Graft copolymerization onto chicken feather keratin
Tavuk tüyü keratinin graft kopolimerizasyonu
- Tez No: 335722
- Danışmanlar: PROF. DR. OYA ATICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Son yıllarda beyaz et ürünlerinin daha sağlıklı ürünler olduğu anlaşılınca, tavuk tüketimi her geçen gün daha fazla artış gösterdi. Tavuk tüketimi arttıkça, tavuk tüyleri daha fazla sorun teşkil etmeye başladı. Tavuk tüyleri, tavuk üretim tesislerinde atık madde olarak sorun teşkil ederler. Hâlihazırda hayvan yemi olarak kullanılmakta ya da gömülerek imha edilmektedirler. Her yıl tüm dünyada yaklaşık olarak 1,8 milyon ton tavuk tüyü ortaya çıkmaktadır. Türkiyede ise yaklaşık olarak 30000 ton tavuk tüyü üretilmektedir. Her yıl ortaya çıkan bu miktardaki tavuk tüyünden yanlızca %8?i kullanılabilmektedir. Geri kalan ürünler ise atık olarak yok edilmektedir. Bu yüzden diğer liflere göre (yün, ipek..) daha düşük maliyetli bir üründür. Tavuk tüyleri % 91 oranında keratin adındaki protein, % 1 yağ bileşenleri ve % 8 sudan oluşmaktadır. Tüylerin düşük yoğunluk, yüksek sıkıştırılabilirlik ve elastikiyet, ses geçirgenliğini azaltma, sıcak tutma, karakteristik morfoloji gibi özellikleri onların lif olarak tercih edilmesine neden olmaktadır. Keratinin en yaygın olarak kullanıldığı endüstri kozmetiktir. Keratini çeşitli kompozitlerde, hijyenik ve sağlık uygulamaları için biyobozunur dokumasız kumaşlarda, biyoteknolojide kullanmak üzere çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, tavuk tüylerinden yağ bileşenlerinin ayrılması ve çözünürleştirilmeleri, redoks polimerizasyonu ile keratin-graft-poliakrilonitril-ko-polivinilpirolidon kopolimerinin sentezlenmesi, keratin ve keratin-graft-poliakrilonitril-ko-polivinilpirolidon reolojik, termal ve morfolojik analizlerinin yapılması, keratin-graft-poliakrilonitril-ko-polivinilpirolidion polimerinden yola çıkılarak elektrospin yöntemiyle lif elde edilmesi amaçlanmıştır. Tavuk tüyünde bulunan lipid ve artık maddeleri ortadan kaldırmak amacıyla diklorometan ve toluen gibi organik çözücülere sahip sokslet sistemi kullanılmıştır. Tavuk tüyleri sokslet sistemi sayesinde 6 saat boyunca organik çözücülere maruz bırakılarak üzerinde bulunan yağlar ve diğer kirliliklerden arındırılmıştır. Ekstraksiyon işleminden sonra, tavuk tüyleri vakum kurutma fırınında kurutulmuş ve blender kullanarak küçük parçalar haline getirilmiştir. Tavuk tüyünün sert kısımlarının iyi çözülmesi için kesim işlemi önemli bir parametredir. Çünkü sert kısımlar ne kadar iyi parçalanırsa bazik ortamda o kadar rahat çözünürler. Yağı alınmış tavuk tüyleri ile su, sodyum hidroksit ve sodyum sülfür karıştırıldı. Reaksiyon su banyosunun içinde gerçekleştirildi. Manyetik karıştırıcı yardımı ile, tüm bileşikler karıştırıldı ve bütün katı maddeler bazik koşullar altında çözüldü. Keratini çöktürmek için seyreltik HCl kullanılarak çözeltinin pH değeri 4.2? ye ayarlandı. En uygun koşul 3,0 mol/L NaOH, 0,2 mmol/L Na2S, 25°C ve 3,5 saat olarak bulunmuştur. Oluşan çözelti seyreltik hidroklorik asitle pH 4.2?de çöktürülmüş ve keratin elde edilmiştir. Daha sonra çözünmemiş parçalar keratinden ayrılmış, keratin asetonla yıkanmış ve liyofilizatörle kurutulmuştur. En yüksek keratin eldesi verimi %90 olarak bulunmuştur. Elde edilen keratin belirli analizlerle doğrulanmıştır. Spektral analizler için FTIR ve 1H-NMR analizleri yapılmıştır. FTIR spektrumunda karakteristik amid A, amid B, amid I, amid II ve amid III titreşimleri görülmüştür. Göze batan en önemli pikler, 3200-3300 cm-1 lerde görülen N-H grupları, 1600-1700 cm-1 lerde görülen C-O ve C=O grupları ve 750 cm-1 altında görülen S-H ve S-S gruplarıdır. Yapılan FTIR analizlerin tümünde bu gruplar bariz olarak görülmektedir. 