Lignin içeren selüloz mikro/nanofibrilleri (lignin-containing cellulose micro/nanofibrils, LCMNF), bu çalışmada ağartılmamış kâğıt tüp üretim artıklarından elde edilen ve formaldehit içermeyen sodyum silikat yapıştırıcıyı güçlendirmek için kullanılan fibriler lignoselülozik bir takviye malzemesidir. Araştırmacılar kâğıt tüp artıklarını alkali ön işlem ve mekanik fibrilasyonla LCMNF'ye dönüştürmüş, PEG 400 ile dispersiyonu desteklemiş ve fibrilleri ticari sodyum silikat yapıştırıcıya %0,5, %1,0, %1,5 ve %2,0 oranlarında katmıştır. Formülasyonlar FTIR, optik mikroskopi, rotasyonel ve osilasyonlu reoloji, tek bindirmeli kayma testi ve kırılma yüzeyi analiziyle değerlendirilmiştir.

LCMNF miktarı arttıkça yapıştırıcının viskozitesi, akma gerilmesi, depolama modülü ve deformasyona karşı yapısal direnci artmıştır. Bununla birlikte bütün formülasyonlar kayma hızı yükseldiğinde viskozitenin azalmasıyla karakterize edilen kayma incelmesi davranışını korumuştur. Bu özellik, yapıştırıcının düşük mekanik gerilmede yapısal olarak kararlı kalırken pompalama, karıştırma veya yayma gibi yüksek kaymalı işlemlerde akabilmesine olanak sağlayabilecek bir reolojik dengeyi temsil etmektedir.

Mekanik sonuçlar konsantrasyona güçlü biçimde bağlıdır. %0,5 LCMNF kopma birim uzamasını yaklaşık %40 artırmış, %1,0 LCMNF ise kayma modülünü yaklaşık %41 yükseltmiştir. Her iki konsantrasyon da saf sodyum silikat yapıştırıcıya göre kırılmaya kadar absorbe edilen enerjiyi artırırken kayma dayanımını korumuştur. Buna karşılık %1,5 ve %2,0 LCMNF'de fibril agregasyonu ve mikroyapısal heterojenlik artmış, kayma dayanımı düşmüştür.

İncelenen koşullarda %1,0 LCMNF; reolojik yapı, rijitlik, kayma dayanımı, deformasyon kapasitesi, enerji absorpsiyonu ve kırılma morfolojisi birlikte değerlendirildiğinde en dengeli formülasyon olarak belirlenmiştir. Ancak mekanik deneyler nihai kâğıt tüp ürününde değil Pinus sp. ahşap tek-bindirmeli eklemlerde yapılmıştır. Bu nedenle çalışma %1,0 LCMNF formülasyonunun kâğıt tüp üretiminde umut verici olduğunu göstermektedir; nihai ürün performansını henüz doğrulamamaktadır.

LCMNF Nedir ve Sodyum Silikat Yapıştırıcıda Neden Kullanılır?

LCMNF, selüloz liflerinin mikro ve nano ölçekli fibrillere ayrıldığı ancak hammaddedeki ligninin bir bölümünün korunduğu lignoselülozik bir fibril sistemidir; bu çalışmada kâğıt tüp üretim artıklarından elde edilen LCMNF, kırılgan sodyum silikat matrisinde fiziksel fibril ağı, gerilme aktarımı, çatlak sapması ve fibril köprülemesi sağlayabilecek bir takviye olarak kullanılmıştır.

Sodyum silikat yapıştırıcının avantajı ve sınırlılığı

Sodyum silikat yapıştırıcılar düşük maliyetleri, kâğıt esaslı ürünlerle uzun kullanım geçmişleri, kimyasal dayanımları ve formaldehit içermemeleri nedeniyle endüstriyel açıdan önemlidir. Buna karşılık inorganik silikat ağının sertliği, kürlenmiş yapıştırıcıda kırılganlık, sınırlı deformasyon kapasitesi ve kırılmadan önce düşük enerji absorpsiyonu oluşturabilir.

