mukavemetini arttırır. Dövmenin belirli bir noktaya kadar toplamda
gerilme mukavemetini arttırdığı görülür. Bu nedenle dövme işleminde belirli
gerilme mukavemeti elde edilinceye kadar dövmeye devam edilir. Daha sonra
mukavemet sabit kalmaya başlar.
Yırtılma mukavemeti
Yırtılma mukavemeti kağıdı yırtmak için harcanan enerjidir. Yırtılma mukavemeti
ölçülerek elde edilen değer, kağıdın yırtılmaya karşı dayanımını gösterir. İyi bir
yırtılma mukavemeti, kağıdın iyi özellikte olduğunu gösteririken, kağıt
makinasında kağıdın kopmadan üretildiği anlamına gelir. Yırtılma belirli bir sırayla
gelşir. Aşağıdaki şekilde aşamalar görülmektedir. (Şekil 9.9)
89
Şekil 9.9 Yırtılmanın aşamaları
Kenarda açılma kağıtta yırtılmanın başlangıç aşamasıdır. Buna rağmen yırtılma
mukavemeti testleri üçüncü aşama değerlerini gösterir (Elmendorf tear
resistance tester). Başlangıçta örnek kağıtta bir yarık açılarak teste başlanır.
Yırtılma endeksi, yırtılma kuvvetinin kağıdın gramajına bölünmesiyle bulunur
(Nm2/kg).
Yırtılmada yapılan iş öncelikle, elyafları yırtılmaya/koparmaya zorlamak ve
yırtılmalarını sağlamaktır. İkinci iş ise elyafları bağlarından ayırmaktır. Elyafları
bağlarından ayırmak için gerekli olan enerji onların ikiye kopmalarından daha
fazladır. Bağlar dövme ile daha güçlendiğinden ayırmak için daha fazla enerji
isterler. Yırtılma mukavemeti dövmenin başlangıcında artsa da, rifaynerde çok
çabuk düşmeye başalar. Gerilme endeksi ile yırtılma endeksi arasındaki ilişki
Şekil 9.10 da verilmektedir.
Şekil 9.10 Artan dövme ile yırtılma endeksinin düşmesi ve gerilme endeksinin
artması
Kenarda açılmaKayma
Yırtılma
Yıtılma endeksi Nm2/kg
Yumuşak ağaç kraftı
Sert ağaç kraftı
Gerilme endeksi kNm/kg
90
Elyaf uzunluğunun artması yırtılma mukavemetini arttırır. Çünkü uzun elyafların
daha çok bağlanma yüzey alanları bulunur.
Kağıtta yapısal özellikler
Yoğunluk ve hacimlilik
Kağıt yoğunluğu (kg/m3) veya hacimlilik (m3/kg), diğer özellikleri etkilediğinden
en önemli yapısal özelliktir. Daha yoğun demek daha iyi bağlanma demektir. Bu
nedenle bağlanmanın ölçüsü yoğunlukla belirlenir. Yüksek hacimlilik ise bazen
aranılan bir özelliktir. Hacimli kağıtlar daha çok su emme özelliğine ve opaklığa
sahiptir.
Genellikle yoğunluk gramajın kağıt kalınlığına bölünmesiyle elde edilir. Gramaj bir
cetvel ve terazi ile ölçülebilir. Bununla birlikte kalınlık ölçümü basit değildir. İki
metal plaka arasına sıkıştırılmış kağıt veya kağıtların kalınlığı bir mikromete ile
ölçülür. Kağıt elastik olduğu için sıkıştırılabilir bir maddedir. (Şekil 9.11)
Şekil 9.11 Kalınlık ölçümü
Kalınlık ölçümü kağıt sayısıyla değişkendir. Tek bir kağıdın yüzeyinin düzgün
olmaması diğer kağıtları etkiler ve toplam kalınlık tek bir kağıda göre daha düşük
okunur. STFI kalınlık test cihazı kağıt yüzeyi düzgünlüğünden veya kağıdın
sıkışabilirliğinden etkilenmez. Bu yöntemde küresel ölçü uçları kağıt yüzeyindeki
değişiklikleri profil olarak kaydeder.
