Geri Dön

Biobased/biodegradable/compostable/antibacterial polymeric mulching and food packaging films

Biyoesaslı/biyobozunur/kompost edilebilir/antibakteriyal polimerik tarımsal örtü ve gıda ambalaj filmleri

PDF İndir

  1. Tez No: 387355
  2. Yazar: KOUROUSH SALİMİ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Kimya, Kimya Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Chemical Engineering, Polymer Science and Technology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 147

Özet

Günümüzde sentetik polimerler pekçok üründe kullanılan metallerin, camların, seramiklerin ve ahşabın yerini almıştır. Basit, günlük evle ilgili materyallerde kullanımından, bilgisayarlar, uzay gemileri, vb. gibi üretimlerinde ileri teknolojik mühendislikten yararlanılan ürünlerin eldesine kadar geniş bir yelpazede kullanımları bulunmaktadır. Mevcut durumda, birçok polimerik ambalaj/örtü materyallerinin üretimi yenilenebilir olmayan fosil kaynaklar bazlıdır. Bu kaynaklar pahalı ve biyobozunur olmamaları, doğal polimerlere göre barındırdıkları toksitite gibi dezavantajları beraberlerinde getirmektedirler. Üretimleri sırasında toksik içerikler salmaları, kompostlamaya izin vermemeleri ve bozulma sürelerinin uzunlukları diğer dezavantajlarındandır. Bu yüzden yenilenebilir kaynaklı yeşil plastik paketleme materyallerine ihtiyaç duyulmaktadır. Tek kullanımlık plastik ürünlerin etkileri çevresel problemleri önemli ölçüde arttırmıştır. Örneğin; ürünlerin satışından sonra kullanım sonrası açığa çıkan ambalaj malzemelerinin çok kısa bir sürede atık konumuna geçmesi bu problemlerin asıl sebeplerindendir. Tüm bu çevresel kaygılar, biyobozunur plastiklerin üretiminde karbonhidrat polimerlerin kullanımının uluslararası boyutta artmasını sağlamıştır. Tüm bu çevresel kaygılar, biyobozunur plastiklerin üretiminde karbonhidrat polimerlerin kullanımının uluslararası boyutta artmasını sağlamıştır. Polisakkaritler glikozidik bağla birbirine bağlanmış monosakkarit birimlerinden oluşan, (C6H10O5)n; kimysal formülüne sahip nispeten kompleks moleküllerdir. Dünyada en fazla üretimi yapılan biyopolimerlerden bir tanesi de polisakkaritlerden nişastadır. Biyopolimerler biyouyumlulukları ve bozunabilirlikleri sayesinde farmakolojide, sentetik polimerlerde dolgu malzemesi olarak, termoplastiklerde, kağıt üretiminde, tekstil, vb. alanlarda yüksek oranda tercih edilmektedir. Polilaktik asit (PLA) yenilenebilir bitki kaynaklarıdan türemiş olan, örneğin şeker ve nişasta gibi, kompost edilebilir termoplastik ve biyouyumlu, alifatik polyesterlerdir. Yakın zamanlarda, halkın çevreye artan ilgisinden dolayı, PLA bazlı polimerler katı atık sorunlarını azaltmak için çözümlerin biri olarak düşünülmektedir. Son zamanlarda, toplumun çevresel bakımdan artan duyarlılığı sayesinde, katı atık problemlerini azaltmak için yararlanılan çözümlerden bir tanesi de PLA kullanımına gidilmesi