Bu nedenle çalışmanın hedefi yapıştırıcıyı yalnız daha “güçlü” yapmak değildir. İstenen yapı; uygulama sırasında yeterli akışkanlığı koruyan, uygulamadan sonra ise katmanın aşırı akmasını sınırlayan ve kırılma sırasında daha fazla enerji tüketebilen bir kompozit yapıştırıcı geliştirmektir.

Döngüsel ekonomi bağlantısı

LCMNF hammaddesi yeni üretilmiş saf selüloz değildir. Çalışma, kâğıt tüp üretiminden kalan ağartılmamış artıkların yeniden işlenmesini araştırmaktadır. Bu artıkların klasik geri dönüşüm döngülerinden sonra işlevsel bir mikro/nanofibril takviyesine dönüştürülmesi, aynı üretim zincirine yeniden kazandırılabilecek daha yüksek katma değerli bir kullanım yolu oluşturabilir.

Ligninin tamamen uzaklaştırılmaması da önemlidir. Kaynak, ligninin korunmasının kapsamlı ağartma süreçlerine göre işlem karmaşıklığını, kimyasal tüketimini, enerji gereksinimini ve atık oluşumunu azaltma potansiyeline sahip olduğunu tartışmaktadır.

LCMNF nasıl hazırlandı?

Ticari sodyum silikat yapıştırıcının bileşimi

Kaynakta kullanılan ticari SS yapıştırıcının katı içeriği %55 olarak verilmiştir. Ürün %8,0–8,5 Na₂O ve %25,4–26,7 SiO₂ içermekte, özgül yoğunluğu 1,36–1,38 g·cm⁻³ aralığında bulunmaktadır.

SEM ve EDS ne gösterdi?

PEG 400 ile işlem görmüş LCMNF'nin FE-SEM görüntüleri hem mikro hem nano ölçekli fibriller içeren heterojen fakat büyük ölçüde fibrillenmiş bir ağ göstermiştir. Yüz ayrı fibrilin ölçümünden elde edilen ortalama nanofibril çapı 59,53 ± 14,53 nm'dir.

EDS haritalaması, fibriler yapı boyunca silisyumca zengin küçük bölgeler bulunduğunu göstermiştir. Silisyum, özgün kâğıt tüp üretiminde kullanılan sodyum silikat yapıştırıcı kalıntısıyla ilişkilendirilmiştir. Bu sonuç, NaOH işleminin artık yapıştırıcının tamamını değil bir bölümünü uzaklaştırdığına işaret etmektedir.

Kaynağın yorumuna göre PEG 400, fibril yüzeyindeki etkileşimler ve sterik engelleme aracılığıyla yeniden agregasyonu azaltmaya katkıda bulunmuştur. Ancak yüksek LCMNF konsantrasyonunda bu dispersiyon desteği fibril–fibril etkileşimlerini tamamen engelleyememiştir.

FTIR spektrumları neyi gösterdi?

FTIR analizi 4000–500 cm⁻¹ aralığında, 4 cm⁻¹ spektral çözünürlükte ve 64 taramayla gerçekleştirilmiştir. Yaklaşık 3260 cm⁻¹'deki geniş bant silanol ve diğer hidroksil gruplarının O–H gerilme titreşimleriyle ilişkilendirilmiştir. LCMNF içeren sistemlerde selüloz, lignin ve PEG'nin hidroksil grupları da bu bölgeye katkıda bulunmaktadır.

2925 ve 2855 cm⁻¹ bantları alifatik C–H gerilmeleriyle; 1744 cm⁻¹ bandı artık hemiselüloz yapılarındaki konjuge olmayan karbonil gruplarıyla; 1645 cm⁻¹ bölgesi O–H deformasyon titreşimleriyle ilişkilendirilmiştir.

Yaklaşık 1100 ve 955 cm⁻¹ bölgelerinde silikat ağından gelen Si–O–Si, Si–O ve Si–OH titreşimleri baskındır. LCMNF eklenmesinden sonra bu bölgelerdeki profil değişimleri organik LCMNF/PEG bileşenleri ile silikat matrisindeki yerel titreşim ortamının değişmesiyle ilişkilendirilmiştir. Kaynak bu spektral değişiklikleri yeni bir kovalent reaksiyonun doğrudan kanıtı olarak sunmamaktadır.