1H-NMR spektrumunda da karakteristik sinyaller görülmüştür. Keratinin diğer protein yapılarından ayıran en önemli aminoasit sisteindir. Bu aminoacid diğer proteinlere göre daha fazla oranda keratinde bulunmaktadır ve içerisinde S-H bağları bulunmaktadır. Bu S-H bağları 1H-NMR spektrumda 1,76 ppmde pik vermektedir. Yaptığımız keratinlerin tümünde bu pikler görülmektedir. Ayrıca aromatik grupların 6,5-7,5 ppm civarlarında verdikleri pikler ise keratinde bulunan L-tirozin ve L-fenilalanin aminoasitlerinin diğer göstergeleridir. Diğer aminoasitler ise genelde 3,5-4,5 ppm civarlarında pik verdikleri için bu pikler içiçe geçmiş durumdalar ve o bölgede büyük bir pik vermişlerdir. İkinci adımda, keratin lif oluşturmak amacıyla akrilonitril ve vinilpirolidon monomerleriyle kopolimerleştirilmiştir. Keratinin üzerinde bulundurduğu -OH, -SH ve -NH gibi gruplardaki aktif hidrojenleri nedeniyle indirgen bileşik olarak davranacağı düşünülerek redoks polimerizasyonu uygulanılmasına karar verilmiştir. Başlatıcı çifti olarak amonyum persulfat/sodyum merabisülfit kullanılmıştır. Yapılan çeşitli deneyler sonucunda, polimerleşme veriminin keratin, vinilpirolidon ve akrilonitril miktarlarına, amonyum persulfat konsantrasyonuna, sodyum metabisülfitin varlığına ve konsantrasyonuna, sıcaklığa ve reaksiyon süresine bağlı olduğu bulunmuştur. En uygun polimerleşme koşulları 0,25 g keratin, 0,122 mol akrilonitril, 0,02 mol vinilpirolidon, 6,14 mmol amonyum persulfat, 5,3 mmol sodyum metabisülfit, 35°C ve 3 saat olarak bulunmuştur. En yüksek verim olarak % 63,1?e ulaşılmıştır. Yapılan kopolimerler genelde düşük sıcaklıkta (35oC) yapılmıştır. Yüksek sıcaklıklarda daha yüksek verimler elde edilmesine rağmen homopolimer olma ihtimali daha yüksektir. Bu ihtimali minimize etmek için düşük sıcaklıklar tercih edilmiştir. Oluşturulan kopolimerler aynen keratinde olduğu gibi spektral analiz yapılarak akrilonitril ve vinilpirolidon monomerlerinin keratine katılımları incelenmiştir. FTIR spektrum analizine göre, 2200 cm-1 lerde görülen keskin pikler nitril pikleridir. Buda akrilonitrilin katıldığının ispatıdır. Ayrıca 1600-1700 cm-1 lerdeki C-O ve C=O piklerinin değişimide vinilpirolidon katılımının ispatıdır. Bunlara ek olarak 750 cm-1 altındaki piklerin değişimide monomerlerin S-H grupları üzerinden katılıdığının ispatıdır. Kopolimerlerin, 1H-NMR spektrum analizine göre belirli piklerdeki değişimler, monomerlerin katılımlarını ispatlar niteliktedir. Özellikler 1,78 ppmlerde görülen S-H pikleri kopolimerlerde görülmemektedir. Buda S-H gruplarından hidrojenler koparak yerine monomerlerin katıldığını ispatlamaktadır. Diğer bir deyişle, monomerlerin özellikle sistein aminoasitleri üzerinden kopolimer yaptığını göstermektedir. Ayrıca 6,5-7,5 ppmlerde görülen aromatik gruplardada değişim gözlenmiştir. Buda L-tirozin ve L-fenilalanin aminoasitlerinin değişim gösterdiğini ispatlar. Keratin ve keratin-graft-polyakrilonitril-ko-polyvinilpirolidion kopolimerleri, reolojik, termal ve morfolojik analizlerle karakterize edilmişlerdir. Reolojik ölçümlerle akış özellikleri belirlenmiştir. Örneklerin hepsi pseudoplastik özellik göstermektedir. Ayrıca oluşturulan kopolimerlerin ve keratinin histerisis alanlarına bakılınca, bütün polimerler tiksotropik özellik göstermektedir. Ayrıca kopolimerlerin histerisis alanları keratine göre çok daha yüksektir. Buda kopolimerlere şekil verme özelliklerinin daha fazla olduğunu gösterir. Termal analizler DSC ve TGA ile gerçekleştirilmiştir. DSC sonuçlarına göre, keratinin camsı geçiş sıcaklığı 196 derece fakat keratin polimerinin 131-168oC arasındadır. Buna ek olarak kristalleşme sıcaklığı ve erime noktası 332oC ve 471oC?dir. Buna karşın, graft kopolimerin kristalleşme sıcaklığı ve erime noktası 265-292oC ve 389-409oC?dir. Sonuç olarak, polimerin termal dayanımı etkileyen başlıca faktörler poliakrilonitril ve polivinilpirolidon miktarı, reaksiyon sıcaklığı ve polimerizasyon şartlarıdır. Yapılan kopolimerlerin molekül ağırlıklarını belirlemek için ?Gel Permeation Chromatography? (GPC) analizi yapılmıştır. Bu analize göre, kopolimerlerin Mn ve Mw değerleri bulunmuştur. Bu değerler sayesinde bütün kopolimerlerin PDI (poly dispersity indeks) değerleride bulunmuştur. Bu analizleri göre Mn değerleri 13000-19000 arasında değişmektedir. Mw değerleri ise 77000-90000 arasında değişmektedir. Ayrıca PDI değerleri ise 4,70 ile 4,88 arasında değişmektedir. PDI değerlerini etkilen önemli faktörler sıcaklık, momomer ve başlatıcı konsantrasyonudur. Kopolimerlerin sentezinden sonra, ağırlıkça % 20/80 DMF/DMSO çözücü çiftinde ağırlıkça % 15 polimer içeren çözeltiler hazırlanarak elektrospin yöntemi ile lif elde edilmiştir. Çeşitli denemelerden sonra bu polimer için en ideal elektrospin koşullarının 3 ml/sa akış hızı, 30 kV voltaj, 15 cm iğne-tabaka mesafesi olduğu bulunmuştur. Tek iğneli spinning yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