Kağıdın yoğunluğu dövmeyle ve yaş preslemeyle artar. İyi dövülmüş elyaflarda
esneklik arttığından, elyafların birbiri arasına yerleşimi kolay olur. Bu nedenle
bağlanma yüzeyi artar ve elyaflar daha sıkı hale gelirler.
91
Gözeneklilik ve hava geçirgenliği
Kağıtta her nekadar sadece elyaflar tartışılsa da, onların arasındaki boşluklar da
önemlidir. Kağıdın hacmi içinde, hava boşlukları ve gözenekler bulunur. Torbalık
kağıtlarda gözeneklilik, torbanın doluşu sırasında içindeki havanın kaçmasını
sağlar.
Gözeneklilik hava geçirgenliği ile test edilir. Bir kağıt örneğinde, kağıt içinden
belirli bir sürede geçen şartlandırılmış (belli basınçta, belli sıcaklıkta ve rutubette)
hava miktarı ölçülür. Hava geçirgenliği ölçüsü (m/s)/Pa dır. Bilinen en yaygın
cihaz Gurley test cihazıdır.
Düzgünlük, kabalık ve yumuşaklık
Kağıdın yüzey özellikleri baskılık kağıtlarda ve temizlik kağıtlarında önemlidir.
Kaba yüzey elyafların yerleşim düzensizliklerinden kaynaklanır. Yüzey
düzgünlüğü ise kabalığın tersi olarak alınır. Örnek kağıt iki plaka arasına alınarak
hava geçirgenliği ölçülür. Bir saniyede geçen hava hacmi mililitre olarak ölçülür
ve kağıdın kabalığı bulunur. Bir saniyede geçen hava hacmi kabalığın ölçüüsüdür
(ml/s).
Kağıdın yumuşaklığından beklenen onun kadife gibi dokunuşta olmasıdır. Bu
durum kişye göre değişkendir. Parmak uçları dokunuşta etkilidir.
Optik özellikler
Beyaz kağıt pek çok uygulama için aranılan özelliklerden biridir. Yazının
okunabilmesi ve baskıda iyi görünmesi kağıdın beyazlığı ile artar. Ağartma
işlemlerinde kağıdın beyazlığpındaki gelişme izlenir. Optik özellikler denildiğinde
aşağıdaki parametreler akla gelir:
1. Işık yansıması (Light Scattering)
2. Işığı emiciliği (Light Absorbtion)
3. Mavi ışığı yansıtma (Brightness=Beyazlık)
4. Işık geçirgenliği (Opacity=Opaklık)
Bilinen optik özellikleri Kubelka-Munk teorisi açıklamaktadır. Bu teori yukarıda
özellikleri birbiriyle ilşkilendirmiştir.
92
1. Işık dağıtma
Elyaf ve hava karışımı yapı, kağıdın yüzeyinde ışığın dağılmasına neden olur. Sert
ve tüp şeklindeki elyaflar, cılız, içine çökmüş daha iyi bağ yapmış elyaflara göre
daha çok ışığı dağıtırlar. Çünkü bu durumda ışığın dağılması için daha az yüzey
bulunur. Işığı dağıtma özelliği selülozun pişirilmesi ve ağartmayla ilgli değildir. Bu
özellik daha çok dövme, öğütme, presleme gibi kağıdın dış görünüşünü
değiştirecek işlemlere bağlıdır. Hem dövme, hem de presleme elyaflarda daha
yüksek bağlanma sağladığından, daha sıkı kağıt oluşumu ve daha az ışık dağılımı
demektir.
Işığı dağıtma özelliği hava ve elyaf arasındaki kırılma endeksi farklılığıyla da
ilgilidir. Yüksek lignin oranı olan selülozlarda, yüksek ağartma değerine sahip
selülozlara göre, hava ve elyaf arasında daha yüksek kırılma endeksi ve ışık
dağıtma özelliği görülür. Başka bir durum da ıslak ve kuru elyaflarda farkedilir.
