Sahil Çamı Kabuk Taneni Bazlı Biyotutkal Üretimi ve Karakterizasyonu

Year 2025, Volume: 21 Issue: 1, 442 - 453, 30.06.2025

Özkan Cirrik , Oktay Gönültaş

https://doi.org/10.58816/duzceod.1636745

Abstract

Bu çalışmada biyobazlı ahşap tutkalı geliştirilmesi için sahil çamı kabuklarından tanen ekstrakte edilmesini ve formaldehit içermeyen ahşap panel levha üretiminde kullanılacak biyotutkal hazırlanmış ve karakterize edilmiştir. Tanenler, fenolik yapıya sahip doğal biyopolimerler olup, biyotutkal üretimi için önemli reaktiflerdir. Kabuklar öğütülerek çeşitli ekstraksiyon çözeltileri (sıcak su, üre, sodyum sülfit + sodyum karbonat) ile işlem görmüş ve ekstrakte edilen tanen verimi ve stiasny sayısı değerleri belirlenmiştir. Ekstraksiyon işlemi pilot ölçekli ekstraksiyon reaktöründe gerçekleştirilmiştir. En yüksek tanen verimi, %18,52 oranıyla sodyum sülfit + sodyum karbonat içeren çözeltide elde edilmiştir. Elde edilen tanen çözeltileri, %5 hekzametilen tetramin (HMTA) sertleştirici olarak kullanılarak formaldehit içermeyen biyotutkal formülasyonları oluşturulmuş ve bu tutkalların fizikokimyasal özellikleri (katı madde miktarı, jelleşme süresi, pH, viskozite, yoğunluk, yüzey gerilimi) belirlenmiştir. Biyotutkalların yapışma performansı lap shear testi ile değerlendirilmiş ve ticari üre-formaldehit tutkalına yakın mukavemet değerleri elde edilmiştir. Özellikle sülfit ve üre bazlı ekstraktlardan üretilen biyotutkallarda viskozite ve jel süresi açısından kullanılabilir sonuçlar elde edilmiştir. Bu sonuçlar, atık orman ürünlerinin yüksek katma değerli biyotutkallar üretmek için kullanılabileceğini ve çevre dostu alternatifler geliştirilerek formaldehit içeren petrol bazlı sentetik tutkallara sürdürülebilir bir alternatif oluşturulabileceğini göstermektedir.

Keywords

Tanen , Biyotutkal , Sahil çamı , Kabuk

Supporting Institution

TÜBİTAK 2244 Sanayi Doktora Programı tarafından 118C102 numaralı proje ve Bursa Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğünün 230D004 numaralı doktora tez projesi

Project Number

118C102, 230D004

Thanks

Bu çalışma TÜBİTAK 2244 Sanayi Doktora Programı tarafından 118C102 numaralı proje ve Bursa Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğünün 230D004 numaralı doktora tez projesi ile desteklenmiştir.

Production and Characterization of Bioadhesives from Maritime Pine Bark Tannins

Abstract

In this study, tannins were extracted from maritime pine bark to develop a bio-based wood adhesive. A formaldehyde-free bioadhesive was formulated, characterized, and evaluated for its potential use in wood panel board production. Tannins, natural biopolymers with a phenolic structure, are key biocompound in bioadhesive production. The bark was ground and treated with various extraction solutions, including hot water, urea, and a combination of sodium sulfite and sodium carbonate. The extracted tannin yield and stiasny number were determined, with the highest tannin yield (18.52%) obtained using the Na2SO3-Na2CO3 solution. The extraction process was conducted in a pilot-scale extraction reactor. The extracted tannin solutions were then formulated into formaldehyde-free bioadhesives by incorporating 5% hexamethylene tetramine (HMTA) as a hardener. The properties of these adhesives including solid content, gelation time, pH, viscosity, density, and surface tension were analyzed. Adhesion performance was assessed through lap shear tests, revealing strength values comparable to commercial urea formaldehyde adhesives. Notably, bioadhesives derived from sulfite- and urea-based extracts demonstrated usable results in terms of viscosity and gelation time. These findings indicate that waste forest products can be transformed into high value bioadhesives, providing a sustainable alternative to petroleum based adhesives containing formaldehyde. By developing environmentally friendly adhesive formulations, this study contributes to the advancement of sustainable materials in the wood industry.