Optik mikroskopi neden kritik?

Saf SS yapıştırıcı yarı saydam bir yapı içinde koyu ve düzensiz alanlar göstermiştir. LCMNF ilavesi yapıştırıcının rengini lignin kaynaklı kromoforlarla uyumlu biçimde giderek kahverengiye kaydırmıştır.

Daha önemlisi, LCMNF agregalarının sayısı ve boyutu konsantrasyon yükseldikçe artmıştır. Özellikle %1,5 ve %2,0 formülasyonlarda lokal fibril kümelenmeleri belirgin hâle gelmiştir. Bu morfolojik değişim, daha sonra mekanik testlerde görülen kayma dayanımı kaybıyla uyumludur.

LCMNF Oranı Arttıkça Yapıştırıcının Reolojisi Nasıl Değişiyor?

LCMNF miktarı arttıkça sodyum silikat yapıştırıcının düşük kayma koşullarındaki viskozitesi, akma gerilmesi ve elastik yapısal direnci güçlü biçimde artmış; buna karşılık bütün formülasyonlar artan kayma hızında viskozitenin düşmesiyle karakterize edilen shear-thinning davranışını korumuştur.

Herschel–Bulkley modeli

Rotasyonel deneylerde akış davranışı Herschel–Bulkley denklemiyle modellenmiştir:

\[ \tau=\kappa\gamma^{\eta}+\tau_0 \tag{1} \]

Burada \(\tau\) kayma gerilmesini (Pa), \(\tau_0\) akma gerilmesini (Pa), \(\gamma\) kayma hızını (s⁻¹), \(\kappa\) tutarlılık indeksini (Pa·sⁿ) ve \(\eta\) boyutsuz akış davranışı indeksini temsil eder. Kaynakta \(\eta\) sembolü burada viskozite değil akış davranışı indeksidir.

\(\eta<1\) olması, kayma hızı yükseldikçe görünür viskozitenin azalması anlamına gelen psödoplastik/kayma incelmesi davranışını ifade eder.

Akma gerilmesinin 0,03 Pa'dan 15,95 Pa'ya çıkması, LCMNF arttıkça akışı başlatmak için daha yüksek gerilme gerektiğini gösterir. Aynı anda akış indeksinin 0,85'ten 0,44'e düşmesi, fibrilce daha zengin yapıştırıcıların daha güçlü shear-thinning davranışı geliştirdiğini gösterir.

Kayma altında fibril ağı neden zayıflıyor?

Düşük kayma hızlarında fibriller arasındaki fiziksel temaslar ve dolaşıklıklar yapıştırıcı içinde üç boyutlu bir yapı oluşturarak akış direncini artırmaktadır. Kayma hızı yükseldiğinde fibriller akış doğrultusuna hizalanabilir ve fibril–fibril temaslarının bir bölümü bozulabilir. Bunun sonucu olarak yapıştırıcı yüksek kesme altında daha kolay akar.

Kaynakta SS/%0,5 LCMNF yaklaşık 29,77 s⁻¹'de 0,24 Pa·s viskoziteye ulaşırken SS/%1,0 LCMNF aynı düzeye yakın 0,23 Pa·s viskoziteye ancak yaklaşık 168,79 s⁻¹'de ulaşmıştır. %1,5 ve %2,0 formülasyonlar incelenen kayma hızı aralığında saf SS eğrisiyle bu biçimde kesişmemiştir.

Akışı sağlamak için gereken mekanik enerji

Paralel plaka geometrisindeki açısal hız, kaynakta:

\[ \gamma=\frac{R\omega}{h} \qquad\Rightarrow\qquad \omega=\frac{\gamma h}{R} \tag{2} \]

ilişkisiyle hesaplanmıştır. Dönme gücü:

\[ P=M\omega \tag{3} \]

ve kısa bir ölçüm aralığında enerji:

\[ E=P\Delta t \tag{4} \]

olarak tanımlanmıştır. Böylece i'nci ölçüm noktasındaki mekanik enerji:

\[ E_i=M_i\left(\frac{\gamma_i h}{R}\right)\Delta t \tag{6} \]

olarak hesaplanmıştır. \(M_i\) tork, \(h\) plaka aralığı, \(R\) plaka yarıçapı ve \(\Delta t\) ölçüm zaman aralığıdır.

