İnfrared + mikrodalga ile kurutulan ahşap palet üretiminde kullanılan bazı ağaç türlerinin mekanik ve fiziksel özelliklerinin araştırılması
Investigation of the mechanical and physical properties of some wood species used in the production of Infrared + microwave dried wooden pallets
Yazar: BURÇİN SALTIK
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET YENİOCAK
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Ağaç İşleri Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products

Özet:
Ahşap palet endüstrisinde kullanılan paletlerin, 25 Mayıs 2019 tarih ve 30784 sayılı ISPM 15 yönetmeliğinin 01 Ocak 2020 tarihinden itibaren yürürlüğe girmesi ile, ısıl işlemden geçirilmesi zorunlu hale getirilmiştir. Ahşap paletlerin kurutulmasında klasik kurutma fırınları kullanılmaktadır. Üreticiler klasik kurutma fırınlarında işlem sürelerinin çok uzun olmasından dolayı bitmiş üründe ciddi anlamda kapasite düşüşü yaşamaktadırlar. Bu ciddi düşüş ihracat yapan ve ahşap palet kullanan tüm sektörleri de etkilemekte ve ihracatta önemli ölçüde ISPM 15 damgalı ahşap palet talebi yaşanmaktadır.
Bir diğer problem ise; palet endüstrisinde kullanılan klasik kurutma fırınlarında istenilen rutubet derecesi olan %20'nin altına inilmekteki sıkıntılardır. %20'nin üzerindeki rutubet derecelerinde mantar ve küf oluşmakta ve bu da palet üzerindeki diğer malzemelere sirayet etmektedir.
Yukarıda belirtilen problemlerin çözümü için, bu çalışmada ana amaç; infrared (kızılötesi) + mikrodalga sistemi ile yapılan ahşap kurutmanın uygunluğunu ve verimliliğini araştırmaktır. Buna bağlı olarak da alt amaçlar ise; ahşap numuneleri farklı infrared ve mikrodalga kombinasyonlarda test ederek optimum kurutma yaklaşımını ortaya çıkarmak, çıkan sonuçları değerlendirip, analiz ederek, diğer kurutma sistemleri ile karşılaştırmak, infrared + mikrodalga ile ahşap kurutma fırını prototip tasarımı yapmak, infrared + mikrodalga ile kurutmanın verimini ve etkinliğini analiz etmek ve diğer kurutma sistemi ile karşılaştırma yapmaktır.
Bu çalışmanın nihai hedefi; laboratuvar ortamında ahşap malzeme testleri/analizleri yapmak ve çıkan sonuçlar ışığında infrared + mikrodalga teknolojilerini beraber kullanacak bir prototip kurutma fırını tasarlamaktır. Tasarlanan bu prototipin de ileride üretilebilecek bir fırına örnek olmasıdır.
Bu çalışmanın hipotezi; infrared + mikrodalga ile ahşap palet kurutmada kusur artışı olmadan klasik kurutma metoduna göre daha yüksek verim elde etmektir.
Bu çalışmanın kapsamı; küçük ölçekli ahşap numunelerinin kurutulacağı infrared + mikrodalga kurutma düzeneğinin kurulması, infrared + mikrodalga ahşap kurutma fırınının tasarlanması, palet endüstrisinde yaygın olarak kullanılan iki ağaç türünün kurutulmasında önerilen metodun etkinliğinin araştırılmasıdır.
Bu çalışmada yöntem olarak; ahşap palet endüstrisinde kullanılan ortalama %60 rutubet değerine sahip Kızılçam (Pinus brutia) ve Doğu Ladini (Picea orientalis) odunlarından elde edilen numuneler kullanılmıştır. Örnekler 3 farklı kurutma metodu ile kullanılarak değişken süre ve şartlarda kurutulmuştur. Bunlar; etüv ile 24 saat, mikrodalga kurutma metodu ile 5-10-15 dakika, infrared (kızılötesi) + mikrodalga kurutma metodu ile 30 saniye infrared + 5 dakika mikrodalga, 1 dakika infrared + 5 dakika mikrodalga, 30 saniye infrared + 10 dakika mikrodalga metodudur. Kuruma sürelerinde enerji tüketim miktarları belirlenmiştir. Kurutulan ahşap numunelerin parlaklık, renk, eğilme, eğilmede elastikiyet ve vida tutma dayanımları test edilmiş, ve kurumaya bağlı değişimler ATR-FT-IR ve SEM analizleri ile incelenmiştir.
