Atık MDF liflerin lignin ile modifikasyonu ve MDF üretiminde yeniden kullanımının araştırılması
Modification of waste MDF fibers with lignin and investigation of reuse of them in MDF production
Yazar: SAMET GÜRSOY
Danışman: PROF. DR. NADİR AYRILMIŞ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Orman Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Odun hammaddesi ile yapılan kompozit ürünler denince ilk akla gelen ürünlerden olan MDF levhalar günümüzde mobilya endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. MDF levhalara olan talebin artması ve üretim teknolojisinin ilerlemesinin sonucu olarak odun hammaddesine olan ihtiyaç gün geçtikçe artmakta olduğundan,  Türkiye'de ahşap esaslı levha üretimi yapan fabrikalar hammadde sorunları ve artan maliyetlerden dolayı yurtdışından odun hammaddesi ithal etmektedirler. Liflevha üretimi için hammadde alternatifleri arasında çevreye olan katkısı da göz önüne alındığında endüstriyel odun atıkları ve fabrikada üretim sırasında ortaya çıkan kusurlu levha atıklarının yeniden kullanımı büyük önem arz etmektedir. Liflevha üreticileri üretim sırasında ortaya çıkan ıskarta, uç kesim ve iç patlak levhaları yongalayıp pişirme kazanında normal odunlarla birlikte liflendirmek suretiyle yeniden üretim hatlarında kullanmaktadırlar. Ancak, üretimde kullanılan atık yonga miktarını %2'ile sınırlıdır. Çalışma kapsamında atık liflevhalardan elde edilen liflerin yüzeylerinin ligninle modifikasyonu ile atık levhadan elde edilen liflerinin kullanım oranının arttırılması ve ithal edilen odun hammaddesinin de azalmasına katkı sağlaması amaçlandı. 
Bu çalışmada; ham odundan elde edilen lifler ve atık liflevhadan elde edilen lif karışımının kraft ligninle modifikasyonu ile üretilen liflevhaların mekanik ve fiziksel özellikleri araştırıldı. Ham odundan elde liflere atık liflevhadan elde edilen lifler %10 ve %30 olacak şekilde 2 farklı oranda karışım yapılarak ve 2 farklı sertleştirici  (Amonyum klorür ve HMTA) kullanılarak üretilen mdf levhaların mekanik ve fiziksel özellikleri incelenmiştir. Sonuçlar ham odun lifleri kullanılarak üretilen MDF panellerle karşılaştırıldı.
Liflevhalar, Burkle marka preste 210°C sıcaklık, 3,5 N/mm2 basınç ve 210 sn presleme süresinde 5 mm kalınlığında üretildi. Üretilen levhalara fiziksel testlerden; yoğunluk testi, levha rutubet testi, 24 saat su alma ve suda şişme ve yüzey emiciliği testi yapılmıştır. 
Odun hammaddesi ile yapılan kompozit ürünler denince ilk akla gelen ürünlerden olan MDF levhalar günümüzde mobilya endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. MDF levhalara olan talebin artması ve üretim teknolojisinin ilerlemesinin sonucu olarak odun hammaddesine olan ihtiyaç gün geçtikçe artmakta olduğundan,  Türkiye'de ahşap esaslı levha üretimi yapan fabrikalar hammadde sorunları ve artan maliyetlerden dolayı yurtdışından odun hammaddesi ithal etmektedirler. Liflevha üretimi için hammadde alternatifleri arasında çevreye olan katkısı da göz önüne alındığında endüstriyel odun atıkları ve fabrikada üretim sırasında ortaya çıkan kusurlu levha atıklarının yeniden kullanımı büyük önem arz etmektedir. Liflevha üreticileri üretim sırasında ortaya çıkan ıskarta, uç kesim ve iç patlak levhaları yongalayıp pişirme kazanında normal odunlarla birlikte liflendirmek suretiyle yeniden üretim hatlarında kullanmaktadırlar. Ancak, üretimde kullanılan atık yonga miktarını %2'ile sınırlıdır. Çalışma kapsamında atık liflevhalardan elde edilen liflerin yüzeylerinin ligninle modifikasyonu ile atık levhadan elde edilen liflerinin kullanım oranının arttırılması ve ithal edilen odun hammaddesinin de azalmasına katkı sağlaması amaçlandı. 