SS/%0,5 LCMNF 0,24 Pa·s viskoziteye 8,53 mJ enerji girdisinde ulaşırken SS/%1,0 LCMNF yaklaşık aynı 0,23 Pa·s viskozite için 308,13 mJ gerektirmiştir. Kaynak bu farkı yaklaşık 36,12 kat olarak vermektedir. Sonuç, benzer görünür viskozitenin iki formülasyonda aynı iç yapısal direnci ifade etmediğini göstermektedir.

Sıcaklık davranışı

Sıcaklık testi 20–80 °C arasında, 2 °C·min⁻¹ ısıtma hızında ve 100 s⁻¹ sabit kayma hızında yapılmıştır. Saf SS yapıştırıcının viskozitesi önce düşmüş ve 30 °C'de minimum 0,154 Pa·s değerine ulaşmıştır. Daha yüksek sıcaklıklarda ise su kaybı ve silikat ağındaki termal yeniden düzenlenme/yoğunlaşmayla uyumlu biçimde yeniden artmıştır.

LCMNF içeren formülasyonlar bütün ısıtma döngüsü boyunca saf SS'den daha yüksek viskozite göstermiştir. En yüksek konsantrasyonlu SS/%2,0 LCMNF yaklaşık 64 °C üzerinde 10,581 Pa·s'ye ulaşmış ve 80 °C'de 50 Pa·s'nin üzerine çıkmıştır.

Osilasyonlu reoloji: elastik ağın oluşumu

Genlik taramasında düşük deformasyonlarda bütün formülasyonlarda depolama modülü \(G'\), kayıp modülünden \(G''\) büyük bulunmuştur. LCMNF arttıkça \(G'\) yükselmiş ve yapının elastik enerji depolama kapasitesi artmıştır.

Doğrusal viskoelastik bölgenin (LVER) sınırı, \(G'\)'nin başlangıç değerinden %5 azaldığı deformasyon olarak tanımlanmıştır. LCMNF konsantrasyonu arttıkça bu sınır küçülmüştür: fibril ağı daha rijit hâle gelirken elastik sınır aşıldığında yapısal bozulmaya daha duyarlı olmuştur.

%1,5'e kadar olan formülasyonlarda incelenen deformasyon aralığında \(G'\), \(G''\)'den büyük kalmış ve bir akış noktası oluşmamıştır. SS/%2,0 LCMNF'de ise \(G'=G''\) kesişimi **34,44 Pa** kayma gerilmesinde oluşmuştur.

Kayıp faktörü ve kompleks viskozite

Kayıp faktörü:

\[ \tan\delta=\frac{G''}{G'} \tag{7} \]

olarak hesaplanır. \(\tan\delta>1\) viskoz davranışın, \(\tan\delta<1\) ise elastik davranışın baskın olduğunu gösterir.

Saf SS yapıştırıcı düşük frekansta 10³'ü aşan yüksek \(\tan\delta\) değerleri gösterirken yalnız %0,5 LCMNF eklenmesiyle bile \(\tan\delta\) bütün ölçülen frekans aralığında 1'in altında kalmıştır. Yüksek LCMNF formülasyonlarında değerler genel olarak 0,03–0,3 aralığında dengelenmiştir.

Kompleks viskozite:

\[ \eta^{*}= \frac{\sqrt{G'^2+G''^2}}{\omega} \tag{8} \]

olarak hesaplanmıştır. LCMNF içeren formülasyonlar özellikle düşük frekansta saf SS'den birkaç mertebe daha yüksek kompleks viskozite göstermiştir. Bu bulgu, fibrillerin uzun zaman ölçeklerinde yapısal gevşemeyi sınırlandıran bağlantılı bir ağ oluşturduğuyla uyumludur.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Reoloji deney düzeni

Reolojik ölçümler Anton Paar MCR 301 reometrede, 25 mm çaplı paralel plaka geometrisi ve 1 mm sabit plaka aralığıyla yapılmıştır.