Kuru elyaflar, yaş elyaflara göre daha fazla ışık dağıtma özelliği gösterirler.
Kubelka-Munk teorisne göre ışık dağıtma katsayısı s (m2/kg) olarak
verilmiştir. Elyaf harmanlarında ise, elyafların ışık kırılma değerleri ağırlık oranına
göre toplanarak hesaplanır.
2. Işık emiciliği
Işık emiciliği katsayısı k selülozun kimyasal kompozisyonuna, özellikle
lignindeki renk veren maddelere bağlıdır. Dövme ve preslemeyle ilşkisi bulunmaz.
Pişirme ve ağartma gibi lignin giderme işlemleri ışık emiciliğine etki ederler.
Lignin oranı azldıkça k değeri düşer. Lignin dışında, selozda bulunan metal
iyonları ve bileşikleri renk oluşumuna neden olurlar. Işık emiciliği de selüloz
harmanlarında toplanarak büyürler.
Işık emiciliği kağıt örneklerinde yansıtma spektrometreleriyle ölçülür. Selüloz
çözeltilerinde ise UV spectrometreler kullanılır. Her iki yöntemde de dalga boyları
475 nm olarak alınır ve k değeri m2/kg cinsindendir. Işık emiciliği dalga boyuna
doğrudan bağlıdır.
Her iki yöntemde de k değeri 1-10 m2/kg arasında olmalıdır. Ağartılmamış kraft
ve mekanik selüloz gibi yüksek lignin oranına sahip selülozlarda, ölçüm
yapabilmek için, bazı düzenlemeler yapılır. Bunlardan biri kağıt gramajını
93
düşürerek k değerini düşürmektir. Özel harmanlar hazırlayarak da k değerini
düşürmek mümkündür.
3. Mavi ışığı yansıtma
Mavi ışığı yansıtma (Brightness), aslında aydınlık yansıtma faktörü (R∞) nün 457
nm de ölçülmesidir. Buna ISO yansıtıcılığı veya ISO beyazlığı da denir. Genel ve
yaygın kullanımı beyazlık veya parlaklık olarak alınsa da, aslında çok açık bir
maviliği belirtir. Aşağıdaki tabloda çeşitli elyaf türlerinde ISO beyazlıkları
verilmektedir. (Tablo 9.1)
Selüloz ISO beyazlığı %
TMP 60-70
Ağartılmamış yumuşak odun kraftı 40
Ağartılmış yumuşak odun kraftı 90Tablo 9.1 Selüloz beyazlıkları
Beyazlığın veya parlaklığın ölçülmesinin nedeni selülozda ağartma işleminin
sonucunu ve renk verici maddelerin miktarını görmektir. Ne yazık ki selüloz
içindeki renk verici maddeler beyazlıkla orantılı değildir. Kağıdın yapısal
özelliklerine de bağlıdır. Kubelka-Munk’un beyazlıkla ilgili eşitliği aşağıda
verilmektedir.
Basit bir anlatımla R∞, k/s ye bağımlıdır. Beyazlık ışık emiciliği (k) nın azalması
ile artar. Elyaftaki renkli maddlerin ağartmayla azalması beyazlığı arttırır. Işık
dağıtma kat sayısı s nin artması ise beyazlığı arttırır. Dövülmemiş selülozun
beyazlığı yüksek ışık dağıtma özelliği nedeniyle dövülmüşe göre daha fazladır.
4. Opaklık
Opaklık kağıdın ışık geçirgenliği veya baskının kağıdın arkasından görünmemesi
anlamına gelir. Opaklık ışık dağıtma özelliği arttıkça artar. Aşağıdaki eşitlikle
hesaplanabilir:
Opaklık= R0/R∞
94
R0 = Siyah bir zemine konmuş bir tek kağıttan yansıyan ışık
R∞ = Işığı geçirmeyecek kadar çok sayıda bir demet kağıttan yansıyan ışık
Süreçlerine göre elyafların özellikleri
Tablo 9.2 de kimyasal selülozla mekanik selüloz arasındaki temel farklılıklar
verilmektedir. Her iki selüloz süreci selüloz üzerinde kimyasal kompozisyon ve
fiziksel görüntü bakımından farklılıklar yaratır. Kraft süreci lignini çözerek
selülozdan uzaklaştırırken, bazı karbonhidratların kaybıyla verimi % 40 ile % 55
arasına indirir. Ağartılmamış durumda lignin miktarı % 3 e düşer ve ağartmayla
tamamı selülozdan alınır.