Bu çalışmada; ham odundan elde edilen lifler ve atık liflevhadan elde edilen lif karışımının kraft ligninle modifikasyonu ile üretilen liflevhaların mekanik ve fiziksel özellikleri araştırıldı. Ham odundan elde liflere atık liflevhadan elde edilen lifler %10 ve %30 olacak şekilde 2 farklı oranda karışım yapılarak ve 2 farklı sertleştirici  (Amonyum klorür ve HMTA) kullanılarak üretilen mdf levhaların mekanik ve fiziksel özellikleri incelenmiştir. Sonuçlar ham odun lifleri kullanılarak üretilen MDF panellerle karşılaştırıldı.
Liflevhalar, Burkle marka preste 210°C sıcaklık, 3,5 N/mm2 basınç ve 210 sn presleme süresinde 5 mm kalınlığında üretildi. Üretilen levhalara fiziksel testlerden; yoğunluk testi, levha rutubet testi, 24 saat su alma ve suda şişme ve yüzey emiciliği testi yapılmıştır. 
Mekanik testlerden; eğilme direnci ve eğilmede elastikiyet modülü, levha yüzeyine dik çekme direnci ve yüzey sağlamlığı testleri TSE EN standartlarına göre yapılmıştır. Üretilen levhalara SPSS programında istatistiksel analiz ve atık liflevhadan elde edilen lif ve ham odundan elde edilen lif karışımına termal analiz yapılmıştır. Test sonuçlarına göre; Atık liflevhadan elde edilen lif kullanım oranı arttıkça üretilen liflevhaların kalınlığına şişme, su alma ve mukavemet özelliklerini olumsuz etkilemesine rağmen, lignin kullanılarak liflerin modifikasyonu ile lif levhanın mekanik ve fiziksel özellikleri iyileşti.
Ham odundan elde edilen liflerin % 10 oranda atık liflevhadan elde edilen lif karışımının tam kuru lif oranına göre ağırlıkça % 5 ve % 7,5 oranında ligninle modifiye edilmesi ile üretilen lif levhaların dik çekme direnci ligninle modifiye edilmeden % 100 ham çam odunu lifleri ile üretilen lif levhalardan daha yüksek olduğu bulunmuştur. 
Liflevhaların formaldehit emisyonu, atık liflevhadan elde edilen lif içeriğinin artmasıyla artmıştır. Liflerin ligninle modifikasyonu, atık liflevhalardan elde edilen liflerle üretilen MDF'nin formaldehit emisyonunu azalttığı görüldü. Atık liflevhadan elde edilen liflerin kullanımının MDF'nin mekanik özelliklerini azaltırken, liflerin ağırlıkça %5 ve %7,5 oranda kraft ligninle modifikasyonu MDF'nin mekanik özelliklerini iyileştirdiği görüldü. Liflerin ligninle modifikasyonu ile su direncinin arttığı ve formaldehit emisyon değerinin azaldığı tespit edildi. MDF prosesinde ligninle modifiye edilen liflerle yapılan üretimde sertleştirici olarak HMTA'nın uyumlu olmadığı görüldü. 
Sonuçlara göre; MDF üretiminde amonyum klorür sertleştiricisi kullanılarak %10 oranda atık MDF liflerinin ham odun lifleriyle karışımının ağırlıkça %5 ve %7,5 oranda ligninle modifikasyonu ile %100 ham odundan üretilen levhalara göre daha iyi sonuçlar vermektedir. Liflerin ligninle modifikasyonu MDF üretiminde atık MDF lifi kullanımı oranının %10 a çıkmasına imkan sağlamaktadır.

Abstract:
MDF boards, which are one of the first products that come to mind when it comes to composite products made with wood raw materials, are widely used in the furniture industry today. Since the need for wood raw materials is increasing day by day as a result of the increase in demand for MDF boards and the advancement of production technology, factories producing wood-based boards in Turkey import wood raw materials from abroad due to raw material problems and increasing costs. Among the raw material alternatives for fiberboard production, considering its contribution to the environment the reuse of industrial wood waste and defective board waste generated during factory production is of great importance. Fiberboard manufacturers use the scrap, end-cut and inner-split boards that arise during production in their production lines by chipping them and fiberizing them together with normal wood in the digester. However, the amount of waste chips used in production is limited to 2%. Within the scope of the study, it was aimed to increase the usage rate of fibers obtained from waste fiberboards by modification of the surfaces of fibers obtained from waste fiberboards with lignin and to contribute to the reduction of imported wood raw materials.