Kararlı kayma ölçümleri 20 °C'de 0,01–1000 s⁻¹ kayma hızı aralığında gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık deneyi 20–80 °C arasında ve 100 s⁻¹ sabit kayma hızında yapılmıştır.

Genlik taraması 0,1 Hz'de ve %0,01–100 deformasyon aralığında; frekans taraması ise LVER içinde %0,1 sabit deformasyonda ve 0,1–100 rad·s⁻¹ açısal frekans aralığında gerçekleştirilmiştir.

Tek-bindirmeli kayma testi

Mekanik testler Pinus sp. ahşap numuneler üzerinde tek-bindirmeli eklem geometrisiyle ve ASTM D906-20'den uyarlanmış düzenle gerçekleştirilmiştir. Yapıştırıcı yayma miktarı 150 g·m⁻²'dir.

Eklenen numuneler 1 MPa basınç altında 120 °C'de 8 dakika sıcak preslenmiş, ardından 20 ± 2 °C ve %65 ± 3 bağıl nemde sabit ağırlığa kadar koşullandırılmıştır.

Her formülasyon için 10 ek hazırlanmıştır. Mekanik test 20 kN load cell kullanılan üniversal test cihazında 5 mm·min⁻¹ çapraz kafa hızıyla gerçekleştirilmiştir.

Kayma dayanımı

Kayma dayanımı:

\[ f_s=\frac{F_{\max}}{A} \tag{9} \]

ile hesaplanmıştır. \(F_{\max}\) maksimum yükü (N), \(A\) yapıştırılmış alanı (mm²) temsil eder. Sonuç N·mm⁻² birimindedir.

Kayma modülü

Kayma gerilmesi–birim uzama eğrisinin doğrusal bölgesinden:

\[ G= \frac{f_2-f_1} {\varepsilon_2-\varepsilon_1} \tag{10} \]

hesaplanmıştır. Kaynak, birim uzamayı test makinesinin yer değiştirmesinin 45 mm serbest açıklığa bölünmesiyle belirlemiştir.

Kopma birim uzaması

\[ \varepsilon_b= \frac{\Delta L_b}{L_0} \tag{11} \]

ifadesinde \(\Delta L_b\) kırılma anındaki yer değiştirme, \(L_0=45\) mm ise serbest numune uzunluğudur.

Kırılmaya kadar enerji

Kırılmaya kadar enerji, kayma gerilmesi–birim uzama eğrisinin kırılma noktasına kadar altında kalan alan olarak hesaplanmıştır:

\[ U_f= \int_{0}^{\varepsilon_b} f_s\,d\varepsilon \tag{12} \]

Kaynak sayısal integrasyon için trapez yöntemini kullanmıştır. Bu büyüklük yalnız maksimum dayanımı değil, eklemin kırılmadan önce ne kadar mekanik enerji absorbe edebildiğini gösterir.

Neden %1,0 LCMNF En Uygun Genel Formülasyon Olarak Seçildi?

%1,0 LCMNF, incelenen formülasyonlar içinde kayma modülünü ve kırılmaya kadar enerjiyi anlamlı biçimde artırırken kayma dayanımını ve deformasyon kapasitesini korumuş, aynı zamanda reolojide güçlü fakat yüksek kaymada hâlâ işlenebilir bir fibriler yapı ve kırılma yüzeylerinde belirgin fibril köprülemesi göstermiştir; daha yüksek LCMNF miktarlarında ise agregasyon ve heterojenlik artarak kayma dayanımını düşürmüştür.

%0,5 LCMNF'nin özel avantajı

%0,5 LCMNF, kopma birim uzamasını 0,286'dan 0,401 mm·mm⁻¹'e yükseltmiştir. Bu yaklaşık %40 artış, yapıştırılmış eklemin kırılmadan önce daha fazla deformasyona izin verdiğini göstermektedir.