Kimyasal selüloz Mekanik selüloz
Selüloz verimi % % 40-55 % 90-95
Selülozdaki lignin oranı % 0-3 % 20-28
Elyafın özellikleri Uzun,güçlü,esnek Kısa,zayıf,sert
Kağıdın yoğunluğu Yüksek Düşük
Gözeneklilik Düşük Yüksek
Selülozdaki iplikçik oranı % 5-15 % 20-30
Selüloz mukavemeti Yüksek Düşük
Işık dağıtma özelliği Düşük Yüksek
Sararma ve yaşlanma Düşük YüksekTablo 9.2 Kimyasal ve mekanik selüloz arasındaki farklılıklar
Mekanik selüloz sürecinde ise, odunsu maddeler selülozda kalır ve verim %90-
%95 arasındadır. Mekanik selülozda lignin oranı %20–%28 arasındadır ve
ağartma renk verici maddeleri uzaklaştırırken, lignini azaltmaz. Yüksek verimlilik
sararmaya neden olur ve ışıkta yaşlanmayla birlikte kağıt kırılgan hale gelir.
Her iki süreçte felyafların fiziksel görünüşü de değişir. Mekanik selüloz elyafları
daha kısa, daha sert, daha kalın ve tam bir boru şeklindedir. Kimyasal selüloz
elyaflarında ise tüpler içe çökmüş ve esnek hale gelmiştir. Bu elyaflarda üretilen
kağıtlar da birbirlerinde farklı özelliklerdedir. Sert mekanik selüloz elyafları
birbirleriyle daha az bağlar yaparlar ve daha hacimli kağıtlar elde edilir. Yüzey
özellikleri de ışığı yansıtır ve dağıtırlar. İplikçik oranları da fazla olduğundan
bağlanmaya yardımcı olurlar. İplikçiklerin ışık dağıtma yetenekleri bulunur.
95
Kimyasal selüloz elyafları esnek olduklarından birbirlerine uyum göstererek, daha
büyük yüzeyle birbirlerine bağlanırlar. Elde edilen kağıt daha yoğun ve iplikçikleri
boşlukları doldurarark daha iyi bağ yapılmasını sağlarlar. Kimyasal selüloz
mukavemet kalite değerleri daha iyi kağıtlar verirler. Kural olarak mekanik
mukavemetleri mekanik selülozdan iyiyken, mekanik selülozlarda opaklık ve
baskı kalitesi daha iyidir.
Kimyasal süreçle elde edilen asit sülfit ve sülfat (kraft) selülozları da kendi
aralarında farklılıklar gösterir. Kraft selülozu, tüm selülozlar arasında üstün
mukavemet değerlerine sahiptir. Sülfit selülozu parlaklığı nedeniyle ağartılması
daha kolaydır. Dövülmesi de daha kolaydır.
Mekanik selülozda da farklı üretim yöntemler bulunur. Yaygın uygulamalarla, taş
değirmende elde edilen selüloz (GWP), Termo-Mekanik selüloz (TMP) ve
kimyasal-termomekanik selüloz (CTMP) üretilir. CTMP yönteminde büyük oranda
uzun elyaflar ve düşük iplikçik oranı görülür. Daynıklılık yüksek olmakla birlikte
ışıkdağıtma özelliği düşüktür. GWP selülozunda kırık elyaflar ve iplikçikler
çoğunluktadır. Bu nedenle ışık dağıtma özelliği yüksek fakat mukavemeti
düşüktür.