olmuştur. Ayrıca; yeni polimerizasyon tekniklerinin keşfiyle yüksek molekül ağırlıklı PLA'nın ekonomik şekildeki üretimi, tüketici eşyaları ve ambalaj malzemelerinde kullanılan geleneksel plastiklere olan bağımlılığın azalmasını da sağlamıştır. Sonuç olarak, silikon tabakalı (reaktif ODA-MMT ve reaktif olmayan DMDA-MMT) yeni biyo-fonksiyonel kopolimer olarak poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene)-g-biopolymer (poly(L-lactic acid) nanokompozitleri sentezlenmiştir. İşlem vakum altında 80oC'de, katalizör olarak kalay oktoat, nanofiller olarak ise önceden interkale edilmiş LA…organo-MMT organokiller (ODA-MMT and DMDA-MMT) kompleksi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Böylece LA...organo-MMT monomeri reaktif matris polimeri gibi alternatif kopolimer üzerine eklenerek, katalitik interlamellar bulk graft kopolimerizasyonu yapılmıştır. Bu bölümde ayrıca, geleneksel herhangi bir tehlikeli katalizör kullanılmadan; organokiller (ODA-MMT) ve montmorillonit (Na+ ve Ag+ iyonları taşıyan nanohibritler) katalizör nanodolgu varlığında graft kopolimerizasyon yöntemiyle poly(MA-alt-1-OD)-g-PLA nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sunulan çalışmanın temel amacı biyoesaslı/biyobozunur/kompostedilebilir ve antibakteriyel özellikleri taşıyan nişasta-g-PLA ve nişasta-g-PLA/organokil nanokompozitlerinin farklı yeşil teknolojiler yardımıyla sentezi, karakterizasyonu ve buradan elde edilen filmleri gıda ambalajı ve toprak örtü malzemesi olarak kullanabilmeyi gerçekleştirmektir. Tez kapsamında kullanılan ana monomerler (nişasta ve laktik asit) için hiç bir toksik çözücüden yararlanilmamasi ve sentezde süperkritik karbon dioksit, mikrodalga yöntemi, shear mixing ve reaktif ekstrüzyon yönteminden yararlanilmasi literatürde ilk defa rapor edilmiştir. Tez kapsamında elden edilen kopolimerler ve nanokompozitler için kimyasal, fiziksel, termal ve morfoloji yapı analizleri FTIR, ¹³C CP/MAS NMR, MALDI-TOF-MS, XRD, TGA/ DTG ve SEM/TEM teknikleri ile gerçekleştirilmiştir. Film ekstrüzyonu, çift vidali ekstrüdere bir üfleme-şişirme ünitesi monte edilerek film ekstrüzyon kafası ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen filmlerin mekanik özellikleri çekme uzama testleri ile değerlendirilmiştir. Kopolimerlerin sentezi esnasında kullanılan nişasta/LA oranı ve organokillerin interkalasyon/eksfoliyasyon işleminin etkileri; su buharı, oksijen ve karbon dioksit geçirgenliklerinin ölçülmesiyle belirlenmiştr. Filmlerin biyodegredasyonunu incelemek amacıyla; filmlerin bozunma özellikleri doğal ortamda toprak varlığında gerçekleştirilmiştir. Ayrıca elde edilen filmlerin gıda ambalajı olarak uygun olup olmadığını incelemek için antibakteriyel testleri ve gıda ile temas testleri yapılmıştır. Son olarak sera koşullarında elde edilen filmler toprak örtü malzemesi olarak domates ve biber fideleri için denenmiştir.