Aynı formülasyonda kayma dayanımı 2,49 N·mm⁻² ile saf SS'nin 2,44 N·mm⁻² değerinden istatistiksel olarak farklı değildir. Kırılmaya kadar enerji ise 0,168'den 0,303 MJ·m⁻³'e yükselmiştir.

%1,0 LCMNF'nin özel avantajı

%1,0 LCMNF kayma modülünü 5,53'ten 7,81 N·mm⁻²'ye çıkararak yaklaşık %41 artırmıştır. Kayma dayanımı 2,40 N·mm⁻² ile saf SS düzeyinde korunmuş, kırılmaya kadar enerji ise bütün formülasyonlar içindeki en yüksek ortalama olan 0,331 MJ·m⁻³'e ulaşmıştır.

%0,5 ve %1,0 formülasyonların kırılmaya kadar enerji değerleri birbirinden istatistiksel olarak farklı değildir. İki konsantrasyonun avantajı farklı mekanik profiller oluşturmasıdır: %0,5 daha yüksek deformasyon kapasitesini, %1,0 ise daha yüksek rijitlik ve enerji absorpsiyonu dengesini öne çıkarmaktadır.

%1,5 ve %2,0 LCMNF neden performansı düşürdü?

Yüksek fibril konsantrasyonunda fibril–fibril temaslarının artması daha güçlü reolojik bir ağ oluşturmuştur; ancak aynı zamanda agregasyon ve mikroyapısal heterojenlik artmıştır. Lokal fibril kümeleri, gerilmenin yapıştırıcı tabakası içinde homojen yeniden dağıtılmasını zorlaştırabilecek ve gerilme yoğunlaşması bölgeleri oluşturabilecek yapılar olarak yorumlanmıştır.

Bu durum kayma dayanımının %1,5 LCMNF'de 1,66, %2,0 LCMNF'de 1,52 N·mm⁻²'ye düşmesiyle uyumludur. Dolayısıyla reolojik yapı kuvvetlendikçe mekanik performansın sınırsız biçimde yükselmesi söz konusu değildir.

Kırılma yüzeyleri

Makroskopik kırılma analizi adhesif kırılması (AF), kohesif yapıştırıcı kırılması (CF) ve kohesif substrat kırılması (CSF) olmak üzere karma kırılma türleri göstermiştir. EDS silisyum haritaları, bazı bölgelerde SS yapıştırıcının ahşap yüzeyinde kaldığını, bazı bölgelerde ise çıplak ahşabın açığa çıktığını doğrulamıştır.

Saf SS yapıştırıcının SEM kırılma yüzeyi görece düzgün, geniş düzlemsel alanlar ve doğrusal çatlak yollarıyla karakterizedir. Bu morfoloji düşük enerji absorpsiyonuyla uyumlu daha kırılgan bir davranışa işaret etmektedir.

%0,5 LCMNF'de yüzey daha pürüzlü hâle gelmiş ve çatlak yolları daha tortulu olmuştur. Kaynak bunu çatlak sapması ve kırılma sırasında daha fazla enerji gerektiren bir yol oluşumuyla ilişkilendirmiştir.

%1,0 LCMNF'de komşu kırık bölgeler arasında çok sayıda köprü benzeri fibriler yapı ve güçlü biçimde tortulu çatlak yolları görülmüştür. Bu, ölçülen 0,331 MJ·m⁻³ kırılmaya kadar enerjiyle uyumlu en karmaşık kırılma morfolojisidir.

%1,5 LCMNF'de fibriler takviye hâlâ görünür olmasına rağmen fibril dağılımı daha heterojen hâle gelmiştir. %2,0 LCMNF'de ise fibrilce zengin lokal bölgeler ve daha düzgün fibrilden fakir bölgeler yan yana bulunmuş; kaynak bu heterojenliği potansiyel lokal gerilme yoğunlaşmasıyla ilişkilendirmiştir.

İstatistiksel analiz

Herschel–Bulkley regresyonu RheoPlus 3.21 ile gerçekleştirilmiştir. RMSE ve R² değerleri model uyumunun değerlendirilmesinde kullanılmıştır.

