Using alcohol as a carrier in producing polyanionic cellulose (PAC) polymer from solid textile waste

Abstract

Dünya üzerindeki en yaygın organik polimer olan selüloz, bitkiler ve ağaçlar tarafından her yıl düzenli olarak yenilenmektedir. Selülozun ekolojik bir ürün olmasın sağlayan sadece doğal yöntemlerle yenilenebilmesi değil, aynı zamanda doğal olarak çözünebilmesidir de. Her ne kadar selüloz uygulamaları suda çözünemediğinden dolayı sınırlı olsa da, selüloz türevleri, özellikle de selüloz eterleri nitelik ve nicelik bakımından geniş bir kullanım alanına sahiptir.Selüloz, her ne kadar selüloz türevlerinin üretilmesi için ana hammadde olsa da, Türkiye Selüloz ve Kağıt Fabrikaları A.Ş.'nin (SEKA) 2006'da faaliyetlerine son vermesiyle ülkemizde linter selüloz üretimi durmuştur. Yerli selüloz eteri üreticileri bu tarihten sonra ancak selüloz ithal ederek üretimlerine devam etmek zorunda kalmışlardır. 2009 yılında ülkemizde 425 bin ton evsel tekstil atığı, 458 bin 500 ton da üretime dayalı tekstil atığı ortaya çıkmıştır. Dünyanın 7. büyük pamuk üreticisi konumundaki ülkemizde oluşan bu atıkların çoğu %90 oranında selüloz ihtiva eden pamuklu atıklardan oluşmaktadır.Bu araştırmada geri dönüştürülemeyen tekstil atıklarının, taşıyıcı olarak alkol (etil alkol, izopropil alkol) kullanılarak saf tip polianyonik selüloz (PAC) polimerine dönüştürülmesi, bu sayede ekonomiye geri kazandırılması ve aynı zamanda ithal selülozla üretilen polianyonik selüloz (PAC) polimerine göre daha düşük maliyetle elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu araştırma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, TÜBİTAK'tan alınan destek ile Uğur Selüloz Kimya A.Ş. tarafından 1507 - KOBİ Ar-Ge Başlangıç Destek Programı kapsamında gerçekleştirilmiştir. İthal selüloz yerine tekstil atığının kullanıldığı bu geri kazanım işleminde, eterleşme kalitesi reaksiyonda alkol (etil alkol) kullanılarak artırılmıştır. Böylece mevcut yöntemlerle ithal selüloz kullanılarak üretilebilen polianyonik selüloz (PAC) polimerinin hem düşük hem de yüksek viskoziteli tipleri Amerikan Petrol Enstitüsü'nün (API) belirlediği standartlarda üretilmiştir.Bu çalışmanın en önemli çıktısı polianyonik selüloz (PAC) polimerinin hem düşük hem de yüksek viskoziteli tipleri olan PAC-LV ve PAC-HV polimerlerinin, ithal selüloz kullanılmadan, tekstil atıklarından üretilmesine olanak sağlayan bir üretim yönteminin geliştirilmesidir. Bu yöntemin uygulanmasıyla hem cari açık azalacak hem de ürünün katma değeri artacaktır. Araştırma kapsamında elde edilen PAC-LV ve PAC-HV numuneleri, Türkiye Petrolleri Anonim Ortaklığı (TPAO) Araştırma Laboratuvarı'na gönderilerek API standartlarına uygunluğu bağımsız laboratuvar tarafından test edilerek onaylanmıştır.

Cellulose is the most abundant organic polymer on earth. It is naturally regenerated by forests and cotton plantations with a speed of 10 billion metric tons per year regularly. Not only its natural reproduction makes it ecologically beneficial but also its biological degradability makes cellulose an 'eco-friendly material'. Applications of cellulose is limited due to its insolubility in water. Contrarily, its water-soluble derivatives, especially cellulose ethers, are found in nearly all the products we are using in our daily life.Although cellulose is the main raw material for producing cellulose ethers, its commercial production stopped with the shutdown of 'Turkish Cellulose and Paper Factories' (SEKA) in 2006. Turkish cellulose ether producers are forced to import all the cellulose they are using in their production. In 2009, 425 thousand tons of household textiles waste and 458.5 thousand tons of industrial textile waste was generated in Turkey. Most of these wastes are made of cotton yarn which has 90% cellulose content.This study aimed to use this type of textile waste as raw material for the production of polyanionic cellulose polymer (PAC), so that they would be returned back to the economy with higher values. This study is carried out as a project by The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TÜBİTAK) and Ugur Seluloz Kimya A.S. under the 1507 - SME RDI (Research, Development & Innovation) Grant Programme. In this waste recovery process, solid textile waste is used as raw material and the alcoholic (ethyl alcohol) medium is used to increase the quality of the PAC products in order to meet the criteria of PAC LV (low viscosity) and PAC HV (high viscosity) standards introduced by American Petroleum Institute (API).The most important outcome of this study was to produce PAC-LV and PAC-HV polymers in API standards from textile waste without using any imported cellulose. This production method not only prevents the import but also enables the use of natural wastes so that the added value of the product increases. Quality of synthesized products (PAC-LV and PAC-HV) are verified by Turkish Petroleum (TP) Research Laboratories.