Atık kağıt hamurlarının formamidin sülfinik asit (FAS) ile ağartılması
Bleaching of recycled fibre furnish with formamidine sulphinic acid (FAS)
Yazar: SAMİ İMAMOĞLU
Danışman: PROF.DR. BAHATTİN GÜRBOY ; PROF.DR. GÜNEŞ UÇAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Orman Ürünleri Kimyası ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering
Dizin: Atık kağıt = Waste paper ; Ağartma = Bleaching ; Formamid sülfinik asit = Formamidine sulphinic acid

Özet:
Son yıllarda, atık kağıtların yeniden değerlendirilmesiyle elde edilen ikincil lifler, kağıt endüstrisi için oldukça önemli hammadde kaynağı haline gelmiştir. Bu lifler, kağıt ve karton endüstrisi için düşük maliyetli bir hammadde olması yanında, atık kağıtların tekrar kazanılarak değerlendirilmesi sayesinde ormansızlaşma ve çevre kirliliğinin önlenmesi noktasında büyük ilerlemeler olmuş aynı zamanda kağıt endüstrisi aynı birim kağıdı üretebilmek için daha az su ve enerji kullanır hale gelmiştir. Günümüzde, kağıt endüstrisinde atık kağıtların kullanımı, ekonomik faktörler ve tüketicilerin çevre bilincinin gelişmesine paralel olarak kağıt endüstrisi üzerinde oluşturulan politik baskılarla yürütülmektedir. Geri dönüştürülmüş liflerin, özellikle yüksek parlaklık hedeflenen kağıt üretiminde artan kullanım isteği ile birlikte doğal olarak ağartıcı kimyasal maddelere olan talep de artmıştır. Hem çevresel açıdan sakıncalı olmaları sebebiyle hem de atık kağıttan elde edilen hamurun daha ılımlı şartlarda ağartma isteği nedeniyle klor içeren ağartıcı kimyasal maddelerin yerine son zamanlarda yükseltgen etkiye sahip hidrojen peroksit ve indirgen etkiye sahip ditiyonit almıştır. Diğer yandan indirgen etkiye sahip formamidin sülfinik asit (FAS) ise oldukça etkin ve kağıt endüstrisinde kullanımı daha yeni olan diğer bir ağartıcı kimyasal maddedir. FAS, özellikle havadaki oksijene ve hamur içerisinde bulunan metal iyonlarına karşı daha dirençli olan bir ağartıcı olarak bilinmektedir. Bu özelliği ile kullanımı hidrojen peroksit ve ditiyonite göre daha kolaydır. Bütün bunlara rağmen, bu kimyasal maddenin diğerlerine kıyasla piyasa fiyatının yüksek olması ticari anlamda kağıt endüstrisinde yaygın olarak kullanımını kısıtlamaktadır. Bu çalışmada, geri dönüştürülmüş ofis kağıtlarının ağartılmasında FAS kimyasal maddesi kullanılmış ve ağartma işlemindeki optimum şartlar belirlenmeye çalışılmıştır. Yüksek kaliteli ofis kağıtları ilk olarak, elekli baskı sistemine göre çalışan Ricioh priport çoğaltma makinesinde baskı işlemi yapılmış ardından da bu baskılı kağıtlar FAS ile ağartılacak atık kağıtlar olarak kullanılmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında, pulper içerisinde yapılan ilk ağartma işlemine ait optimum şartlar belirlenmeye çalışılmıştır. Bununla ilgili olarak, temel ağartma parametrelerinden olan kimyasal madde ilavesi, ağartma süresi, kesafeti ve sıcaklığı ile flotasyon süresi ve ağartma işlemi öncesi baskılı atık kağıtlara uygulanan ısıl yaşlandırma işlem süreleri belirli aralıklarda değiştirilerek bunların elde edilen kağıt hamuru üzerindeki etkileri incelenmiştir. İkinci aşamada ise, pulper içerisinde ağartılan ve ağartma şartları bilinen bir örnek üzerinde son ağartma işlemi yine FAS kullanılarak polietilen (PE) torba içerisinde gerçekleştirilmiştir.Pulper ve PE torba içerisinde ilk ve son ağartma işlemlerine tabi tutulmuş kağıt hamurlan ve işlemler sırasında ortaya çıkan atık sulara ait fiziksel, kimyasal ve optik analizler uygun standartlar ve ekipmanlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Diğer yandan, ilk ağartma işlemi uygulanmış kağıt hamurlarından seçilen bir örnek farklı şartlarda depolanarak sıcaklık, süre ve depolama sırasındaki hamur kesafetinin fiziksel, kimyasal ve optik nitelikler üzerindeki etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. Pulper içerisinde atık ofis kağıtlarının FAS kimyasal maddesi ile ağartılması işlemine ait sonuçlar, uygulanan ağartma parametreleri ile elde edilen kağıt hamurlarının optik özellikleri arasında doğrudan ilişkilerin olduğunu göstermiştir. îlave edilen kimyasal madde miktarı, pulper sıcaklığı ve flotasyon süresinin artışı elde edilen kağıt hamurlarının optik niteliklerini pozitif yönde etkilerken, hamur kesafeti, ağartma süresi ve baskılı kağıtlara uygulanan ısıl yaşlandırma süresinin artışı ağartma işlemine negatif yönde etki ettiği saptanmıştır. Diğer yandan, PE torba içerisinde uygulanan son ağartma işlem parametrelerinin de kağıt hamurunun ağartılma performansına etki ettiği tespit edilmiştir. Özellikle, uygulanan ağartma süresi ve ilave edilen kimyasal madde miktarının artırılması ve NaOH/FAS oranının optimum şekilde ayarlanmasının ağartma üzerine olumlu etki ettiği görülmüştür. Laboratuar şartlarındaki çalışmalarda, ağartılmış kağıt hamurlarının gerekli analizlerin yapılabilmesi için muhafaza edilmesi durumunda fiziksel, kimyasal ve optik özelliklerinin stabil kalması istendiğinden, bu hamurlar için en iyi depolama şartlarının kapalı ortamda (PE torbada) -15 °C ve % 30-35 civarındaki kesafet olduğu saptanmıştır. 