Mekanik sonuçların istatistiksel analizinde R 4.4.0 ve RStudio 2024.04 kullanılmış; tek yönlü ANOVA sonrasında Tukey post hoc testi uygulanmıştır. İstatistiksel anlamlılık eşiği p < 0,05'tir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

LCMNF ilavesi sodyum silikat yapıştırıcının viskozitesini, akma gerilmesini ve elastik yapısal katkısını artırmaktadır.

Bütün LCMNF formülasyonları shear-thinning davranışı korumaktadır; dolayısıyla artan düşük-kayma yapısal direnci akışın tamamen ortadan kalkması anlamına gelmemektedir.

%0,5 ve %1,0 LCMNF, saf SS'ye göre kırılmaya kadar enerji absorpsiyonunu anlamlı biçimde artırırken kayma dayanımını korumaktadır.

%1,5 ve %2,0 LCMNF'de artan agregasyon ve mikroyapısal heterojenlik daha düşük kayma dayanımıyla birlikte gözlenmiştir.

İncelenen laboratuvar koşullarında %1,0 LCMNF en dengeli genel performansı vermiştir.

Çalışmanın desteklemediği sonuçlar

Çalışma %1,0 LCMNF'nin bütün sodyum silikat yapıştırıcılarında evrensel optimum konsantrasyon olduğunu göstermez.

Çalışma nihai kâğıt tüp kompozitinin üretim hattındaki performansının iyileştiğini doğrudan kanıtlamaz; mekanik eklem testlerinde Pinus sp. kullanılmıştır.

Laboratuvar reolojisindeki shear-thinning davranışı gerçek endüstriyel pompalama, kaplama veya karıştırma sistemlerinin enerji tüketiminin doğrudan ölçümü değildir.

FTIR değişiklikleri yeni ve spesifik bir kimyasal reaksiyon mekanizmasının doğrudan kanıtı olarak yorumlanmamalıdır.

Optik mikroskopide görülen agregasyon eğilimi kaynak sonuçlarıyla uyumludur; ancak her formülasyon için yalnız tek temsilî alan kullanıldığından geniş kapsamlı nicel agregasyon istatistiği değildir.

Gelecek çalışmalar

Kaynağın sonuç bölümünde öncelikli gelecek çalışma, SS/%1,0 LCMNF formülasyonunun doğrudan kâğıt tüp kompozitlerinde değerlendirilmesidir. Böyle bir test, yapıştırıcı eklem düzeyinde ölçülen reolojik ve mekanik avantajların gerçek nihai üründe de performans artışına dönüşüp dönüşmediğini gösterebilir.

Bu doğrulama aynı zamanda kâğıt tüp üretim artıklarından elde edilen LCMNF'nin yeniden aynı üretim zincirine sokulmasına dayanan döngüsel malzeme yaklaşımının pratik uygulanabilirliğini değerlendirmek için gereklidir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün başlık: Lignin-Containing Cellulose Micro/Nanofibril Reinforcement of Sodium Silicate Adhesive: Rheological Structuring and Performance Optimization.

Yazarlar: Thiago Silva Ramos; Julian Christ; Raphael Palucci Rosa; Rafael Carvalho do Lago; Antonio Francisco Guerrero Conejo; Letícia Catta Preta; Giuseppe Rosace; Anand Ramesh Sanadi; Gustavo Henrique Denzin Tonoli.

Corresponding author: Thiago Silva Ramos.

Kurumlar: Federal University of Lavras, Brezilya; University of Copenhagen, Danimarka; University of Bergamo, İtalya; University of Seville, İspanya; Tubominas Packaging Industry, Brezilya.

Dergi: Forests.

Yayınevi: MDPI, Basel, Switzerland.

Yayın bilgisi: Forests 2026, 17(9), 1045.

DOI: 10.3390/f17091045.

Makale geçmişi: Alındı 19 Temmuz 2026; revize edildi 19 Ağustos 2026; kabul edildi 29 Ağustos 2026; yayımlandı 1 Eylül 2026.

