Kağıt ve Karton Üretimi Cilt 2-A Selüloza giriş

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


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)


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


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,


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,


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


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


çeperindeki suyun iki tür olduğunu, bir türünün jel şeklinde d


bir yapının bulunmadığını söylemektedir.

hücre çeperinde tutulan suyun miktarını çeperin yapısı

erek, tutulan su miktarı değiştirilebilir. Stone

20


Buradaki lignin miktarı toplam ligninin % 25-30

rasgele dizilmiş selüloz esaslı mikro

hem de selüloz birlikte orta katman

S1 ve S3 katmanları ince


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.


bir türünün jel şeklinde diğer


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


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


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


tümde ortamda buhar

. Son yıllarda kütükler buharla ısıtılmakta ve basınç altında

termomekanik selüloz üretimi denilmektedir.

sıcaklıkta ön ısıtmadan geçirilir. Öğütme basınç


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


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


selülozun katılmasıyla kağıtta bağlayıcılık özelliği arttırılır.

lmekanik selülozlar kullanıldıkları kağıt ürünlerinde iki tür

Birincisi, kimyasal selüloza göre daha yüksek opaklıktadırlar.


vardır. Bunun anlamı, belirli bir gramajda yüksek hacim ve bükülme


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


(b) (c)

41


plikçikler

mekanik selüloza özel bir karakter kazandırır.

İplikçikler, kağıtta

mukavemet açısından yüksek bağlanma potansiyeli taşırlar. Elyaf parçaları ise,

bağlayıcı olarak görev yaparlar. Mekanik


lmekanik selülozlar kullanıldıkları kağıt ürünlerinde iki tür

Birincisi, kimyasal selüloza göre daha yüksek opaklıktadırlar.


gramajda yüksek hacim ve bükülme


daha çok elyaf

ıkan ürün daha narin ve

da, o oranda artar.

Opaklık özelliği çok

özelliktir. Dolayısıyla mekanik


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


özelliğiyle orantılı olarak artar.

selüloz kullanan kağıt ürünlerinde profil kalitesi

Mekaniz selüloz kullanan kağıt ürünlerinde başlıca iki kalite parametresi


belirli bir gerilme (kopma) mukavemet değeri için

veya düşük yoğunluktur. Bu özelliği onların katmanlı kağıtlarda orta tabaka

olarak kullanılmalarını sağlar.


kullanılmaz. Mekanik selüloz beyazlığın kalıcı olması gereken durumlarda da

lignin nedeniyle tercih edilmez.

Şekil 4.4 Kalite parametrlerindeki gelişme


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


parametresi olduğu


mukavemet değeri için hacimlilik

katmanlı kağıtlarda orta tabaka


eyazlığın kalıcı olması gereken durumlarda da


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



yongaların rifaynerden geçirilmesidir. Bu konu daha önce işlenmişti. Dövme


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


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.


84

) birbirlerinin yerine sıklıkla



konu daha önce işlenmişti. Dövme


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


primer duvar (P) ve bir miktar

çıkar.

Dövme elyafın iç yapısını şekilendirir ve parçalar. S1

S2 duvarı spiral olarak yerleşmiş iplikçiklerden (fibril) oluşur.


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.)


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


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.)


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.)


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


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

Documents

Kağıt ve Karton Üretimi Cilt 2-A Selüloza giriş