Özet (Çeviri)

The synthetic polymers have replaced metals, glasses, ceramics and wood in many products and are found in almost all aspects of technology, from simple household utilities to advanced polymeric composites in high-tech engineering such as computers, space ships, etc. Currently, most polymeric packaging/mulching materials are based on non-renewable fossil resources. Because of the disadvantages include the fact that they are expensive and non-biodegradable, and some are 'toxic' when compared to natural polymers, they release toxic components during fabrication and these materials do not allow composting and take long time to break down. Therefore,“green”plastic packaging materials that are based on renewable resources are required. The effect of disposal plastics products raised significantly the environmental problems. For example, plastics packaging, being disposed of soon after their purchase. However, environmental concerns have raised significant international interest in the using carbohydrate polymers to produce biodegradable plastics. Polysaccharides are relatively complex carbohydrates, with the general formula (C6H10O5)n. The polymer chains are made up of monosaccharide units linked together by glycoside bonds. Among polysaccharides, starch is one of the most widely produced biopolymer in the world. Because of biocompatibility and degradability, the biopolymers has been of interest in pharmaceuticals, filling agent in synthetic polymers, thermoplastics, paper, textile and several other applications. Poly(lactic acid) (PLA) is an aliphatic polyester, biodegradable and compostable thermoplastic derived from renewable plant sources, such as starch and sugar. Recently, with the elevated environmental awareness of the general public, PLA has been considered as one of the solutions to decrease solid waste disposal problems. However, discovery of new polymerization techniques which allow the economical production of high molecular weight PLA, cause to decrease of the dependence on conventional plastics for consumer goods and packaging materials. In the research described in this thesis, Novel bioengineering functional copolymer-g-biopolymer-based layered silicate nanocomposites were fabricated by catalytic interlamellar bulk graft copolymerization of L-lactic acid (LA) monomer onto alternating copolymer of maleic anhydride (MA) with 1-octadecene as a reactive matrix polymer in the presence of preintercalated LA…organo-MMT clay (reactive ODA-MMT and non-reactive DMDA-MMT) complexes as nanofillers under vacuum at 80°C. Additionally, the synthesis and characterization of novel functional copolymer-g-biopolymer layered silicate nanocomposites by bulk self-catalytic interlamellar graft copolymerization of preintercalated MMT…L-LA complexes onto poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene) poly(MA-alt-1-OD) as a matrix polymer were fabricated. In this part, the development of a novel approach for the grafting/graft copolymerization of LA onto alternating copolymer of maleic anhydride and 1-octadecene in the presence of MMTs (Na+-MMT and Ag+-MMT) or organoclay (octadecyl amine modified MMT) as a catalyst-nanofiller (3.2 mass%) without use of hazardous conventional thin catalyst through ring opening monoesterification reaction of anhydride units with LA monomer and then its graft copolymerisation to prepare the PLA grafted MMT/copolymer nanocomposites. Another aspect of this work is to evaluate the self-catalytic effects of different clays on graft copolymerization, as well as on chemical and physical structures, thermal properties and morphology of the CPNs. In this thesis, novel biobased/biodegradable/compostable antibacterial St-g-PLA copolymers and St-g-PLA/organoclay nanocomposites were fabricated by using different“green”methods applying as a food packaging and mulching films. The development of new methods for graft copolymerization of L-lactic acid onto starch were evaluated for the first time in the literature for this kind of monomers, such as supercritical carbon dioxide media, microwave irradiation, shear mixing method, and reactive extrusion without using toxic solvents and investigation of the St-g-PLA based film properties. Chemical and physical structures, thermal behavior and morphology of synthesized copolymers and nanocomposites, as well as some parameters were performed by FTIR and ¹³C CP/MAS NMR spectroscopy, MALDI-TOF-MS, XRD, TGA/DTG and SEM/TEM, respectively. The film extrusion in a lab-scale was carried out by using a twin-screw extruder equipped by a film extrusion die, blowing unit and rotating film-uptake. Mechanical properties were evaluated from the tensile stress-strain test data. The effect of St/LA ratio and in situ intercalation/exfoliation process of organoclay on water vapor, O2 and CO2 permeabilities were measured. Films were exposed degradation tests in natural buried soil. Additionally, antibacterial activities of the St-g-PLA based films were obtained and also the food contact analysis of the films were performed. Finally, the real field applications of the St-g-PLA and St-g-PLA/organoclay nanocomposite based films were performed to mulch tomato and pepper seed at greenhouse conditions.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    909009

    Crafting wooden-framed bioplastic composite panels through a diy materials design approach

    Kendin-yap malzeme tasarımı yaklaşımıyla ahşap çerçeveli biyoplastik kompozit panellerin üretimi

    DENİZ TÜMERDEM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilişim Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. LEMAN FİGEN GÜL

  2. Tez No

    346097

    Modifiye montmorillonit ve bunların kullanıldığı biyobozunur nanokompozit tarımsal örtü filmlerinin üretimi

    Production of modified montmorillonite and its biodegredable nanocomposite mulching films

    ÖZLEM EĞRİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe Üniversitesi

    Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ERHAN BİŞKİN

    PROF. DR. ZAKİR RZAYEV

  3. Tez No

    713559

    Development and characterization of polylactic acid based composite materials with antimicrobial properties

    Antimikrobiyal özelliklere sahip polikaktik asit bazlı kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

    MELİKE TUNÇALP

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Makine MühendisliğiEge Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. LÜTFİYE ALTAY

  4. Tez No

    909924

    Yapı sektöründe kullanılan plastiklerin ve biyobazlı alternatiflerinin malzeme seçim kriterlerine göre karşılaştırmalı analizi

    Comparative analysis of plastics and bio-based alternatives used in the construction sector according to material selection methods

    ŞEBNEM DEMİR BİLİCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    MimarlıkGebze Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NİLAY COŞGUN

  5. Tez No

    753042

    Effects of blend morphology and layered silicates' localization on the mechanical, thermal and viscoelastic properties of multiphase biopolymeric systems

    Harman morfolojisinin ve tabakalı silikatların lokalizasyonunun multifazlı biyopolimerik sistemlerin mekanik, termal ve viskoelastik özellikleri üzerine etkisi

    YUSUF KAHRAMAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR

Geri Dön