Nano silika ve farklı nano silika aerojel katkılı çevre dostu poli(vinil alkol) - sodyum aljinat - jelatin (PVA-SA-GEL) biyokompozit filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of environmentally friendly poly(vinyl alcohol) - sodium alginate - gelatin (PVA-SA-GEL) biocomposite films with different nano silica and nano silica aerogel additives
- Tez No: 1000553
- Danışmanlar: PROF. DR. SEVİL YÜCEL, DOÇ. DR. ALİ CAN ÖZARSLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Aerojel, Ambalajlama, Biyofilmler, Biyokompozit, Biyopolimerler, Nano-silika, Aerogel, Packaging, Biofilms, Biocomposite, Biopolymers, Nano-silica
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyoteknoloji Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Gıdaların kalite özelliklerinin ve raf ömrünün uzatılmasında gıda ambalajları önemli bir rol oynamaktadır. Düşük maliyet ve yüksek mekanik dayanım gibi avantajlara sahip oldukları için en yaygın olarak plastik içerikli ambalaj malzemeleri kullanılmaktadır. Biyolojik olarak parçalanamamaları ve geri dönüştürülebilirliklerinin sınırlı olması nedeniyle plastik ambalaj malzemleri çevresel sorunlara yol açar. Bu durum, sürdürülebilir gıda ambalaj sistemleri üzerine giderek artan bir araştırma alanı sağlamıştır. Biyobozunur ve yenilenebilir kaynaklardan elde edilen biyokompozit filmler, plastik ambalajlara çevre dostu bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Biyokompozit film üretiminde, film oluşturma özelliğine sahip biyopolimerler yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu biyopolimerler film oluşturmak için tek başlarına kullanıldıklarında mekanik ve bariyer özelliklerinin yetersiz kalması gibi sınırlamaları vardır. Bu sınırlamaları önlemek için organik ve inorganik katkı maddeleri kullanılır. Bu tez kapsamında, gıda ambalajlarında kullanılmak üzere farklı silika katkıları içeren sürdürülebilir biyokompozit filmler üretilmiştir. Biyokompozit filmde kullanılan biyopolimerler poli(vinil alkol) (PVA), sodyum aljinat (SA) ve jelatin (GEL)'dir. Üretilecek olan filmlerin mekanik, fizikokimyasal ve bariyer özelliklerini geliştirmek için farklı oranlarda nano-silikon dioksit (nSiO2), nano silika aerojel (nSiA) ve çinko katkılı nano silika aerojel (Zn-nSiA) kullanılmıştır. Çözelti dökme (solvent casting) metodu ile hazırlanan biyokompozit filmler, çözücü buharlaştırma (solvent evaporation) yöntemiyle vakum etüvde kurutulmuştur. Üretilen silika ve farklı silika aerojel katkılı biyokompozit filmlerin karakterizasyonları; FT-IR, SEM-EDS, XRD ve çekme testleri ile yapılmıştır. Bariyer özelliklerin değerlendirilmesi amacıyla su buharı geçirgenliği (WVP) analizi yapılmıştır. MTT testi ile biyokompozit filmlerin in vitro biyouyumluluk çalışmaları gerçekleştirilmiş ve tüm filmlerin biyouyumlu karakter sergilediği belirlenmiştir. Biyobozunurluk çalışmaları sonucunda bozunma oranlarının %35–%45 aralığında olduğu tespit edilmiştir. Antibakteriyel testler sonucunda Zn-nSiA katkılı biyokompozit filmlerde S. aureus için 18–26 mm ve E. coli için 23–27 mm aralığında inhibisyon bölgeleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen biyokompozit filmlerin biyobozunur yapıları ve geliştirilmiş mekanik, bariyer ve antibakteriyel özellikleri sayesinde gıda ambalajlarında kullanılan plastiklere çevre dostu ve fonksiyonel bir alternatif olma potansiyeline sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Food packaging plays a crucial role in preserving food quality and extending shelf life. Due to advantages such as low cost and high mechanical strength, plastic-based packaging materials are widely used in the food industry. However, their non-biodegradable nature and limited recyclability cause serious environmental problems. This situation has increased research efforts toward the development of sustainable food packaging systems. Biodegradable biocomposite films obtained from renewable resources have emerged as environmentally friendly alternatives to conventional plastic packaging. In biocomposite film production, biopolymers with film-forming ability are commonly utilized. Nevertheless, when used alone, these biopolymers exhibit certain limitations, including insufficient mechanical strength and barrier properties. To overcome these drawbacks, organic and inorganic additives are incorporated into the polymer matrix to enhance functional performance. In this thesis, sustainable biocomposite films containing different silica-based additives were produced for potential food packaging applications. The film matrix consisted of poly(vinyl alcohol) (PVA), sodium alginate (SA), and gelatin (GEL). To improve the mechanical, physicochemical, and barrier properties, nano-silicon dioxide (nSiO₂), nano silica aerogel (nSiA), and zinc-doped nano silica aerogel (Zn-nSiA) were incorporated at various ratios. The films were prepared using the solvent casting method and dried in a vacuum oven through solvent evaporation. Structural and morphological characterizations were carried out using FT-IR, SEM-EDS, and XRD analyses, while mechanical properties were evaluated by tensile testing. Water vapor permeability (WVP) analysis was conducted to assess barrier performance. In vitro biocompatibility was determined using the MTT assay, and all films exhibited biocompatible behavior. Biodegradation studies showed degradation rates between 35% and 45%. Antibacterial tests revealed inhibition zones of 18–26 mm against S. aureus and 23–27 mm against E. coli for Zn-nSiA-containing films. These findings indicate that the developed biocomposite films have strong potential as sustainable alternatives to conventional plastic packaging materials.
Benzer Tezler
- Aramid fiber takviyeli silika aerojel kompozitlerin balistik ve mekanik performansının belirlenmesi
Determination of ballistic and mechanic performance of aramid fiber reinforced silica aerogel composites
HASAN YAVUZ ÜNAL
Doktora
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiEge ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YELİZ PEKBEY
- Farklı başlangıç maddeleri kullanılarak sol-jel yöntemiyle monolitik silika aerojel ve silika aerojel sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of monolithic silica aerogel and silica aerogel with sol-gel method by using different starting materials
YELİZ YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HABİBE CANAN CABBAR
- Doğal hammadde ve atıklardan alümina-silika esaslı aerojel üretimi
Alumina-silica based aerogel production from natural raw materials and wastes
ÖZGE KILINÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriSakarya ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİL TOPLAN
- Yüksek sıcaklık ısı yalıtım uygulamalarına yönelik üstün performanslı aerojel şilte sentezi ve karakterizasyonu
High performance silica aerogel blanket synthesis and characterization for thermal insulation applications at high temperature
NİSA SIYIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN
- Synthesis of aerogel coatings and investigation of anti-icing performances
Aerojel kaplamaların sentezi ve buzlanma önleme başarımlarının incelenmesi
ÜMRAN AKGÖL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. NİLAY GİZLİ