Yonga istifi bekleme şartlarının liflevhanın fiziksel ve mekanik özellikleri üzerine etkisi
Effect of storage conditions of wood chips pile on physical and mechanical properties of fiberboard
Yazar: EMRAH ERGÜL
Danışman: DOÇ. DR. NADİR AYRILMIŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Odun Mekaniği ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Ülkemizde ahşap esaslı levha üretimi yapan fabrika sayısı her geçen yıl artmakta olup,  odun hammaddesi kaynaklarımız bu yüksek üretim kapasitesini karşılayamaz duruma gelmiştir. Özellikle Marmara bölgesinde faaliyet gösteren levha üretim fabrikaları hammadde yetersizliğinden dolayı yurt dışından gemilerle konteynır içerisinde hazır yonga tedarik etmekte ve fabrika sahasında açık istif halinde depolamaktadırlar. Yongaların sahada istif halinde depolanması halinde istif bekleme şartlarının levhanın kalite özellikleri üzerine ülkemizde kapsamlı bir araştırma yapılmamıştır. Bu araştırma ile yonga istifi bekleme şartlarının liflevhanın fiziksel ve mekanik özelikleri üzerine etkisi araştırılarak sonuçların literatüre ve ülkemizde odun sahasında yonga istifi yapan liflevha fabrikalarına sunulması amaçlanmıştır. 
Araştırma kapsamında odun hammaddesi olarak ülkemizde liflevha fabrikalarında odun sahasında en fazla istif edilen çam odunu yongaları kullanılmıştır. Liflevha fabrikaları yurtdışından ağırlıklı olarak kabuksuz çam yongası tedarik etmekte ve odun sahasında yığın şeklinde depolamaktadırlar. Araştırma, Kastamonu Enteğre Ağaç Sanayinin Gebze Tesislerinde gerçekleştirilmiştir. Bu maksatla fabrikanın Amerika Birleşik Devletlerinden ithal edilen Pinus palustris (Southern pine, Amerikan Güney Çamı) yongalarından bu araştırma için fabrika sahasında normal büyüklükte bir istif hazırlanarak istiften 1. gün, 15. gün, 30. gün, 45. gün, 60. gün, 90. gün, 120. gün ve 180. gün istifin tamamını temsil edecek şekilde kuru yöntemle yüksek yoğunluklu liflevha (HDF) üretimleri gerçekleştirilmiştir. Her bir istif bekleme süresinde yongaların pH değerleri ve rutubet miktarları ölçülmüştür. Her bir istif bekleme şartı için 2 şer adet olmak üzere 2081 mm x 2632 mm x 8 mm boyutlarında HDF levhası fabrikasyon şartlarda üretilmiştir.   

Deneme levhaları üzerinde fiziksel özelliklerden rutubet tayini, birim hacim ağırlığı, kalınlığına şişme oranı ve formaldehit emisyonu; mekanik özelliklerden eğilme direnci, eğilmede elastikiyet modülü ve levha yüzeyine dik yönde çekme direnci deneyleri gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarından yongaların pH değerinin istif bekleme süresi 180 güne ulaştığında 5.66?dan 3.93?e, yonga rutubet miktarının ise %101.2?den %80.8?e düştüğü tespit edilmiştir. Bu durumun yongaların bakteri ve mantar faaliyetleri sonucu bozunması ve egzotermik reaksiyonlardan kaynaklandığı sonucu çıkarılmıştır.

