Melamin emdirilmiş kağıt (MEK) atıkların yonga levha üretiminde değerlendirilmesi
Utilization of melamine impregnated paper waste (MIP) in particleboard manufacturing
Yazar: İBRAHİM HALİL BAŞBOĞA
Danışman: PROF. DR. FATİH MENGELOĞLU
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Orman Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Odun Mekaniği ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Ormancılık ve Orman Mühendisliği = Forestry and Forest Engineering

Özet:
Melamin emdirilmiş kağıtlar (MEK) bünyesinde yaklaşık %40 dekor kâğıdı içerirken kalan %52-53'lük kısmı tutkallardan (melamin formaldehit, üre formaldehit, melamin-üre formaldehit, vb.) ve diğer %7-8'lik kısmı da diğer kimyasal maddelerden (çapraz bağlayıcılar, sertleştiriciler, toz önleyici ve bloklaşmayı önleyici ajanlar) ve rutubetten oluşmaktadır. Alfa selülozdan oluşan dekor kâğıtlarının melamin formaldehit (MF) veya melamin-üre formaldehit (MUF) kullanılarak emprenye edilmesi ve belirli bir sıcaklık ve sürede kurutulması ile MEK üretimi gerçekleştirilmektedir. Bu üretim esnasında yaklaşık binde altı oranında atık-MEK oluşturulmaktadır. MEK'lerin levha yüzeylerine kaplanması esnasında oluşan atıklar da dikkate alındığında bu miktar artmaktadır. Kastamonu Entegre Ağaç Sanayi (KEAS) fabrikalarında 420.000.000 m2/yıl MEK kullanmakta ve bu esnada 15.210.000 m2/yıl (2.737.800 kg) atık oluşmaktadır. Bu tez kapsamında, söz konusu atıkların yongalevha üretiminde tutkal ikamesi olarak kullanılması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda; Atık-MEKlerin kürleşmemiş tutkal içeriklerini belirlemek ve yongalevha üretiminde tutkal olarak değerlendirilmesi için en uygun parametrelerin belirlenmesi, ayrıca bu Atık-MEKlerin sanayide kullanımının sağlanması hedeflenmiştir.
Tez kapsamında; MEK üretimi esnasında oluşan atıklar (MEK1) ile üretilmiş MEKlerin levha yüzeyine kaplanması esnasında oluşan atıkların (MEK2) reaktiflik yönünden kıyaslanması yapılmıştır.  Ayrıca optimum atık MEK boyutu ve miktarının belirlenmesi, atık MEK'in en uygun kullanım yerinin (Orta Tabaka-Dış Tabaka) ve en uygun değerlendirilme şeklinin belirlenmesi (yalnız toz olarak, tutkallanmış yonga içerisinde ve hazırlanmış tutkalın içerisinde) ve Atık-MEK kullanımı esnasındaki optimum yonga rutubetinin belirlenmesi amacı ile çalışmalar yapılmıştır. Çalışmada atık-MEKler ve 1,25 mol Üre Formaldehit reçinesi tutkal olarak kullanılmıştır. Kaba ve ince yonga olmak üzere 2 farklı boyutta kızılçam (%90) ve kavak (%10) karışımı yonga kullanılmıştır. Üç tabakalı yongalevhalar üretilmiştir. Çalışmalar sonucunda sanayi ölçekli yongalevha üretiminde en uygun atık-MEK kullanım şekline ve kullanım yerine karar verilerek üretim hattında ticari yongalevhalar üretilmiştir. Firma yetkililerinin Atık-MEK'i kontrollü bir şekilde ele almak istemesi üzerine atık-MEK'ler üretim hattında değerlendirilirken üretim parametreleri değiştirilmeden, serme işlemi öncesinde tutkallı yongaya ekstra olarak tam kuru yonga ağırlığının  %1, %2 ve maksimum %5 olacak şekilde orta tabakada kullanılarak ticari yongalevha üretimleri başarı ile gerçekleştirilmiştir. Üretilen levhaların mekanik ve fiziksel testleri yapılarak, atık-MEK ilavesiz standart üretilen yongalevha sonuçları ile kıyaslanmıştır. MEK2 atıkları yongalevha üretimi sırasında tutkal ikamesi olarak başarısız olurken, MEK1 atıkları ile başarılı bir şekilde levha üretimleri gerçekleştirilmiştir. Atık-MEK boyutu küçüldükçe ve miktarı arttıkça levha özelliklerinin de iyileştiği belirlenmiştir. Atık-MEK'in ÜF tutkalı ile birlikte aynı veya farklı tabakalarda kullanılması ile üretilen levhaların hepsi standartta istenen minimum mekanik direnç özelliklerinin üzerinde sonuç göstermiştir. Ayrıca, atık-MEK'in farklı rutubet içeriğine sahip yongalarla birlikte kullanıldığı levha grupları da standartta istenen minimum mekanik direnç özelliklerini sağlamıştır. Genel olarak üretilen levhaların kalınlığına şişme ve su alma özellikleri istenen standart özellikleri yakalayamamıştır. Tez kapsamında formaldehit emisyon özelliği bakımından E2 ve E3 sınıfı levhalar üretilmiştir. Tez başarı ile sonuçlandırılarak yıllık 400-450 ton/yıl çıkan melamin emdirilmiş kağıt atıklarının geri kazanımı sağlanmıştır. Şirket yetkilileri tarafından,  daha önce MEK atıklarının bertaraf edilmesi için ödenen maliyetin (144-180 bin TL/yıl) ortadan kalktığı ve ayrıca yongalevha üretiminde kullanılan odun hammaddesinden 180-250 ton/yıl tasarruf edildiği belirtilmiştir. İhtiyaç duyulması halinde tutkal yerine ikame olarak MEK atıklarını kullanabilecek bilgi ve yöntem tez kapsamında KEAS'a sağlanmış olup, firma isterse bunu ticari olarak kullanma seçeneğine sahiptir.