Ürüne has selüloz özellikleri
By choosing the raw material and the treatment of the fibres, a paper with
desired properties can be obtained. In the following sections, different paper
grades will be presented and the characteristics important for each grade
Temizlik kağıtları
Bu sınıfa giren ürünlerin başında tuvalet kağıtları, kağıt havlular ve peçeteler
gelir. Tül kağıdı da denilen bu türler arasında çocuk bezleri ve kadın pedleri de
bulunmaktadır. Kağıt olarak gramajları 15–25 g/m2 arasındadır ve 2 ile 4 katlı
ürünlerdir.
Ham madde olarak TMP, geri dönüşümlü kağıtlar veya ağartılmış kraft selülozu
kullanılır. CTMP çocuk bezleri ve kadın pedlerinde kullanılır. Temizlik kağıtlarında
96
öğütme ya yapılmaz ya da çok az yapılır. Aşağıdaki tabloda temizlik kağıtlarından
beklenen özellikler verilmektedir. (Tablo 9.3)
Önemli özellikleri Neden önemli olduğu
Yumuşaklık Kullanıcı için kadife yumuşaklığı ve koparırken esneklik önemlidir.
Yüzey düzgünlüğü Silme sırasında, tene sürtünmemeli, deriyi tahriş etmemelidir.
Su emiciliği Havlularda yüksek miktarda su emiciliği kullanım amaçlarındandır.
Yaş dayanımı Kullanım anında ıslandığından, bu esnada parçalanmamlıdır.
Kuru dayanımı Bobinden ürüne dönüştürülürken, yeterli dayanıklılığı olmalıdır.
Tablo 9.3. Temizlik kağıtlarının ana özellikleri
Baskılık kağıtlar
Bu gruptaki kağıtlar gazete ve dergi basımında kullanılan kağıtlardır. Gramajları
40–45 g/m2 arasındadır.
Gazete kağıtları temelde mekanik selülozdan ve dönüşümlü kağıtlardan
üretilirler. Kağıt makinalarındaki gelişmeler ve selüloz üretimindeki yenilikler
nedeniyle elyafın güçlendirilmesi ihtiyacı ortadan kalkmıştır. Dergi basımında
kullanılan kağıtlarda, %50–%90 arasında mekanik selüloz, güçlendirici olarak
%0–%30 arasında kimyasal selüloz ve %10–%30 arasında dolgu maddesi
kullanılmaktadır. Aşağıdaki Tabloda bu kağıtların önemli özellikleri verilmektedir.
(Tablo 9.4.)
Önemli özellikleri Neden önemli olduğu
Yüzey mukavemeti Yüzeyden elyaf kopması tozamaya neden olur. Baskıda sorun yaratır.
Parçalanmamukavemeti
Baskı sırasında ufak kesikliklerde sayfada parçalanma çalışmayı bozar.
Opaklık Baskının kağıdın arkasından görünmesi, okunma zorluğu yaratır.
Yüzey düzgünlüğü Baskı kalitesini bozduğundan yüzey düzgünlüğü istenir.
Tablo 9.4. Baskılık kağıtlarda istenilen özellikler
Birinci hamur yazı tabı kağıtları
Birinci hamur kağıtlar 50-100 g/m2 arasındadır. Bunların en önemlisi fotokopi
kağıtlarıdır. Birinci hamur kağıtlar tam ağartılmış yumuşak ağaç selülozlarının
harmanlarından ve dolgu maddelerinden üretilir. İyi öğütüm kontrolu yüksek iç
bağlanma özelliği ve iyi formasyon açısından önemlidir. Tablo 9.5. da birinci
hamur kağıtların önemli özellikleri verilmektedir.
97
Önemli özellikleri Neden önemli olduğu
Yüzey mukavemeti Yüzeyden elyaf kopması tozamaya neden olur. Baskıda sorun yaratır.
Boyutsal karalılık Isı, toner veya sıvı mürekkep (inkjet) kağıdın ölçülerini değiştirmemeli.
Bağlanma sertliği Kağıt elde tutulurken kendi ağırlığını taşıyabilmeli.
