Chemical characterization of kermes oak (Quercus coccifera L.) hemicelluloses esterified with palmitoyl, stearoyl and oleoyl chloride

Abstract

Kermes oak (Quercus coccifera L.) grows especially in maquis areas and has a wide distribution in our country. Kermes oak offers high amount of biomass. Therefore, it might be an alternative raw material source for some industrial processes of wood products. In this study, the hemicelluloses isolated from wood of the kermes oak were esterified with palmitoyl, stearoyl and oleoyl chloride. After esterification, the products were characterized. The substitution degrees of ester products were determined between 0.63 and 0.94 and yield percentages between 45.20 and 57.53. The intensity values of FTIR spectral bands at 3410, 2922, 2854 and 1742 cm-1 from ester products revealed that the derivation of hemicelluloses occurred. Thermogravimetric analysis showed that ester products were more prone to thermal decomposition than natural hemicelluloses. The characteristic properties of obtained hemicellulose esters indicated that these esters might be appropriate for production of biodegradable and environmentally degradable plastics, resins and films.

Keywords

• FTIR,Kermes oak,Esterification of hemicelluloses,Degree of substitution,Percentage of yield,HPLC,TGA

Palmitoil, stearoil ve oleoil klorür ile esterlenmiş kermes meşesi (Quercus coccifera L.) hemiselülozlarının kimyasal karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada, Ülkemizde özellikle makilik alanlarda geniş yayılışa sahip, biyokütle bakımından yüksek miktarlar sunan ve alternatif hammadde kaynağı olarak değerlendirilebilecek kermes meşesi (Quercus coccifera L.) odunundan izole edilen hemiselülozlar palmitoil, stearoil ve oleoil klorür ile esterlenmiş, devamında elde edilen ürünler karakterize edilmiştir. Ester ürünlerin sübstitüsyon dereceleri 0.63 ile 0.94 ve yüzde verimleri 45.20 ile 57.53 aralığında belirlenmiştir. Hemiselüloz esterlerinin FTIR spektrumlarında yer alan 3410, 2922, 2854 ve 1742 cm-1'deki bandların absorbans değerleri türevlendirmenin gerçekleştiğini ortaya koymuştur. TGA analizleri hemiselüloz türevlerinin termal dayanıklılığının doğal hemiselülozlardan düşük olduğunu göstermiştir. Çalışmada elde edilen hemiselüloz esterlerinin karakteristik özellikleri onların biyolojik olarak ayrışabilecek ve doğaya karışabilecek plastik, reçine ve film üretiminde kullanılabileceklerini işaret etmektedir.

Keywords

• FTIR,Kermes meşesi,Hemiselülozların esterlenmesi,Sübstitüsyon derecesi,Yüzde verim,HPLC,TGA

References

1. Cooper, P., Balantinecz, J., 1999. Agricultural waste materials for composites: A Canadian reality. Centre for Management Technology Global Panel Based Conference, Nikko Hotel, 18–19 October, Kuala Lumpur.
2. Dill, I., Salnikow, J., Kraepelin, G., 1984. Hydroxyproline-rich protein material in wood and lignin of Fagus sylvatica. Applied and Environmental Microbiology, 48(6): 1259–1261.
3. Fang, J.M., Sun, R., Fowler, P., Tomkinson, J., Hill, C.A.S., 1999. Esterification of wheat straw hemicelluloses in the N,N-Dimethylformamide/Lithium chloride homogeneous system. Journal of Applied Polymer Science, 74: 2301–2311.
4. Kaya, B., Aladağ, C., 2009. Maki ve garig topluluklarının Türkiye'deki yayılış alanları ve ekolojik özelliklerinin incelenmesi. SÜ Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 22: 67–80.
5. Önal, E., 2007. Farklı biyokütlelerin ve bunların sentetik polimerlerle birlikte pirolizi, elde edilen ürün özelliklerinin belirlenmesi. Doktora Tezi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Eskişehir.
6. Öner, N., Aslan, S., 2002. Titrek kavak odununun teknoloji özellikleri ve kullanım yerleri. SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, 1: 135–146.
7. Regel, C.V., 1963. Türkiye’nin Flora Ve Vejetasyonuna Genel Bir Bakış. EÜ Monografiler Serisi N: 1, İzmir.
8. Sun, R.C., Tomkinson, J., Liu, J.C., Geng, Z.C., 1999a. Oleoylation of wheat straw hemicelluloses in new homogeneous system. Polymer Journal, 31(10): 857–863.

9. Sun, R.C., Fang, J.M., Tomkinson, J., Hill, C.A.S., 1999b. Esterification of hemicelluloses from poplar chips in homogenous solution of N,N- Dimethylformamide/Lithium chloride. Journal of Wood Chemistry and Technology, 19(4): 287–306.
10. Sun, R.C., Fang, J.M., Tomkinson, J., 2000a. Stearoylation of hemicelluloses from wheat straw. Polymer Degradation and Stability, 67: 345–353.
11. Sun, R.C., Fang, J.M., Tomkinson, J., 2000b. Characterization and esterification of hemicelluloses from rye straw. Journal Agricultural Food Chemistry, 48: 1247–1252.
12. Sun, R.C., Fang, J.M., Tomkinson, J., Liu, J.C., Geng, Z.C., 2001. Fractional isolation, physico-chemical characterization and homogeneous esterification of hemicelluloses from fast-growing poplar wood. Carbohydrate Polymers, 44, 29–39.
13. Sun, X.F., Sun, R.C., Sun, J.X., 2004. Oleoylation of sugarcane bagasse hemicelluloses using N-bromosuccinimide as a catalyst. Journal of The Science of Food and Agriculture, 84: 800–810. Tanrıverdi, H., 2011. Haşhaş Sapı (Papaver somniferum L.) Hemiselülozlarının N,N-Dimetilformamit/Lityum klorür homojen sisteminde esterifikasyonu. Doktora Tezi, SDÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
14. Wise, E.L., Karl, H.L., 1962. Celluloese and Hemicellulose in Pulp and Paper Science and Technology. Libby, C.E. (Ed.), Vol:1, Mc Graw Hill Book Co., New York.
15. Xu, F., Jiang, J.X., Sun, R.C., She, D., Peng, B., Sun, J.X., Kennedy, J.F., 2008. Rapid esterification of wheat straw hemicelluloses induced by microwave irradiation. Carbohydrate Polymers, 73(4): 612–620.
16. Yaşar, S., Güller, B., Baydar, H., 2010. Susam (Sesamum indicum L.), pamuk (Gossypium hirsitum L.) ve haşhaş (Papaver somniferum L.) saplarında karbonhidrat, lignin miktarları ve bazı lif özellikleri üzerine araştırmalar. SDÜ Orman Fakültesi Dergisi, 1: 56–66.