Abstract:
Melamine-impregnated papers (MIP) contain about 40% of decor paper, while the remaining 52-53% of MIP are glues (MF and MUF, etc.) and other 7-8% are different chemicals (crosslinkers, hardeners, untidust and antiblocking agents) and moisture. Production of MIP is realized by two different stages. First, décor papers made from alpha cellulose are impregnated with melamine formaldehyde (MF) or melamine-urea formaldehyde (MUF) resin. Then, impregnated papers are being dried at a certain temperature and time. During this production, about 0.6% of MIPs are generated as a waste-MIP. The waste-MIP amount increase with considering that wastes which generated during coating of MIPs on the boards surface. Kastamonu Integrated Wood Industry (KEAS) uses 420.000.000 m2/year of MIP in its facilities and approximately 15.210.000 m2/year (2.737.800 kg) of waste-MIP is generated. In this thesis, it is aimed to investigate of the utilizing possibilities of the waste-MIP as an adhesive replacement in the manufacturing of particleboard. For that reason, it was aimed to determine the un-cured resin content of waste-MIP and most suitable parameters for utilizing of waste-MIP as adhesive in particleboard manufacturing, and providing of industrial usage possibilities.
In Thesis, the reactivity of the waste-MIPs which generated one from during the MIP production (MIP1) and another one from while coating the MIP on the board surface (MIP2) were compared. In addition, different studies for determination of optimum waste-MIP size and amount, determination of proper layer for utilization of waste-MIP (core or surface layers), determination of proper usage format of waste-MIP (only in powder, with the glued chip and in the prepared glue) and determination of optimum chip moisture while utilization of waste-MIP have been done. Two different sizes (fine and coarse) of the Turkish red pine (90%) and poplar wood (10%) particle mixtures were used. Three-layer chipboard was produced. As a result of the studies in the thesis, the most proper waste-MIP usage method and layer were decided and commercial particleboard (in the industrial-scale) was manufactured on the production line. Company authorities wanted to utilize waste-MIP in a controlled way on the production line. Therefore, while waste-MIPs were utilized in the manufacturing of commercial particleboard did not any changing with the production parameters. Prior to laying stage, waste-MIPs were mixed with core-layer glued chips with different rates (1%, 2% and max. 5%). Waste-MIPs were used extra (the dry matter content of the wood particles) to manufacturing parameters. Commercial particleboards were successfully manufactured in the production line. The mechanical and physical tests of the produced boards were performed and compared with the standard particleboard results which manufactured with the same production parameters, but without waste-MIP addition. Particleboards were successfully produced with MIP1 wastes, while MIP2 wastes failed as adhesive replacement during particleboard production. It was determined that particleboard properties were improved with waste-MIPs sizes get smaller and the amount increased. All the produced boards, with the usage of waste-MIP together with UF resin in the same or different layers, had a higher result from the minimum mechanical strength properties requirement in the standard. In addition, the particleboard groups which produced with 25% rate of waste-MIP and particles with different moisture content, were also satisfied the standard requirements for all mechanical properties. In general, the thickness swelling and water absorption of the produced boards were not satisfied standard requirements. Formaldehyde emission classes of the produced boards for the thesis were E2 and E3. The thesis has been successfully concluded and waste-MIP which generated 400-450 tons/year has been recycled. It has been stated by the company authorities that the cost (144-180 thousand TL/year) which previously paid for the disposal of waste-MIP has been disappeared and 180-250 tons/year of wood raw materials which used in the production of particleboard has been saved. The information and method about waste-MIP usage in substitution for resin were provided to KEAS Company with this thesis. In case of need, the company has the option of using it commercially.