Sülfat Reçinesinin (Tall Oil) Selüloz Asetat Esaslı Malzemelerde Doğal Plastikleştirici Olarak Kullanımı

Öz

Biyobazlı ve çevre dostu ürünlere yönelik artan farkındalık, malzeme biliminde bütüncül sürdürülebilir yaklaşımların önemini ön plana çıkarmaktadır. Bu çalışmanın amacı, katma değerli bir odun dışı orman ürünü olan sülfat reçinesinin (tall oil) selüloz asetattan (SA) üretilmiş film malzemelerde doğal bir plastikleştirici olarak kullanılabilirliğini incelemektir. Farklı sülfat reçinesi katkı oranları (kütlece %10, %15, %20) ile üretilen filmler, Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), mekanik analiz, termal gravimetrik analiz (TGA) ve renk analizi ile değerlendirilmiştir. FTIR bulguları, SA ve sülfat reçinesinin karakteristik fonksiyonel gruplarını doğrulamış ve sülfat reçinesi ve polimer matrisi arasındaki olası sinerjik etkileşimi vurgulamıştır. Yapıya kütlece %10 ve %15 sülfat reçinesi katkısıyla birlikte örneklerinin kopma uzama değerinin %11.46’dan %29.94’e kadar yükseldiği ve saf SA’ya göre yaklaşık iki kat arttığı gözlemlenmiştir. Termal analiz sonuçları, sülfat reçinesinin içerdiği yağ asitleri nedeniyle başlangıç bozunma sıcaklığını yaklaşık 20 °C düşürmesine rağmen, filmlerin nihai bozunma sıcaklığı üzerinde herhangi bir olumsuz etkisinin olmadığını göstermiştir. Katkı oranının artmasıyla örneklerin ΔE değerleri 10.05 ile 43,86 arasında belirgin bir şekilde artarak sarı bir renk almıştır, ancak %20’nin altındaki katkı oranlarında filmlerin hâlâ açık renk ve şeffaflığını koruduğu gözlemlenmiştir. Bu bulgular, sülfat reçinesinin çevre dostu ve sürdürülebilir bir plastikleştirici ajan olarak, endüstriyel uygulamalarda hem performans hem de çevresel fayda sağlayabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Selüloz asetat
• Odun dışı orman ürünleri
• Sülfat reçinesi
• Biyobazlı plastikleştirici

Utilization of Tall Oil as a Natural Plasticizer in Cellulose Acetate Based Materials

Öz

The growing popularity of bio-based and environmentally friendly products emphasises the importance of a holistic, sustainable approach to materials science. This study aims to investigate the feasibility of using tall oil, a valuable by-product of the forestry industry, as a natural plasticiser in cellulose acetate (SA) materials. Films produced with different tall oil additive ratios (wt. 10%, 15%, 20%) were evaluated using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), mechanical analysis, Thermal Gravimetric Analysis (TGA), and color analysis. FTIR findings confirmed the characteristic functional groups of SA and tall oil and highlighted the potential synergistic interaction between tall oil and the polymer matrix. It was observed that the elongation at break of the samples with 10% and 15% by weight tall oil addition to the structure increased from 11.46% to 29.94% (approximately two times compared to pure SA). Thermal analysis results showed that although the tall oil lowered the initial decomposition temperature by approximately 20°C due to the fatty acids it contains, the films had no adverse effect on the final decomposition temperature. As the additive ratio increased, the ΔE values of the samples increased significantly (from 10.05 to 43.86) and they turned yellow. However, it was observed that the films still retained their light colour and transparency at contribution ratios below 20%. These results demonstrate that, as an environmentally friendly and sustainable plasticising agent, tall oil can deliver performance and environmental benefits in industrial applications.

Anahtar Kelimeler

• Cellulose aceate
• Non-wood forest products
• Tall-oil
• Bio-based plasticizer

Kaynakça

1. Altıparmak D, Keskin A, Koca A, Gürü M (2007) Alternative fuel properties of tall oil fatty acid methyl ester–diesel fuel blends. Bioresource Technology, 98(2): 241–246. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.01.020
2. Angın N, Ertaş M (2021) Farklı çözücü türlerinin ekstraksiyon reçinesinin verimi ve kimyasal özellikleri üzerine etkisi. Turkish Journal of Forestry, 22(4): 439–443.
3. Anthonykutty JM, Linnekoski J, Harlin A, Lehtonen J (2015) Hydrotreating reactions of tall oils over commercial NiMo catalyst. Energy Science & Engineering, 3(4): 286–299. https://doi.org/10.1002/ese3.70
4. Aro T, Fatehi P (2017) Tall oil production from black liquor: challenges and opportunities. Separation and Purification Technology, 175: 469–480. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2016.10.027
5. ASTM D882 (2021) International Standard Test Method for Tensile Properties of Thin Plastic Sheeting. USA.
6. Churchill JG, Rath GK, Borugadda VB, Dalai AK (2025) Fractionation and catalytic upgradation of crude tall oil into sustainable transportation fuels via blending and co-refining. Sustainable Energy&Fuel, 9: 4989-5003. https://doi.org/10.1039/D5SE00561B
7. Coni E, Podesta E, Catone T (2004) Oxidizability of different vegetables oils evaluated by thermogravimetric analysis. Thermochimica Acta, 418(1-2): 11-15. https://doi.org/10.1016/j.tca.2003.11.038
8. Das AM, Ali AA, Hazarika MP (2014) Synthesis and characterization of cellulose acetate from rice husk: eco-friendly condition. Carbohydrate Polymers, 112: 342–349. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.06.006