Keywords

Tannin , Bioadhesive , Maritime Pine , Bark

Project Number

118C102, 230D004

References

• Ayla, C., Parameswaran, N. (1980). Macro and Microtechnological Studies on Beechwood Panels Bonded with *Pinus brutia* Bark Tannin. *Holz Als Roh- Und Werkstoff*, (38), 449-459.
• Fengel, D., Wegener, G. (1984). *Wood Chemistry, Ultrastructure, Reaction*. Walter de Gruyter, Berlin New York, 3-11-008481-3.
• Frihart, C. (2000). *Biobased adhesives and non-convential bonding*. Forest Products Laboratory, Madison, WI 53726, USA.
• Gönültaş, O. (2013). “Doğu Ladini (*Picea orientalis*) ve Meşe (*Quercus spp.*) Kabukları Taneninin Biotutkal Üretiminde Kullanılması”. Doktora Tezi, İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
• Gönültaş, O. (2018). Properties of pine bark tannin-based adhesive produced with various hardeners. *BioResources*, 13(4), 9066-9078.
• Gönültaş, O., Uçar, M. B. (2018). Doğu ladini ve meşe kabuklarından tanen ekstraksiyon aşamasının optimize edilmesi. *Turkish Journal of Forestry*, 19(3), 323-329.
• Gönültaş, O., Uçar, M. (2019). Doğu ladini ve meşe kabuk taneninin biyotutkal üretiminde kullanılması. *Turkish Journal of Forestry*, 20(4), 458-465.
• Gürgen, A., Atilgan, B., Yildiz, S., Gönültaş, O., İmamoğlu, S. (2022). Combining artificial neural network and moth-flame optimization algorithm for optimization of ultrasound-assisted and microwave-assisted extraction parameters: Bark of *Pinus brutia*. *Maderas Ciencia y tecnología*, 24.
• Mozdyniewicz, D. J., Herchl, R., Böhmdorfer, S., Potthast, (2017) A. Composition of Pulp Mill Bark Waste, *Lenzinger Berichte*, 93, 01 – 07.
• Özertan G. ve Çoşkun A. (2021). *Masif Ahşap Sektöri Raporu*. Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul, Türkiye.
• Pizzi, A. (1983). *Wood adhesives chemistry and technolog*. Marcel Dekker: New York, vol. 1, 0-8247- 1579-9.
• Pizzi, A. (1994). *Advanced Wood Adhesives Technology*, Marcel Dekker Inc., New York, 978-0824-7926-64.
• Pizzi, A., Stephanou, A. (1994). Fast vs. slow-reacting non-modified tannin extracts for exterior particleboard adhesives. *Holz Als Roh- Und Werkstoff*, 52, 218-222.
• Pizzi, A., Mittal, K. L. (2003). Natural Phenolic Adhesives I:Tannin. *Handbook of adhesive technology*. Taylor & Francis Group.
• Sarıalan, N. (2018). “Değişik ekstraksiyon yöntemlerinin sahil çamı kabuk taneni verimi ve kimyasal bileşimi üzerine etkisi”. Yüksek Lisans Tezi, BTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa.
• Sealy-Fisher, V. J., Pizzi, A. (1992). Increased pine tannins extraction and wood adhesives development by phlobaphenes minimization. *European Journal of Wood and Wood Products*. 50(5), 212-220.
• Sepperer, T., Hernandez-Ramos, F., Labidi, J., Oostingh, G. J., Bogner, B., Petutschnigg, A., Tondi, G. (2019). Purification of industrial tannin extract through simple solid-liquid extractions. *Industrial Crops and Products*, 139, 111502.
• Yazaki, Y., Hillis, W.E. (1977). Polyphenolic extractives of *Pinus radiata* bark. *Holzforschung*, 31 (1), 20-25.