Yüzey düzgünlüğü Baskı kalitesini bozduğundan yüzey düzgünlüğü istenir.
Tablo 9.5. Birinci hamur kağıtlarda istenilen özellikler
Ambalaj kağıtları
Torba ve kese kağıdı imalinde kullanılan kağıtların garamajları 60-150 g/m2
arasındadır. Kappa sayısı 35-55 arasında olan ağartılmamış kraft kağıtlar
kullanılır. Yüksek kesafetli öğütme sırasında, elyaflarda mikro düzeyde
sıkışmaların ve kıvırcıklanmaların olması gerekir. Bu işlem kağıda uzama özelliği
kazandırır. Aşağıdaki tabloda torbalık kağıtların önemli özellikleri verilmektedir.
(Tablo 9.6.)
Önemli özellikleri Neden önemli olduğu
Sıkılık Yüksek mukavemet değeri ve uzama özellikleri olması gerekir
Gözeneklilik Torba doldurulurken patlamaması içiniçindeki hava dışarıya kaçabilmelidir.
Tablo 9.6. Torbalık skağıtlarda aranılan özellikler
Oluklu mukavvada kullanılan kraftlayner 100 ile 400 g/m2 arasında üretilir ve
oluklu mukavvanın dış yüzeyinde kullanılır. Yüksek verimli kraft selülozu
kullanıldığından kappa sayısı 80–110 arasındadır. Ham madde dönüşümlü
kağıtlardan seçildiğinde testlayner adını alır. En önemli özellikleri sıkılık ve yüksek
sıkıştırma mukavemetidir. Sıkıştırma mukavemeti oluklu mukavvanın ortasındaki
dalgalı fluting kağıtta da önemlidir. (Tablo 9.7.)
Önemli özellikleri Neden önemli olduğu
Sıkılık Yüksek mukavemet değeri ve uzama özellikleri olması gerekir
Sıkıştırma mukavemeti
Mukavva kutuların üstüste konulmaları yüksek sıkıştırma mukavemeti gerektirir.
Bükülme sertliğiMukavva levhanın bükülme yönündeki kuvvetlere dayanıklı olması gerekir.
Tablo 9.7. Ambalaj kağıtlarından beklenen özellikler
Karton ve mukavvalar çok çeşitlilik gösterir. Gramajları 250 g/m2 ve daha
üzerinde 3-5 katlı olarak üretilirler. Ağartılmış veya ağartılmamış kraft kağıtları,
mekanik selülozlar ve geri dönüşümlü kağıtla ham madde olarak kullanılır. Tablo
9.8. de karton ve mukkavvaların özellikleri verilmektedir.
98
Önemli özellikleri Neden önemli olduğu
Bükülme sertliğiMukavva ve kartonun bükülme yönündeki kuvvetlere dayanıklı olması gerekir.
Sıkıştırma mukavemeti
Ambalaj kutularının üstüste konulmaları yüksek sıkıştırma mukavemeti gerektirir.
Yüzey düzgünlüğü Yüzeyin düzgün olması baskı için gereklidir.
Tablo 9.8. Karton ve mukavvalardan beklenen özellikler
Laboratuarda safiha yapımı
Laboaratuarda safiha (yaprak) oluşturmak ve test etmek için standartlaştırılmış
prosedürler gerekir. Bu sayede kalitenin sürekliliği sağlanımış olur. Ayrıca ham
maddenin değişmesi durumunda veya iyileştirme açısından mukayese için
standartlaştırlmış testler yardımcı olmaktadır. Laboratuar prosedürleri ve kağıt
makinası üretim prosedürleri birbirlerine benzemezler. Farklılıklar nedeniyle
yanlış yorumlamaların yapıldığı görülür. Aşağıda laboratuar ve saha arasındaki
farklılıklar mukayeseli olarak verilmektedir.
