Çam kökü ekstraksiyon reçinesinin distilasyonu ve kimyasal karakterizasyonu
Distillation and chemical characterization of crude wood rosin
Yazar: NAİLE ANGIN
Danışman: DOÇ. DR. MURAT ERTAŞ
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering
Dizin: Analitik kimya = Analytical chemistry

Özet:
Doğal reçine, başta kimya, boya, kâğıt, kozmetik, ilaç sektörü ile kauçuk ve lastik sanayi olmak üzere pek çok sektörde kullanılan oldukça önemli bir silvikimyasal üründür. Bütün dünyada sentetik reçine tüketimine getirilen kısıtlamalar sektörü biyobozunur ürünlere yönlendirmektedir. Sentetik reçineler fiziksel olarak doğal reçineye benzese de doğal reçinenin kimyasal içeriğini yakalayamamakta ve tam anlamıyla ikame edilememektedir. Buna ek olarak; sentetik reçineler hem insan sağlığını hem de doğayı tehdit etmektedir. Doğal reçinenin kritik önemini anlamış ülkeler bunu işleyip ve neredeyse tamamen türevlendirerek endüstriyel olarak katma değerli bir ürüne dönüştürerek iç ve dış pazarda kullanmakta ve bundan önemli kazançlar sağlamaktadır. Türkiye reçine üretimine uygun kızılçam ormanları ile dünyada ilk sıralarda olmasına rağmen, bugün ticari anlamda doğal ham reçine üretimi istenilen miktarlarda değildir. Ayrıca ülkemizde kolofan ve terebentin üretilmemekte olup tamamen ithalat yoluyla karşılanmaktadır. Bu tez kapsamında çam kökü ekstraksiyon reçinesinden dört farklı distilasyon işlemi uygulanarak terebentin ve kolofan elde edilmiştir. Her dört yöntemle de elde edilen terebentin ve kolofan fazlarının miktarları hesaplanmıştır ve en fazla terebentin %25,29 oranında su buharı altında vakumlu distilasyon yöntemiyle elde edilmiştir.
Terebentin fazındaki uçucu bileşenler Gaz Kromatografi (GC) ve Kütle Spektroskopisi (MS) cihazı kullanılarak karakterize edilmiştir. Terebentin etken maddesi α-Pinene olarak tespit edilmiştir ve en yüksek α-Pinene miktarı %84,07 olarak su buharı altında vakumlu distilasyon yöntemiyle elde edilen terebentinde bulunmuştur. Terebentinde en fazla bulunan beş uçucu bileşen sırasıyla; α-Pinene, Camphene, β-Pinene, α-Terpinolene ve α-Terpinene olarak bulunmuştur.
Kolofanda asit sayısı, sabunlaşma sayısı, alkolde çözünmeyen madde miktarı, kül miktarı, renk ekseni ve yumuşama noktası belirlenmiştir. Analizler sonucunda; asit sayısı 169,11 ile 174,53 arasında; sabunlaşma sayısı 174,14 ile 180,83 arasında bulunmuştur. Asit ve sabunlaşma sayısında en düşük değerler adi distilasyon yönteminde, en yüksek değerler ise su buharı altında vakumlu distilasyon yönteminde bulunmuştur. Kolofanda alkolde çözünmeyen madde miktarı %0,03- %0,04 arasında bulunmuştur. Kül miktarı ise %0,026 ile %0,031 arasında bulunmuştur. Kolofan örneklerinin rengi kahverengi-amber arasında belirlenmiştir. Yumuşama noktası tayini sonucunda en yüksek değer 74,58 °C olarak su buharı altında vakumlu distilasyon yönteminde tespit edilmiştir.
Kolofandaki reçine asitlerini belirlemek amacıyla GC-MS analizi uygulanmıştır. GC-MS analizi sonucunda kolofanda Abietik asit ve bunun türevleri olan Dehydroabietic asit ve Neoabietic asitin toplamının yaklaşık %50 oranında olduğu tespit edilmiştir. En fazla bulunan beş reçine asidi; Abietik asit ve türevleri, Palustric asit, Podocapric asit, Pimarik asit ve Levopimaric asit olarak bulunmuştur. 
Ekstraksiyon reçinesinin distilasyonu üzerine bir fizibilite analizi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen disitilasyon yöntemleri için İç Verim Oranı Analizi, Net Bugünkü Değer Analizi ve Başabaş Noktası Analizi gerçekleştirilmiştir. Fizibilite analizleri sonucunda su buharı altında vakumlu disitilasyon yönteminin ekonomik olarak en uygulanabilir yöntem olduğu düşünülmüştür.

Abstract:
Crude wood rosin is a very important naval stores and used in many sectors such as chemical, paint, paper, cosmetic, pharmaceutical and rubber and rubber industries. All over the world, restrictions on the consumption of synthetic resins lead the sector to biodegradable products. Although synthetic resins are physically similar to bio-based rosins, they do not capture the chemical content of the natural rosin and cannot be completely substituted. In addition; synthetic resins threaten both human health and nature. Developed countries that have understood the critical importance of natural rosin and use crude wood rosin in the domestic and international markets by converting the crude wood resin into an industrial value-added resin derivative, and gain significant profits from it. Although Turkey is ranked first in the world with the appropriate Turkish red pine forests to produce crude wood rosin, nowadays commercial crude wood rosin production is not in desired quantities. In addition, bio-based wood rosin derivatives are not produced in our country and are fully covered by imports.
In this thesis, turpentine and rosin were obtained from crude wood rosin by applying four different distillation processes. Turpentine and rosin phases were measured after all distillation types. The most turpentine amount was obtained as 25.29% by vacuum distillation under water vapor.
Volatile components in turpentine phase were characterized by Gas Chromatography (GC) and Mass Spectroscopy (MS) device. The active substance of turpentine was determinated as α-Pinene and the highest amount of α-Pinene was found as 84.07% by vacuum distillation under water vapor. The five most important volatile components in turpentine were found as α-Pinene, Camphene, β-Pinene, α-Terpinolene and α-Terpinene.
Acid number, saponification number, alcohol insoluble residue, ash amount, color axis and softening point were determinated in colophony samples. As a result of the analysis; the acid number was found between 169.11 and 174.53; the saponification number was found between 174.14 and 180.83, alcohol insoluble residue was found between 0.03% and 0.04%. Ash content was found between 0.026% and 0.031%. The color of the colophony samples was determinated between brown and amber. As a result of DSC analysis, the highest softening point was determinated as 74.58 ° C in vacuum distillation under water vapor.
GC-MS analysis was performed to determine the resin acids in rosin. It has been determinated that the sum of Abietic acid and its derivatives (Dehydroabietic acid and Neoabietic acid) is approximately 50%. The five most common resin acids were found as Abetic acid and its derivatives, Palustric acid, Podocapric acid, Pimaric acid and Levopimaric acid. 
In scope of feasibility analysis; Rate of Return Analysis, Present Value Analysis and Breakeven Analysis were performed on the distillation of crude wood rosin. As a result of the feasibility analysis, vacuum distillation method under water vapor was considered to be the most feasible option.