Kaynak türü: Hakemli, açık erişimli özgün deneysel malzeme bilimi / yapıştırıcı araştırması.

Lisans: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0); telif hakkı yazarlara aittir.

Ana malzeme: Ağartılmamış kâğıt tüp üretim artıklarından elde edilen lignin içeren selüloz mikro/nanofibrilleri (LCMNF).

Matris: Ticari formaldehit içermeyen sodyum silikat yapıştırıcı.

LCMNF konsantrasyonları: %0,5; %1,0; %1,5; %2,0, SS yapıştırıcının kuru ağırlığına göre.

Dispersiyon katkısı: PEG 400; LCMNF kuru ağırlığına göre %6,0.

Başlıca karakterizasyonlar: FE-SEM, SEM-EDS, ATR-FTIR, optik mikroskopi, rotasyonel reoloji, osilasyonlu reoloji, tek-bindirmeli kayma testi ve kırılma yüzeyi analizi.

Reometre: Anton Paar MCR 301; 25 mm paralel plaka; 1 mm gap.

Kararlı kayma: 0,01–1000 s⁻¹; 20 °C.

Sıcaklık testi: 20–80 °C; 2 °C·min⁻¹; 100 s⁻¹.

Genlik taraması: 0,1 Hz; %0,01–100 strain.

Frekans taraması: %0,1 strain; 0,1–100 rad·s⁻¹; 20 °C.

Mekanik substrat: Pinus sp. tek-bindirmeli numuneler.

Yapıştırıcı uygulama miktarı: 150 g·m⁻².

Sıcak pres: 1 MPa; 120 °C; 8 dakika.

Koşullandırma: 20 ± 2 °C; %65 ± 3 bağıl nem; sabit ağırlığa kadar.

Mekanik tekrar: Her formülasyon için 10 yapıştırılmış ek.

İstatistik: ANOVA + Tukey post hoc testi; p < 0,05; R 4.4.0 / RStudio 2024.04.

Finansman: Minas Gerais State Agency for Research and Development (FAPEMIG), APQ-04368-22.

Veri erişilebilirliği: Veriler corresponding author'dan makul talep üzerine edinilebilir.

Ham madde desteği: Tubominas Packaging Industry, LCMNF ve modifiye yapıştırıcı üretiminde kullanılan ham maddeleri sağlamıştır.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bildirmemiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma T.S.R., A.R.S. ve G.H.D.T.; metodoloji T.S.R., J.C., R.C.d.L., A.R.S. ve G.H.D.T.; doğrulama T.S.R., R.P.R. ve R.C.d.L.; biçimsel analiz T.S.R., J.C., R.P.R., R.C.d.L. ve L.C.P.; araştırma T.S.R., J.C., R.P.R. ve R.C.d.L.; kaynaklar L.C.P., A.R.S. ve G.H.D.T.; özgün taslak T.S.R., J.C., R.P.R., R.C.d.L., G.R., A.R.S. ve G.H.D.T.; inceleme/düzenleme T.S.R., R.P.R., A.F.G.C., G.R., A.R.S. ve G.H.D.T.; görselleştirme T.S.R., A.R.S. ve G.H.D.T.; danışmanlık ve proje yönetimi A.R.S. ve G.H.D.T.; finansman edinimi G.H.D.T. olarak bildirilmiştir.

Temel yöntemsel sınır: Çalışma yapıştırıcı formülasyonunun laboratuvar ölçeğindeki reolojik ve yapıştırılmış-eklem performansını değerlendirmiştir. Mekanik testlerde nihai kâğıt tüp yerine Pinus sp. substrat kullanılmış ve doğrudan endüstriyel kâğıt tüp kompozit performansı ölçülmemiştir.

Görsel kullanım notu: Kaynak CC BY 4.0 lisanslıdır. Bununla birlikte Verianla için kaynak SEM/optik mikroskopi rasterlerinin yapay yeniden üretimi yerine, hazırlama süreci ve kaynak nicel sonuçlarının özgün teknik şema ve tablolarla sunulması tercih edilmelidir.