Laboratuarla kağıt makinası arasında safihaların karşılaştırılması
Laboratuarda safiha oluşturmakla kağıt makinasında üretim yapmak, değişik
sonuçlar yaratacak, farklı işlemler ve aletler gerektirmektedir. Öncelikle
laboaratuarda üretilen safihadaki elyaf dağılımı son derecede düzgündür. Kağıt
makinasında ise elyaflar makina yönüne doğru dizilirler. Kağıt makina yönüne (su
MD, yolu) veya makina enine (CD) farklı özellikler gösterir.
İkinci olarak, elyaf dağılımı dışında da formasyonda değişiklikler görülür.
Laboratuarda elyafların safihanın her alanında eşit şekilde dağıldıkları görülür.
Öte yandan kağıt makinasında dağılım bozuklukları ve elyaf gruplaşmaları
görülür. Buna eper bozukluğu, floklaşma denir. Formasyon kağtta dayanıklılık için
son derecede önemlidir. Çekme veya yırtma yönündeki kuvvetler uygulandığında
kağıt en zayıf yerinden kopar ve bu yer iki elyaf gruplaşmasının tam arasıdır.
Gruplaşma veya floklaşma elyafın tipine bağlıdır. Genellikle uzun, yumuşak ağaç
elyafları floklaşmaya en yatkın olanlardır. Oysa laboratuarda bu elyaflardan son
derece dayanıklı safihalar elde edilir. Gerçekte, makinada ise floklaşma dayanımı
düşürmektedir. Sert ağaç selülozlarnın safihaları, floklaşmadıklarından, kağıt
makinasında daha dayanıklı kağıtlar verirler.
99
Formasyon farklılıkları nedeniyle laboratuarlarda dinamik safiha oluşturucular
kullanılmaktadır. “Formette Dynamique” bunlardan biridir.
Üçüncü olarak laboratuarda üretilen safihada beyaz su döngüsü yoktur. Oysa,
kağıt makinalarında beyaz su döngüsü iplikçiklerin tutunmasına katkı sağlar.
İplikçik miktarı selüloza göre değişir. Mekanik selülozlar, sert elyaflardan
oluştuklarından, laboratuarda iplikçiklerin olmaması nedeniyle hacimli kağıtlar
oluşur. Bu nedenle kağıdın mukavemeti düşer. Kapalı beyaz su döngüsü
iplikçikleri tuttuğundan kağıt makinasında mukavemet laboratuara göre daha
fazla ölçülür.
Laboratuarda testler 60 g/m2 gramajda yapılır. Farklı gramajlarda lineer değerler
bulmak veya dğerleri oransal olarak değiştirmek doğru olmayacaktır.
Presleme
Laboratuarda presleme, düz bir plakayla, sabit basınç altında, uzun sürede
yapılır. Kağıt makinasında presleme 2-3 kademede farklı basınçlarda ve çok kısa
sürede yapılır. Laboratuarda uzun süreli baskı yükü yoğunluğu arttırdığından
daha dayanıklı safiha yaratır. Kağıt makinasında ise baskılar daha yüksek
olmasına rağmen presleme etkisiyle dayanım daha azdır.
Kurutma
Kağıt makinasında preslemeden hemen sonra kağıt %40–55 kurulukta kurutma
bölümüne girer. Suyun alınmasıyla birlikte elyaf elyafa bağlanma başlar ve kağıt
% 80 kuruluğa çıkana kadar daralmaya çalışır. Elyaf boyu % 1-2 arasında
kısalırken elyaf eni % 20–30 azalır. İç içe geçmiş elyafların kısalması mikro
düzeyde sıkışmalara neden olur. (Şekil 9.12.)
Şekil 9.12. Elyaf boyunun kısalarak mikro sıkışma yaratması
Kuruma
Mikrosıkışmalar
100
Laboratuarda palakalar arasında kurumada safiha ölçüleri değişmez. Bu nedenle
kağıttaki boyutsal kararlılık özelliği laboratuarda ölçülemez.