HDF levhaların rutubet miktarları (%8.13-8.32) ve yoğunluk (871-874 kg/m3) değerleri arasında istatistiksel olarak (p<0.05) anlamlı bir farklılık bulunmamıştır. Levhalar rutubet miktarı ve yoğunluk bakımından TS 64-5 EN 622-5 standardında kuru işlem HDF levhalar için bir kriter bulunmadığından Avrupa parke üreticileri birliğinin oluşturduğu EMB/PS/HDF (1997) standardı ile karşılaştırılmış ve bu standart ile uyumluluk göstermiştir. Kalınlığına şişme oranı bakımından levha grupları arasında anlamlı bir farklılık bulunmuş olup, istif bekleme süresi 180 güne ulaştığında levhaların kalınlığına şişme oranı %7.32?den %9.69?a yükselmiştir. Kalınlığına şişme oranı bakımından tüm levha grupları EMB/PS/HDF standardının ön gördüğü %4-11 rutubet miktarı aralığında değer vererek standart ile uyumluluk göstermiştir. Yonga istifi bekleme şartları HDF levhaların formaldehit emisyonunu belirgin olarak etkilemiştir. İstif bekleme süresi 180 güne ulaştığında levhaların formaldehit emisyon değeri 7.14 mg/100 g?dan 9.78 mg/100 g?a çıkmıştır. İstif halinde 15 günden daha uzun süre bekleyen yongalardan üretilen levhalar hariç diğerlerinin formaldehit emisyon değerleri EMB/PS/HDF standardının E1 liflevhalar için ön gördüğü maksimum 8 mg/100 g?ın üzerinde çıkmıştır. İstif bekleme şartları ile HDF?nin formaldehit emisyonundaki artışın özellikle yongaların pH değerindeki azalmadan yani asiditelerindeki artış ve biyolojik bozunmalarından kaynaklandığı sonucu çıkarılmıştır. Yongaların asiditelerindeki artış tutkallı levha taslağının ön sertleşmesi ile sonuçlanmakta bu da levhaların formaldehit emisyonunu arttırmaktadır.

Yonga istifi bekleme şartları HDF levhaların mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilemiştir. İstif bekleme süresi 180 güne uzatıldığında levhaların eğilme direnci 46.96 N/mm2?den 38.11 N/mm2?ye, eğilmede elastikiyet modülü ise 4117.8 N/mm2?den 3373.5 N/mm2?ye düşmüştür. Eğilme direnci bakımından 180 gün bekleyen yongalardan üretilen HDF?ler hariç diğer tüm levha grupları EMB/PS/HDF standardının ön gördüğü minimum 40 N/mm2?nin üzerinde çıkmıştır. Eğilmede elastikiyet modülü bakımından ise tüm levha grupları EMB/PS/HDF standardının ön gördüğü minimum 2700 N/mm2?nin üzerinde değer vermiştir. İstif bekleme şartları HDF levhaların levha yüzeyine dik yönde çekme direncini 1.71 N/mm2?den 1.04 N/mm2?ye, düşürmüştür. 180 gün istifte bekleyen yongalar hariç diğer yongalardan üretilen HDF levhaların dik yönde çekme direnci bakımından EMB/PS/HDF standardının ön gördüğü minimum 1.20 N/mm2?nin üzerinde çıkmıştır. Yongaların istif halinde depolanması esnasında bakteri ve mantar faaliyetleri hemiselüloz, selüloz ve ligninin bozunmasına ve bu esnada yonga istifinin pH değerinin azalması ve sıcaklığının artması ile hücre çeperi yapısının zayıflamasına, levhada lifler arasında zayıf bir bağlanma olmasına, üre-formaldehit tutkalının odun lifi mekanik adheziyonunu düşürmesine, lif yüzeyindeki tutkalın sıcak pres öncesi yonga asiditesinin artmasından dolayı kısmen ön sertleşmesine ve selülozun polimerizasyon derecesinin azalmasına neden olabileceği, bunların neticesinde de  levha kalitesinin düşeceği sonucu çıkarılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar topluca değerlerdirildiğinde çam yonga istifinin bekleme şartlarından kaynaklanan olumsuzluklarından en az düzeyde etkilenmesi için istifin 1 aydan fazla bekletilmemesine ve istifin hazırlaması ile kontrolüne azami dikkat edilmelidir.