4 °C ve oda sıcaklığında yine PE torbada ve aynı kesafetteki hamurların ise bazı özelliklerinin, büyük ihtimalle depolama sıcaklığının diğerine göre daha yüksek olması ve hamur içerisindeki kalıntı kimyasal maddelerin etkisi ile kimyasal reaksiyonun devam etmesi ile, değiştiği tespit edilmiştir. Diğer yandan, ağartılmış kağıt hamurunun oda sıcaklığında ve açık havada (kuru madde oranı yaklaşık % 90) muhafaza edilmesi durumunda ise liflerin bazı kimyasal ve fiziksel özelliklerini kaybettiği saptanırken, optik niteliklerinde depolama süresi boyunca fazla bir değişikliğin olmadığı tespit edilmiştir. XII

Abstract:
Recycled fibre, obtained from waste papers, has become an important source of raw material for the pulp and paper industry. Besides offering a low cost fibre source for paper and paper-board manufacturing, waste paper recycling also considerably reduces deforestation and environmental pollution as well as uses lesser amount of. process water and energy in operation. Today, the growth in paper recycling is greatly driven by economical factors and consumer pressure through increased environmental awareness, which created a political pressure resulting in the legislation of some tough environmental laws. The use of recycled fibre for high brightness paper grades has increased the demand for bleaching chemicals. The move away from chlorine based bleaching agents has meant that oxidative hydrogen peroxide and reductive sodium hydrosulphite have taken up most of this demand. Formamidine sulfinic acid (FAS) is also another very effective and relatively new bleaching chemical, which functions as a reductive agent. FAS is known to be less sensitive to air oxidation and decomposition by transition metal ions than reductive sodium hydrosulphite. Although technically available, its market price has not been yet well enough to make it commercially feasible for the paper industry. In this work, a detailed study on the optimum use of FAS for the bleaching of recycled office paper was carried out. High quality office papers were firstly printed on a Ricoh priport duplicating machine based on a screen-printing system. These papers were taken as waste papers to be bleached by FAS. At the first stage of the study, the optimum bleaching conditions in a pulper was investigated. Fundamental bleaching parameters, such as FAS loading, time, temperature, consistency, flotation time, were altered and their effects on the resultant papers were carefully analysed. Papers were furthermore subjected to an accelerated thermal aging process and aging effects on brightness development were studied. At the second stage of the study, FAS bleached pulps were taken in a polyethylene (PE) bag with FAS under specific conditions and post-bleaching operations were undertaken. Bleached pulps and discharge waters from both the pulper and the post- bleaching operation were analysed for their physical, chemical and optical properties. Furthermore, pre-bleached pulps were stored at various conditions, and effects of storage parameters, such as temperature, time and consistency, on the optical, chemical and physical properties of pulps were evaluated. FAS bleaching of office waste paper in pulper were revealed that there is a direct relationship between bleaching parameters and optical properties of pulps studied. It was clearly observed that the increased pulper temperature, FAS loading and flotation time resulted in an improvement on pulps brightness. On the other hand, increased pulper consistency, time and accelerated aging time were seen to have a negative effect on bleaching. In addition, post-bleaching was noted to have increased the bleaching performance. That is believed to be due to the increased bleaching time, FAS addition and optimum adjustment on the ratio of NaOH/FAS. The best storing condition for the pre-bleached pulps in a laboratory scale was found to be performed in a freezer at -15°C and around 30-35 % consistency as placed in a closed PE bag in which chemical, physical and optical properties of pulp were found to be very stable throughout the storing. In the case of keeping pulp in a PE bag at 4 °C and room temperature, due to the relatively high temperature and existing residual chemicals, continuous chemical reactions (after effects) probably occurred. Therefore this created unstable optical, chemical and physical properties of stored pulps as well as some chemical degradation on fibres. Pulp, dried openly at room temperature, namely air-dried pulp, was also noted to lose some physical properties and chemical constituents. Optical properties were, however, observed to almost stable.