Fabrikada üretim ortamından etkilenen elyaf özellikleri
Elyafın kalırımsal özellikleri olan uzunluk ve hücre duvarı kalınlığı ana özellikleri
belirleyicidir. Elyaf özelliklerinin % 80 i ham maddeden gelir. Bu kağıt
fabrikasındaki işlemlerin kalite üzerinde önemsiz olduğu anlamına gelmez.
Gerçekte odundan selüloza, selülozdan kağıda tüm işlemler kalite üzerinde
etkilidir.
Selüloz için Laboratuar test yöntemleri
ISO beyazlığı selülozun beyazlığınıölçmede kullanılmaktadır. ISO değerindeki
artış selülozdaki renk verici maddelerin azaldığını gösterir. Gerçi ISO beyazlık
değeri doyurucu netlikte değildir. Çünkü sadece renkli madde miktarı değil
kağıdın yapısı da ISO değerini etkilemektedir. Optik anlamda ISO beyazlığı ışık
emiciliğine (k) ve kağıdın ışığı dağıtma özelliğine (s) bağlıdır. Basitçe beyazlık
k/s ye bağlıdır.
Işığı emen maddelerin selülozdan alınması k değerini düşürür ve ligninin
giderilmesinde olduğu gibi beyazlık değerini arttırır. Benzer şekilde ışık dağıtma
özelliğini arttırmak ISO beyazlığını arttırır. Öğütmenin fazla olması ve fazla
presleme ışık dağıtıcı yüzeyleri azalttığından beyazlığı azaltır. İsmen beyazlık
konuşulsa da bu işlemler renkli maddeleri etkilemezle. Gramajın artması veyazlığı
arttırır.
ISO beyazlık test yönteminde öğütülmemiş selüloz kullanılır ve ölçüm 475 nm de
yapılır. Öğütülmemiş selülozun dah fazla ılık dağıtma özelliği bulunur. İnsan
gözünün en hassas olduğu dalga boyu 575 nm dir.
Işık emme katsayısı k selüloz beyazlığını ölçmede, renkli maddeleri ölçtüğü için
doğrudan bir değer olarak alınabilir. Düşük k değeri daha beyaz selüloz demektir.
Tablo 9.9. da çeşitli selülozlar için k değer aralıkları verilmektedir.
Kubelka-Munk eşitliği beyazlı tam olarak beyazlığı vermemektedir, çünkü k
değerinin 5 ten yukarıda olması durumunda güvenilmez olmaktadır.
101
Selülozun cinsi Işık emme katsayısı k m2/kgAğartılmamış kraft selülozu 20-70Ağartılmamış sülfit selülozu 2-15Mekanik selüloz 5-12Ağartılmış mekanik selüloz 2-10Ağartılmış kraft selülozu 1,1-2
Tablo 9.9. Çelşitli selülozlar için ışık emme katsayısı k
Yırtılma endeksi selülozda mukavemeti belirlemek için kullanılmaktadır.
Elmendor testinde kağıt diklemesine test edilir. Bu davranış kağıt için normal bir
durum değildir, fakat önemli olan bir kenarda oluşan yarıktan kağıt baoyunca
yırtılmaya karşı direnç ölçülmeye çalışılır. Parçalanma sıkılığı denilen (fracture
toughness) test kağıdı temsil açısından daha gerçekçidir.
Düşük derecede öğütme yırtılma değerini arttırmaktadır. Öğütmenin uzaması ise
düşürmektedir. Öte yandan öğütme, kopma mukavemetini belirli bir tepe
değerine kadar arttırır. Öğütmeyi optimum yapabilmek için, yırtılma değerini
düşürmeden, kopma mukavemetini yeterince yukarıda bırakmak gerekir.
Parçalanma sıkılığı öğütmeyi en üst noktasına kadar sürdürür. Şekil 9.13. de
yırtılma endeksi ve kopma mukavemetleri garafik olarak görülmektedir.
Şekil 9.13. Yırtılma endeksi ve kopma mukavemeti
Yırtılma
endeksi
Nm2/kg
Kopma mukavemeti kNm/kg
Parçalanma
sıkılığı Jm/kg
o Parçalanma sıkılığı
Yırtılma endeksi