Ahşap yüzey işlem uygulamalarında çevre-performans değerlendirmesi: Kent mobilyaları örneği
Environment-performance evaluation in wood surface treatment applications: The case of urban furniture
Yazar: UMUT GENÇ
Danışman: PROF. DR. KÜÇÜK HÜSEYİN KOÇ
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Orman Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Ağaç İşleri = Wood Products

Özet:
Ahşap yüzey işlem uygulamalarında performans önemli bir faktör olmakla beraber, günümüz koşullarında artan çevresel duyarlılıklar ve beklentiler çerçevesinde, çevre-performans değerlendirmelerinin birlikte yapılması çok daha önemli bir hale gelmiştir. Özellikle kent mobilyaları, artan kent nüfusuna paralel olarak yaşam kalitesini yükseltme beklentilerinin karşılanmasındaki en temel araçlardan biridir. Bu çalışmada; ahşap esaslı kent mobilyaların (banklar, kır masaları, çocuk oyun grupları, pergolalar, kameriyeler vb.) üretim sürecinin en önemli aşamalarından birini oluşturan yüzey işlem uygulamalarının çevre-performans ilişkisinin; poliüretan ve su bazlı vernikler ile yapılan uygulamalar esnasında tespit edilen uçucu organik bileşiklerin emisyon oranlarının ölçülmesi ile ortaya konulması hedeflenmiştir. Bu amaçla kent mobilyaları üretiminde yaygın olarak kullanılan sapelli (Entandrophragma cylindricum) ve dabema (Piptadeniastrum africanum) yapraklı ağaç türleri test materyalleri olarak belirlenmiştir. Yüzey işlem araçları olarak 5 farklı vernik firmasından poliüretan ve su bazlı vernikler seçilmiştir. Uygulama sürecinde açığa çıkan ve çevreye zarar verebilecek uçucu organik bileşikler (UOB) tespit edilerek, emisyon değerleri ölçülmüştür. Daha sonra ahşap numuneler laboratuvar ortamında hızlandırılmış UV-yaşlandırma testine tabi tutulmuştur. Kontrol ve deney örneklerinin yüzeylerinde sertlik, film kalınlığı, parlaklık, renk farkı ve yapışma direnci testleri yapılarak performans değerleri belirlenmiştir. Yüzey işlem uygulamaları sırasında kullanılan verniklerin çevre-performans ilişkisi ise istatiksel yöntemlerden; Varyans analizi (ANOVA), Tukey testi, Uyum Eksikliği testi ve Düzeltilmiş Belirleme Katsayısı (Adj-R2) değerleri kullanılarak saptanmıştır. Sonuçlar performans odaklı değerlendirildiğinde; uygulanan poliüretan ve su bazlı verniklerin birbirlerine göre üstünlük sağladığı performans özellikleri tespit edilmiştir. Poliüretan verniklerin yaşlandırma sonrası sertlik ve parlaklık performansları iyi iken, su bazlı verniklerin ise film kalınlığı, renk ve yapışma performans değerlerinin daha iyi olduğu görülmüştür. Poliüretan verniklerin sertlik değeri yaşlandırma öncesi ortalama 115,9 sn., yaşlandırma sonrası 79,403 sn., su bazlı verniklerin ise yaşlandırma öncesi ortalama 114,92 sn., yaşlandırma sonrası 75,406 sn. olarak belirlenmiştir. Su bazlı verniklerin yapışma değeri yaşlandırma öncesi 2,885 MPa, yaşlandırma sonrası 1,18 MPa, poliüretan verniklerin ise yaşlandırma öncesi 3,13 MPa, yaşlandırma sonrası 1,05 MPa olarak belirlenmiştir. Ayrıca sapelli (Entandrophragma cylindricum) ağaç türünün su bazlı vernikler ile kullanılması durumunda parlaklık ve renk değerlerinin güzel sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Yaşlandırma testi uygulamalarından sonra ise tüm performans değerlerinin azaldığı görülmüştür. Çevresel odaklı sonuçlar değerlendirildiğinde; poliüretan vernik uygulamalarında tespit edilen uçucu organik bileşiklerin (UOB) emisyon değerlerinin, su bazlı verniklerde tespit edilen UOB'lerin emisyon değerlerine oranla oldukça yüksek olduğu tespit edilmiştir. Poliüretan verniklerde tespit edilen UOB'lerin toplam emisyon oranı 53,63 mg/Nm3 bulunurken, su bazlı verniklerde ise sadece R markasında UOB değeri tespit edilmiş olup, emisyon değeri 0,0057 mg/Nm3 olarak ölçülmüştür. Diğer verniklerin ise tespit edilen UOB emisyon değerleri cihaz okuma limitinin (<0,0035 mg/Nm3) altında kaldığından ölçümü yapılamamıştır. UOB'lerin toplam emisyon oranları dikkate alındığında elde edilen değerlerin yönetmelikte yer alan sınır değerleri sağladığı