9. Demirbas A (2008) Production of biodiesel from tall oil. Energy Sources, Part A, 30(20): 1896–1902. https://doi.org/10.1080/15567030701468050
10. Erişir E, Gümüşkaya E (2024) Acetylation of cellulose in ethyl acetate: characterization and thin film applications. Journal of Wood Chemistry and Technology, 44(4): 228-243. https://doi.org/10.1080/02773813.2024.2365142
11. Fordyce CR, Meyer IWA (1940) Plasticizers for cellulose acetate and cellulose acetate butyrate. Industrial & Engineering Chemistry, 32(8): 1053–1060.
12. Govorin AS, Konovalov NP, Gubanov ND (2021) Study in fatty acids of tall oils and their products of esterification by the method of IR spectrometry for analytical control of preparation of esters. Journal of Physics: Conference Series, 1942(1): 012018. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1942/1/012018.
13. Hedar M, Intisar A, Hussain T, Hussain N, Bilal M (2023) Challenges and issues in biopolymer applications. Handbook of Biopolymers, 1497–1511.
14. Heinze T, El Seoud OA, Koschella A (2018) Cellulose Esters. In Cellulose Derivatives: Synthesis, Structure, and Properties, pp:293–427, Springer.
15. Jacobsen S, Fritz HG (1999) Plasticizing polylactide—the effect of different plasticizers on the mechanical properties. Polymer Engineering & Science, 39(7): 1303–1310. https://doi.org/10.1002/pen.11517
16. Kılınç M, Tomar O, Çağlar A (2017) Biyobozunur gıda ambalaj malzemeleri. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(3): 988–996.
17. Kırcı H (2001) Selüloz türevleri ve kullanim yerleri. KSÜ Fen ve Mühendsilik Bilimleri Dergisi, 4: 119–130.
18. Lee SY, Hubbe MA, Saka S (2006) Prospects for biodiesel as a byproduct of wood pulping–a review. BioResources, 1(1): 150–171.
19. Mandal M, Bardhan P, Mandal M, Maji TK (2020) Study of UV stability, biodegradability and physical properties of rosin derivative cross-linked wood polymer composites. International Wood Products Journal, 11(1):2-11. https://doi.org/10.1080/20426445.2019.1706136
20. Maruddin F, Malaka R, Baba S, Amqam H, Taufik M, Sabil S (2020) Brightness, elongation and thickness of edible film with caseinate sodium using a type of plasticizer. In IOP Conference Series: Earth nad Environmental Science, 492 (1): 012043. https://doi.org/10.1088/1755-1315/492/1/012043
21. Papps G, Othmer DF (1944) Tall oil. Industrial & Engineering Chemistry, 36(5): 430–434.
22. Popescu CM, Larsson PT, Olaru N, Vasile C (2012) Spectroscopic study of acetylated kraft pulp fibers. Carbohydrate Polymers, 88(2): 530-536. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.12.046
23. Reda SY (2011) Evaluation of antioxidants stability by thermal analysis and its protective effect in heated edible vegetable oil. Food Science and Technology, 31: 475-480. https://doi.org/10.1590/S0101-20612011000200030
24. Shaghaleh H, Xu X, Wang S (2018) Current progress in production of biopolymeric materials based on cellulose, cellulose nanofibers, and cellulose derivatives. RSC Advances, 8(2): 825–842. https://doi.org/10.1039/C7RA11157F
25. Sivakumar M, Mohanasundaram AK, Mohan D, Balu K, Rangarajan R (1998) Modification of cellulose acetate: its characterization and application as an ultrafiltration membrane. Journal of Applied Polymer Science, 67(11): 1939–1946. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19980314)
26. Torun SB, Özdemir M, Peşman E, Çavdar AD (2023) Geri dönüştürülmüş polipropilen kompozitlerde bitkisel atık yağ ve atık gazete kağıdı liflerinin değerlendirilmesi. Duzce University Journal of Science and Technology, 11(2): 936-957.
27. Ünlü D (2020) Selüloz asetat/polivinilpirolidon blend membran ile biyoetanolün pervaporatif dehidrasyonu. Academic Perspective Procedia, 3(1): 354–361.
28. Vieira MGA, Da Silva MA, Dos Santos LO, Beppu MM (2011) Natural-based plasticizers and biopolymer films: a review. European Polymer Journal, 47(3): 254–263. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2010.12.011
29. Yaşar M, Çağlar L, Tez H, Karademir A (2024) Türkiye’de reçine üretimi ve sivil ormancılığın rolü. Ağaç ve Orman, 5(2): 79–91.