Abstract:
Although the number of wood-based panel manufacturers in Turkey has been increased year by year, the native wood resources could not supply enough wood material. In particular, the manufacturers in Marmara region supply their wood material as chips by ships from overseas countries such as USA, Canada, Venezuela due to the raw material deficiency in this region. There is no any study about effect of outdoor chip pile storage on the quality of fiberboard. In this study, effect of outdoor chip pile storage on physical and mechanical properties was investigated. It was aimed to share the results with the literature and the fiberboard manufacturers.  
Pine wood chip as raw material used in this study since it is the most piled wood specie on the woodyard of the fiberboard manufacturers in Turkey. Turkish fiberboard manufacturers import mostly bark free pine wood chips from overseas and stored outdoors. This research was carried out at Gebze Factory of Kastamonu Integrated Wood Company. For this aim, it was prepared a normal size pile from pine wood (Pinus palustris, Southern pine) chips imported from USA. The dry process high density fiberboards (HDFs) were manufactures from the piled chips at different storage times such as 1. day, 15. day, 30.day, 45 days, 60 days, 90. days, 120 days, and 180 days. The pH values and moisture contents of the wood chips for each storage time were measured. Two HDF panels with dimensions of 2081 mm x 2632 mm x 8 mm were manufactured for each storage time.  

Physical properties of experimental boards such as moisture content density, thickness swelling, and formaldehyde emission; and mechanical properties such as bending strength, modulus of elasticity in bending, and internal bond strength were performed on the test specimens. The pH value of the HDF panels decreased from 5.66 to  3.93 as the chip piles storage time increased to 180 days. Moisture content of the panels decreased from 101.2% to 80.8% as the chip piles storage time increased to 180 days. It was concluded that this was caused by the degredation of wood chips due to bacteria and fungi activities, and egzotermic reactions.  

There was no significant difference (p<0.05) among the HDF groups in terms of moisture content (8.13-8.32%) and density (871-874 kg/m3). The moisture content and density of the boards were compared with EMB/PS/HDF (1997) standard of Association of European Producers of Laminate Flooring since there was no any information in TS 64-5 EN 622-5 standard. The values of moisture and density met the requirement of EMB/PS/HDF (1997). It was found a significant difference among the HDF groups in terms of thickness swelling ratio. The thickness swelling values of HDF panels increased from 7.32% to 9.69% as the chip piles storage time increased to 180 days. The thickness swelling values of all panel groups were between the values (4-11%) specified by EMB/PS/HDF (1997). The pile storage conditions significantly affected the formaldehyde emission of the HDF groups. As the chips pile storage increased to 180 days, the formaldehyde emission of HDF panels increased from 7.14 mg/100g to 9.78 mg/100 g. The formaldehyde emission of all HDF panels, except for the HDF panels made from the chips piled beyond 15 days, met the maximum value (8 mg/100 g) of E1 class HDF panels specified by EMB/PS/HDF (1997). The increment in the formaldehyde emission of the HDF groups was mainly attributed to the decrement in the pH value and and biological degradation of the piled wood chips. The increment in the pH values of the chips results in the precuring of the mat with resin and this causes to the increment formaldehyde emission of the panels.

The mechanical properties of the HDF panels were negatively affected by the chips pile conditions. As the pile storage time increased to 180 days, the bending strength of the panels decreased from 46.96 N/mm2 to 38.11 N/mm2 and modulus of elasticity in bending decreased from 4117.8 N/mm2 to 3373.5 N/mm2. All the HDF panels, except fort he HDF panels made from chips piled 180 days, met the minimum bending strength value (40 N/mm2) of EMB/PS/HDF standard. All the panels met the minimum modulus of elasticity value (2700 N/mm2) of EMB/PS/HDF standard. Internal bond strength of the HDF panels decreased  from 1.71 to 1.04 N/mm2 due to the piles storage conditions. 
All the HDF panels, except fort he HDF panels made from chips piled 180 days, met the minimum internal bond strength value (1.20 N/mm2) of EMB/PS/HDF standard. During the storage of wood chips, bacterial and fungi activities cause the degradation of hemicellulose, cellulose, and lignin, and decreasing pH and increasing pile temperature cause to the weaking of cell wall, low bonding performance between wood fibers in the panel, decreasing to mechanical adhesion of urea-formaldehyde resin to wood fibers, the precuring of the resin applied to the wood fibers before hot pressing and decreasing of polymerization of cellulose, and finally concluded that these factors decreased the HDF panel quality. Based on the findings obtained from the present study, it can be said that the wood chips should not be piled beyond 1 month to minimize negative effects of storage conditions on the HDF quality and should be paid attention to the preparation of chips pile and its control.