In this study; The mechanical and physical properties of fiberboards produced by modification of the fiber mixture obtained from raw wood and waste fiberboard with kraft lignin were investigated. The mechanical and physical properties of MDF boards which are produced by mixing fibers obtained from raw wood with fibers obtained from waste fiberboard in 2 different ratios of 10% and 30% and using 2 different hardeners (Ammonium chloride and HMTA) were examined. The results were compared with MDF panels which are produced using raw wood fibers.
MDF boards, which are one of the first products that come to mind when it comes to composite products made with wood raw materials, are widely used in the furniture industry today. Since the need for wood raw materials is increasing day by day as a result of the increase in demand for MDF boards and the advancement of production technology, factories producing wood-based boards in Turkey import wood raw materials from abroad due to raw material problems and increasing costs. Among the raw material alternatives for fiberboard production, considering its contribution to the environment the reuse of industrial wood waste and defective board waste generated during factory production is of great importance. Fiberboard manufacturers use the scrap, end-cut and inner-split boards that arise during production in their production lines by chipping them and fiberizing them together with normal wood in the digester. However, the amount of waste chips used in production is limited to 2%. Within the scope of the study, it was aimed to increase the usage rate of fibers obtained from waste fiberboards by modification of the surfaces of fibers obtained from waste fiberboards with lignin and to contribute to the reduction of imported wood raw materials.
In this study; The mechanical and physical properties of fiberboards produced by modification of the fiber mixture obtained from raw wood and waste fiberboard with kraft lignin were investigated. The mechanical and physical properties of MDF boards which are produced by mixing fibers obtained from raw wood with fibers obtained from waste fiberboard in 2 different ratios of 10% and 30% and using 2 different hardeners (Ammonium chloride and HMTA) were examined. The results were compared with MDF panels which are produced using raw wood fibers.
Fiberboards were produced in a Burkle brand press with a thickness of 5 mm at 210°C temperature, 3.5 N/mm2 pressure and 210 s pressing time. The produced boards, from physical tests; Density test, sheet moisture test, 24-hour water absorption and water swelling and surface absorbency tests were performed.
From mechanical tests; Bending resistance and modulus of elasticity in bending, tensile strength perpendicular to the board surface and surface durability tests were carried out according to TSE EN standards. Statistical analysis was performed on the produced boards in the SPSS program, and thermal analysis was performed on the fiber mixture obtained from waste fiberboard and raw wood. According to the test results; Although the increase in the use of fiber obtained from waste fiberboard negatively affected the swelling, water absorption and strength properties of the produced fiberboards, the mechanical and physical properties of the fiberboard improved with the modification of fibers using lignin.
Vertical tensile strength of fibreboards produced by modifying the fiber mixture obtained from raw wood with 5% and 7.5% lignin by weight, according to the fully dry fiber ratio of the fiber mixture obtained from waste fiberboard at a rate of 10%. Fiber produced with 100% raw pine wood fibers without modification with lignin It was found to be higher than the fiberboards.
Formaldehyde emission of fiberboards increased with increasing fiber content obtained from waste fiberboard. Modification of fibers with lignin was observed to reduce the formaldehyde emission of MDF produced with fibers obtained from waste fiberboards. It was observed that the use of fibers obtained from waste fiberboard reduced the mechanical properties of MDF, while modification of the fibers with 5% and 7.5% kraft lignin by weight improved the mechanical properties of MDF. It was determined that water resistance increased and formaldehyde emission value decreased by modification of fibers with lignin. It was observed that HMTA was not compatible as a hardener in the production of fibers modified with lignin in the MDF process.
According to the results; In MDF production, using ammonium chloride hardener and modifying the mixture of 10% waste MDF fibers with raw wood fibers with 5% and 7.5% lignin by weight gives better results than boards produced from 100% raw wood. Modification of fibers with lignin allows the use of waste MDF fiber in MDF production to increase to 10%.