Processing poultry feather biomass into useful products presents interesting opportunities of recycling agricultural waste material (Martelli et al., 2006). In comparison to cotton, wool and silk, poultry feather biomass as such cannot use into beneficial products because of the complex structure of the feathers. However, the secondary and the tertiary structures of the feathers, i.e. the barbs and the barbules have the morphology and properties that make them suitable for use as reinforcement or filler in composites for several applications (Barone et al., 2005). The keratin included in chicken feathers is a very inconvenient and troublesome waste product of the poultry-farming industry, and therefore it is presently the object of intensive investigations in many researches. Many publications and patents proposing applications for this biopolymer have been issued as a result of these research works (Tanabe et al., 2002). Keratin is insoluble in water, weak acids and bases, as well as in organic solvents. The amino-acid content of keratin is characterised by a high cystine content (and at the same time sulphur), which may change within 2% wt and 18% wt, a significant amount of hydroxyamino-acids, especially serine (about 15% wt), and a lack of hydroxyproline and hydroxylisine, among other substances. The chemical activity of keratin is connected in a significant degree to the cystine content. The disulphide bond that is formed between two cysteine molecules is responsible for the high strength of keratin and its resistance against the action of proteolitic enzymes. On the other hand, keratin is very reactive, as cystine can easily be reduced, oxidised, and hydrolysed (Wolski et al., 1995). In this study, it was aimed to recycle waste chicken feathers by obtaining soluble keratin; to copolymerize keratin with acrylonitrile by redox polymerization using the functional groups on soluable keratin; to electrospin textile fibers from these copolymers and to characterize the copolymers with spectral, rheological, thermal, mechanical and morphological analysis.
Benzer Tezler
- Preparation and characterization of some side chain liquid crystalline polymer graft copolymers of high density polyethylene and isotactic polypropylene
Yüksek yoğunluklu polietilenin ve izotaktik polipropilenin bazı yan zincir sıvı kristal polimer aşı kopolimerlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
BEHİYE ÖZTÜRK ŞEN
Doktora
İngilizce
2018
KimyaBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT ÇETİN
- Graft copolymerization of styrene onto natural rubber via emulsion polymerization
Emülsi̇yon poli̇meri̇zasyonu i̇le doğal kauçuk üzeri̇ne sti̇ren aşılanması
BURÇİN AKKUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜRKAN HIZAL
- Yün üzerine akrilatların graft kopolimerizasyonu
Graft copolymerization of acrylates onto wool
EMİN AKÇAY
- Nişasta üzerine stiren, akrilik asit ve türevlerinin graft kopolimerizasyonu
Graft copolymerization of styrene and acrylic acid onto starch
CELAL ÖZPINAR
- Use of a semifluorinated acrylic compound in reinforcement of high density polyethylene and some microsphere preparation studies
Yüksek yoğunluklu polietilenin güçlendirilmesinde yarıflorlu akrilik bir bileşiğin kullanımı ve bazı mükrokürecik hazırlama çalışmaları
UĞUR SOYKAN
Doktora
İngilizce
2019
KimyaBolu Abant İzzet Baysal ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDAT ÇETİN