belirlenmiştir. Sonuçlar çevre-performans odaklı birlikte değerlendirildiğinde; UOB emisyon değerlerinin minimum olarak gözlemlendiği, insan ve çevre sağlığı bakımından daha zararsız olan su bazlı verniklerin tercih edilmesi durumunda da elde edilen performans değerlerinin iyi derecede olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Although, performance is an important factor in wood surface treatment applications, nowadays it has become more important to perform environmental-performance evaluations together with increasing environmental sensitivities and expectations. In particular, urban furniture is one of the most basic means of meeting the expectations of improving the quality of life in parallel with the increasing urban population. In this study, the environmental-performance relationship of surface treatment applications, which constitute one of the most important stages of the production process of wood based urban furniture (benchs, picnic tables, kids playground groups pergolas, gazebo etc.); The aim of the present study is to determine the emission rates of volatile organic compounds detected during applications with polyurethane and water based varnishes. For this purpose, sapelli (Entandrophragma cylindricum) and dabema (Piptadeniastrum africanum), which are widely used in the production of urban furniture, were determined as test materials. Polyurethane and water based varnishes were selected from 5 different varnish companies as surface treatment tools. Volatile organic compounds (VOCs) that were released during the application process and could be harmful to the environment were determined and emission values were measured. Then, the wood samples were subjected to accelerated UV-aging testing in the laboratory. Hardness, film thickness, gloss test, color difference and adhesion resistance tests were performed on the surfaces of the control and test samples and their performance values were determined. Environmental effects of varnishes used in surface treatment applications and its relationship with surface treatment performance are among the statistical methods; Variance analysis (ANOVA), Tukey test, Lack of fit test and Corrected Determination Coefficient (Adj-R2) values were determined.
When results are evaluated in terms of performance; It is determined that polyurethane and water based varnishes which are applied for wood surface treatments are superior to each other. Polyurethane varnishes have good hardness and gloss performance after aging, while water based varnishes have better film thickness, color and adhesion performance values.The hardness value of polyurethane varnish was found to be 115.9 sec. after aging, 79,403 sec. after aging and 114,92 sec. before aging, and 75,406 sec. after aging. The adhesion value of water based varnishes was 2,885 MPa before aging, 1,18 MPa after aging and 3,13 MPa before aging and 1,05 MPa after aging. In addition, the use of sapelli (Entandrophragma cylindricum) tree species with water-based varnishes yields good results. After the aging test, all performance values decreased.
When environmental oriented results are evaluated; emission values of VOCs detected in polyurethane varnish applications were found to be significantly higher than VOCs detected in water-based varnishes. The total emission rate of the VOCs determined in the polyurethane varnishes was 53,63 mg / Nm3, whereas in the water-based varnishes only the R brand value was determined and the emission value was measured as 0.0057 mg / Nm3. In the other varnishes, the measured VOCs emission values could not be measured because the device reading limit was below (<0.0035 mg / Nm3). It has been seen that the obtained values provided the limit values in the regulation. When the results are evaluated together with environment-performance oriented; VOC emission values were observed to a minimum and the performance values obtained were also good if water-based varnishes which are more harmless to human and environmental health were preferred.