Genel olarak, kağıt hamuru ve kağıt yapım endüstrisinin ana hammaddeleri, ağaç, odun dışı ve bitki dışı (esas olarak atık kağıt) olmak üzere üç kategoride sınıflandırılabilir. Ancak orman kaynakları kıttır ve günden güne azalmaktadır. Günümüzde dünya toplam kağıt hamuru tüketiminde odun hamuru, atık kağıt hamuru ve odun dışı kağıt hamuru oranları sırasıyla %63, 34 ve %3’tür.
Odun dışı lif kaynaklarının, özellikle de otlar, tahıl samanları, mısır sapları, bambu ve küspenin etkin kullanımı, kağıt yapım hammaddelerinin optimize edilmesinde önemli bir rol oynayacaktır. Diğer yandan, keten, kenevir, jüt, kenaf, pamuk, sisal ve abaka gibi yumuşak ağaç malzemeler kadar iyi veya onlardan çok daha iyi özelliklere sahip ağaç dışı lifler vardır.
Hamurlaştırma özelliği, hamurlaştırma işleminde mevcut olan özellikleri, lif özelliklerini ve hamurlaştırmanın zorluk derecesini ifade eder. Lif malzemesinin performansı bazı faktörlerle tahmin edilebilir durumdadır. Bu faktörler şu şekildedir;
• Lif içeriklerinin ve biçimlerinin hamurlaştırmada ekonomik olarak uygun olup olmadığı;
• Hamurlaştırma işleminde delignifikasyon derecesi ve lif ayrışması ile ilgili zorluk
• Hamurlaştırma yöntemlerinin uyarlanabilirliği ve stok hazırlamanın kolaylıkları
• Kağıt hamurunun rengi, ağartma zorluğu derecesi, boşaltılabilirliği ve dayak performansı.
Odun dışı elyaf malzemeler, kağıt hamuru ve kağıt yapım hammaddesi olarak bazı avantajlara sahiptir. Bu avantajlar;
• Hızlı yıllık büyüyen lif kaynağıdır ve odundan daha az lignin içeriğine sahiptir,
• Udun dışı hamur, daha düşük kimyasal dozajı ile düşük sıcaklıklarda üretilebilir,
• Daha küçük bir fabrika, basitleştirilmiş bir süreç vererek, imalat süreçlerinde uygulanabilir olabilir,
• Odun hamuru olmayan liflerin dövülmesinin uygulanması kolaydır,
• Tarımsal bakış açısından, odun dışı lifli malzemelerin hamur haline getirilmesi, gıda mahsullerinden ek ekonomik faydalar sağlayabilir.
Büyük Lifli Malzemeler
Büyük lifli malzemelerin delignifikasyon süreci ayrıca üç aşamaya ayrılabilir. Bu aşamlar;
• Lignin gidermenin ana aşaması,
• Lignin gidermenin tamamlayıcı aşaması
• Ve artık lignin giderme aşaması
Ağaç lifi ile karşılaştırıldığında, delignifikasyon işlemi, gramlı saman malzemeleri ile farklıdır. Alkali hamurlaştırma işleminde, gramlı saman malzemelerinin ligninini, yumuşak ağaç malzemelerinden daha kolay çözünür. Başlıca nedenler şunlardır:
• Bu tür liflerin lifli yapısı gevşek, lignin içeriği düşük ve hemiselüloz içeriği yüksektir.
• Graminli saman lifinin hızlı pişirme süreci aynı zamanda ligninin yapısıyla da yakından ilgilidir. Alkali ortamda kolayca iyonize olabilen yüksek oranda fenolik hidroksil ve asit grupları içeren gramlı saman lignini liyofiliktir ve kolayca çözünür.
• Ayrıca, bu lignin, ligninin neden kolayca uzaklaştırılabileceğini açıklayabilen düşük moleküler ağırlık ve yüksek dağılım özelliklerine sahiptir.
• Küçük bir moleküler ağırlığa ve düşük polimerizasyon derecesine sahip, gramlı saman malzemesindeki hemiselüloz, ana bileşeni alkali çözünür ksilan olan, pişirme işlemi sırasında 100°C’ye yükselen sıcaklıkla kolayca parçalanır ve çözülür, buna lignin-karbonhidrat kompleksi (LCC) içeriğinin azalması eşlik eder. Hemiselülozun çözünmesi aynı zamanda pişirme sıvısının penetrasyonu ve ligninin sindirimi için kanalı açabilir, böylece ligninin hücre duvarından çıkarılmasını teşvik edebilir.
Ayrıca çimen ve odun ayrımının sebepleri sadece çimenin biyolojik bileşimi değil, aynı zamanda otu oluşturan hücre tipleridir.
• Fiber hücre: Toplam hücre kütlesinin %40-60’ını oluşturan lif hücresi, lif uzunluğu 1,0–2,0 mm (bambu hariç) ve çapı genellikle 10-20 µm olan, gramlı liflerin en önde gelen hücresidir.