Yapılan testlerin sonuçlarına göre; infrared + mikrodalga teknolojisi ile kurutmanın, etüv ile kurutmaya göre daha az enerji (%93) tükettiği ve daha kısa (15 dakika) sürdüğü hesaplanmıştır. Kurutma metoduna bağlı olarak parlaklık ve renk değişimlerinin gerçekleştiği belirlenmiştir. Mekanik test sonuçlarına göre; etüv ile kurutulan ahşap numunelerin genel olarak diğer kurutma metotlarına göre daha yüksek dayanım gösterdiği tespit edilmiştir. ATR-FT-IR analiz sonucuna göre; fonksiyonel gruplar arasında bağ oluşmadığı ve lignin, hemiselüloz ve selüloz değerlerinde düşüş olduğu tespit edilmiştir. SEM analiz sonucuna göre, infrared + mikrodalga kurutmanın hücre yapısına herhangi olumsuz bir etkisi olduğu konusunda kesin bir kanıya varılamamıştır.
Hâlihazırda, infrared + mikrodalga metodu ile kurutma yapabilen bir kurutma fırını bulunmamaktadır. Tez kapsamında tasarlanan prototip çalışmasının ve yapılan test ve analizlerde elde edilen sonuçların, özellikle ahşap palet sektöründe kullanılmak üzere üretilecek bir kurutma fırınına ışık tutacağı düşünülmektedir.

Abstract:
Heat treatment of pallets used in the wooden pallet industry has become mandatory with the ISPM 15 regulation dated 25 May 2019 and numbered 30784 coming into force as of 01 January 2020. Classical drying ovens are used to dry wooden pallets. Manufacturers experience a serious decrease in the capacity of the finished product due to the very long processing times in classical drying ovens. This serious decline affects all sectors that export and use wooden pallets, and there is a significant demand for ISPM 15 stamped wooden pallets in exports.
Another problem is the difficulty in getting the desired humidity level below 20% in the classical drying ovens used in the pallet industry. At humidity levels above 20%, fungus and mould form and this spreads to other materials on the pallet.
In order to solve the above-mentioned problems, the main purpose of this study is to investigate the suitability and efficiency of wood drying with infrared + microwave system. Accordingly, the sub-goals are to reveal the optimum drying approach by testing wooden samples in different infrared and microwave combinations, to evaluate and analyse the results and compare them with other drying systems, to design a wood drying oven prototype with infrared + microwave, to analyse the efficiency and effectiveness of infrared + microwave drying and to compare with other drying system.
The ultimate goal of this study; the aim is to carry out wood material tests/analysis in a laboratory environment and, in the light of the results, to design a prototype drying oven that will use infrared + microwave technologies together. This designed prototype is an example of a furnace that can be produced in the future.
The hypothesis of this study; the aim of drying wooden pallets with infrared + microwave is to achieve higher efficiency than the classical drying method without any defects.
The scope of this study; is to establish an infrared + microwave drying device in which small-scale wood samples will be dried, to design an infrared + microwave wood drying oven, and to investigate the effectiveness of the proposed method in drying two types of wood commonly used in the pallet industry.
As a method in this study, samples obtained from Red Pine (Pinus brutia) and Oriental Spruce (Picea orientalis) wood, which have an average moisture content of 60% and are used in the wood pallet industry, were used. The samples were dried under varying times and conditions using 3 different drying methods. These; 24 hours with the oven drying method, 5-10-15 minutes with the microwave drying method, 30 seconds infrared + 5 minutes microwave, 1 minute infrared + 5 minutes microwave, 30 seconds infrared + 10 minutes microwave methods. Energy consumption amounts during drying periods were determined. The gloss, colour, bending, bending elasticity and screw retention strength of the dried wood samples were tested and the changes due to drying were examined by ATR-FT-IR and SEM analyses.
According to the results of the tests, it has been calculated that drying with infrared + microwave technology consumes less energy (93%) and takes less time (15 minutes) than oven drying. It was determined that brightness and colour changes occurred depending on the drying method. According to mechanical test results, it has been determined that wood samples dried with the oven generally show higher strength than other drying methods. According to the ATR-FT-IR analysis result; it was determined that no bonds were formed between functional groups and there was a decrease in lignin, hemicellulose and cellulose values. According to the SEM analysis results, no definitive conclusion could be reached that infrared + microwave drying has any negative effect on the cell structure.
Currently, there is no drying oven that can dry with the infrared + microwave method. It is thought that the prototype study designed within the scope of the thesis and the results obtained from the tests and analysis will shed light on a drying oven to be produced especially for use in the wooden pallet industry.