Nanoteknolojik ambalaj kağıdı ve karton üretiminde enzimatik/kimyasal ön muamele yöntemlerinin ürün performans özellikleri üzerine etkisinin araştırılması
Research of the enzymatic/chemical pretreatment methods effect on product  performance characteristics in nanotechnological wrapping paper and cardboard production
Yazar: SELVA SERTKAYA
Danışman: DOÇ. DR. AYHAN TOZLUOĞLU
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering
Dizin: Enzimatik hidroliz = Enzymatic hydrolysis ; Kağıt hamuru = Pulp ; Kağıt üretimi = Paper production ; Nanoselüloz = Nanocellulose ; Oksidasyon = Oxidation

Özet:
Türkiye'de birçok tarımsal ürüne ait atıklar hasat sonrası tarlada çürümeye bırakılmakta veya yakılmaktadır. Oysaki sürdürülebilir bir tarım, atıkların etkin bir şekilde bertarafı ile mümkündür. Son yıllarda tarımsal atıklar birçok alanda değerlendirilebilir hale gelmiştir. Bunlardan biri de nanoteknoloji alanındaki uygulamalardır. Bu çalışmanın amacı; buğday saplarından mikrofibrillenmiş selüloz/nanofibrillenmiş selüloz ve okside mikrofibrillenmiş selüloz/okside nanofibrillenmiş selüloz elde ederek, bu ürünlerin ambalaj kağıdı ve karton üretiminde ortaya çıkan ve maliyetlere ciddi etkisi görülen yurtdışı kaynaklı kimyasal ürünler yerine kullanılarak atık kağıt liflerinden daha üstün özelliklere sahip ambalaj kağıdı ve karton üretimini gerçekleştirmektir. Bu kapsamda ana hammadde kaynağı olan buğday saplarının bir dizi pişirme ön denemesi ile lif üretim metoduna karar verilmiştir. Optimum pişirme işlemi sonrasında elde edilen lifler, klorit ağartma yöntemi ile delignifikasyona ardından enzimatik ve oksidasyon ön muamelelerine tabi tutularak homojenizasyon kademesinde mikro ve nano boyuta indirgenmişlerdir. Elde edilen mikro ve nanoselülozlardan optimum olarak belirlenen ürünler, fluting kağıt ile mihver karton üretimlerinde bünyeden veya yüzeyden (size press kısmında) eklenerek kullanılmıştır. Çalışma kapsamında elde edilen kağıtların; mekanik, fiziksel ve drenaj özellikleri ilgili standartlara göre belirlenmiştir. Metodolojik açıdan ve maliyet açısından optimum olarak belirlenen nanoselüloz ve ticari nanoselüloz kullanılarak üretilen kağıtların test sonuçları karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; enzimatik muamelede selülaz enziminin hemiselülaz enzimine nazaran ve oksidasyon işlemlerinde ise 2,2,6,6-tetrametilpiperidin-N-oksil'in (TEMPO) N-hidroksi ftalimit (PINO) ve periyodat oksidasyonlarına nazaran daha fazla etkili olduğu gözlemlenmiştir. Öte yandan homojenizasyon işleminden sonra elde edilen sonuçlar lifsel yapının tamamen değiştiğini ve liflerin homojen bir şekilde nano boyuta indirgendiğini ortaya koymuştur.  Optimum nanoselüloz ve ticari nanoselülozun (P-CNF) kağıt hamur liflerine bünyeden ve yüzeyden ilavesi ile kağıtların mekanik özellikleri geliştirilmiş olup drenaj özellikleri olumsuz yönde etkilenmiştir. Bunun yanı sıra kağıt hamur liflerine yapılan optimum CNF ve P-CNF ilaveleri sonucunda fiziksel özelliklerde düşüş meydana geldiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
In Turkey, wastes belonging to many agricultural products are left to rot or burned in the field after harvest. However, a sustainable agriculture is possible with the effective disposal of wastes. In recent years, agricultural wastes have become utilizable in many areas. One of these areas is nanotechnological applications. The aim of this study is to obtain nanofibrillated cellulose (CNF) and oxidized nanofibrillated cellulose (CNF-OX) from wheat straw and using these products in superior qualified wrapping paper and cardboard production instead of foreign-sourced chemicals which have a serious impact on costs. In this context, the fiber production method was determined with a series of pre-cooking trials of wheat stalks, which are the main raw material source. Chlorite bleaching method was applied to those fibers and then they were subjected to enzymatic and oxidation pretreatments and then reduced to micro and nano size in the homogenization stage. Products determined as optimum micro and nano celluloses were added to bulk suspensions of cardboard and fluting paper or to the size press of the paper machine. The papers obtained within the scope of the study; mechanical, physical and drainage properties were also determined according to the relevant standards. The test results of the papers which were produced using nanocellulose and commercial nanocellulose, and determined as methodologically and cost-effective were compared with each other. According to the results; in enzymatic treatment it was observed that cellulase enzyme was more effective than hemicellulase enzyme and in oxidation processes, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl (TEMPO) was more effective than N-hydroxy phthalimide (PINO) and periodate oxidation. On the other hand, the results after the homogenization process revealed that the fiber structure was completely changed and the fibers were homogeneously reduced to nano size. Addition of optimum CNF and commercial nanocellulose (P-CNF) to the pulp fibers from the body and surface, improved the mechanical properties of the papers and the drainage properties were adversely affected. In addition, it has been observed that physical properties decrease as a result of optimum CNF and P-CNF additions to pulp fibers.