• Parankimal hücre: Parankima hücresi, hammaddede bulunan, şekli ve boyutu değişken olan bir diğer ana hücre türüdür. Hücre duvarı ince ve hücre boşluğu büyüktür ve su emilimi fiber hücrelere göre 15 kat daha fazladır, bu da pişirme işleminde sıvı oranını artıracaktır. Ayrıca, parankim hücresinin uzunluğu küçüktür, bu da kağıdın sağlamlığını ve stabilitesini etkiler Bu nedenle, parankim hücrelerinin içeriği ne kadar yüksek olursa, hamurlaştırma değeri o kadar düşük olur.
• Gemi: Kap, birçok kap elemanından oluşan, bitki tarafından besin ve suyun taşınması için ana kanaldır. Pişirme işleminde, kap, pişirme sıvısının nüfuz etmesi için ana yoldur. Sıvı kimyasallar önce malzemenin bir tarafından kaba, ardından çukurlardan diğer hücreye girer. Özellikle, sıradan saman hamurundan farklı olarak, bambunun kap elemanları genellikle nispeten büyüktür.
• Epidermis hücresi: Epidermal hücre tipleri uzun hücreli ve kısa hücrelidir. Uzun hücrenin işlevi, hücreler arasındaki bağlanma gücünü artırmaktır; dahası, kısa hücreli silikon hücre, silikanın ana kaynağıdır. Alkali hamurlaştırma işlemi sırasında, silika hücreleri, atık likördeki sodyum silikat içeriğini artırabilen, siyah likörün viskozitesini artırabilen ve alkali geri kazanım işleminde “Silikon Girişimi” tehlikesini artırabilen alkali ile çözülür. Asitle hamurlaştırma yöntemi benimsendiğinde, kağıt hamurunda kağıt hastalığına neden olabilecek epidermal hücre bulunur.
• Sklereid: Destekleyici etkiye sahip bir sklerenkima hücresi olan sklereid, kalın ve odunsu sekonder duvarlar ve ortak tek bir çukur ile karakterizedir. Ayrıca, Sclereid lifli olmayan hücrelere aittir ve esas olarak korteks ve özde, özellikle bambu lifinde bulunur.
Bast Elyaf Malzemeleri
Floemde güçlü bir mekanik doku olan bast lifi, esas olarak kenevir ve ağaç kabuğundan oluşan bir tür mükemmel lif malzemesidir. Bast malzemeleri, kenevir, keten, jüt, kenaf ve benzeri gibi ince ve uzun lifleriyle karakterize edilir. Kenaf sak lifi, kağıt hamuru için yararlı olan uzun uzunluk, büyük uzunluk-genişlik oranı ve daha düşük enerji tüketimi ve kimyasal dozajları gibi avantajlara sahiptir. Bununla birlikte, geniş et kalınlığı lümen oranı (1.73) özelliği, hamurlaştırma ve çırpma üzerinde olumsuz etkiler yaratabilir.
20 mm’lik ortalama uzunluk, keten lifinin önemli ölçüde uzun olduğunu gösterebilir ve en uzun lifin uzunluğu 47 mm’ye kadardır. Ek olarak, keten lifi ile ilgili olarak, dış duvar pürüzsüzdür, hücre boşluğu küçüktür, her iki uç da kademeli olarak sivri uçludur, tüp duvarında son derece az çukur vardır ve enine düğüm açıktır. Ayrıca keten lifinin, daha yüksek selüloz içeriği ve daha düşük lignin içeriği gibi avantajlara sahip olduğu görülebilir. Bu, sonuçta, kimyasal hamurlaştırma işleminde kimyasal dozajın düşük olduğu, hamurlaştırma işleminin hafif olduğu, hamur veriminin olduğu sonuçlara yol açacaktır. yüksektir ve gücü iyidir.
Kenevir lifi, keten lifine benzer, ancak boyu kısalır. Kenevir lifinin özellikleri, enine düğümlerin, kalın lifli hücre duvarının ve pürüzsüz yüzeyin varlığıdır. Tersine, kenevir lifi uzundur ve odunlaşma derecesi keten lifinden daha yüksektir. Bunun yanında kenevir lifinin de hamurlaştırma için mükemmel bir hammadde olduğu açıktır. Jüt lifi, pürüzsüz ve parlak yüzeyi ve düzensiz hücre duvarı kalınlığı ile karakterize edilir. Yüksek odunsu derecesi ve lignin içeriği nedeniyle, hamurlaştırma özellikleri kenevir ve ketenden daha düşüktür.
Tohum Kabuğu Elyaf Malzemeleri
Her türlü doğal elyafta, pamuk elyafı, mükemmel esneklik, iyi esneklik, yüksek mukavemet ve seyreltik asitlere ve seyreltik alkalilere karşı güçlü direnç özellikleriyle en yüksek selüloz içeriğine sahiptir. Başka bir deyişle, bu tür malzemeler, kağıt hamuru ve kağıt yapımı için mükemmel bir elyaftır.
Yaprak Lifi Malzemeler
Zengin holoselüloz içeriği (toplam selüloz ve hemiselüloz içeriği) ve zayıf lignin içeriği ile yaprak lifi malzemelerinin kimyasal hamurlaştırma işlemi, orta pişirme koşulları, düşük kimyasal tüketim ve yüksek hamur verimi gibi güçlü yönlere sahiptir.
Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/339097245_Non-wood_fibers_as_raw_material_for_pulp_and_paper_industry
https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/npprj-2019-0064/html
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu