Fabrication of caffeic acid grafted poly(lactide)-b-poly(hydroxyethylmetacrylate films
Kafeik asit aşılanmış poli(laktit)-b-poli(hidroksietilmetakrilat) filmlerinin hazırlanması
- Tez No: 856218
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUHAMMET ÜBEYDULLAH KAHVECİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Artan çevre bilinci ve ekolojik riskler ile biyo-bazlı ve biyo-türevli malzemelere olan ilgi gittikçe artmaktadır. Ambalaj sektörü küresel plastik üretiminde en büyük pazar payına sahiptir ve ambalaj malzemelerinin büyük kısmı petrol bazlı polimerlerden elde edilir. Hem çevresel sorunlara karşı duyulan hassasiyetler hem de gelişen teknoloji ile birlikte gıda ürünlerinin raf ömrünün uzatılması talepleri ambalaj sektöründe sürdürülebilir ve fonksiyonel malzeme bilimi yaklaşımlarına olan ilgiyi arttırmıştır. Gıdaların kalitesini korumak, gıdalardaki değişimlerin izlenmesini sağlamak ve gıdanın raf ömrünü uzatmak amacıyla akıllı ambalajlama sistemleri geliştirilmiştir. Akıllı paketleme sistemleri, akıllı ve aktif paketleme olmak üzere iki ana kategoriye ayrılmaktadır. Akıllı paketleme sistemleri, ürün durumunu izlememizi sağlarken, aktif paketleme sistemleri, gıda ürünlerinin raf ömrünü uzatmak için gıda matrisi ile etkileşime girer. Çoğu aktif paketleme teknolojisi, aktif bileşenlerin paketleme materyalinden gıda maddesine zamanla salınan migrasyonuna dayanır. Gıda ürününe difüze olan bu maddeler tamamen doğal bir içerik arayan tüketiciler için endişe oluşturmaktadır. Ayrıca gıdalardaki katkıların ve koruyucuların azaltılmasını amaçlayan temiz etiket terimi de aktif paketleme teknolojisinde difüze olmayan yeni ambalaj malzemelerinin araştırılmasına yönelik ilgiyi arttırmıştır. Difüze olmayan aktif paketleme sistemlerinde ambalaj malzemesinin kendisi aktif özelliklere sahip olabilir veya aktif bileşen kovalent olarak ambalaj malzemesine bağlanabilir. Gıdalardaki raf ömrünün uzatılması taleplerinin yanında çoğunlukla petrol bazlı plastiklerden üretilen bu ambalaj malzemelerinin daha çevre dostu malzemeler ile ikamesi plastik kirliliğinin azaltılmasına yardımcı olacaktır. Paketleme endüstrisi toplam global plastik üretiminde en büyük paya sahiptir ve bu paketleme malzemelerinin baskın kısmını petrol bazlı plastikler oluşturmaktadır. Bu petrol bazlı ambalaj malzemelerine alternatif olabilecek biyobazlı ve doğada çözünür malzemelere olan ilgi artmıştır. Biyoplastikler biyobazlı kaynaklardan doğrudan veya dolaylı olarak elde edilen, çoğunlukla geri dönüştürülebilir polimerik malzemelerdir. Polilaktit (PLA), yenilenebilir kaynaklardan kolayca elde edilebilen, geri dönüştürülebilen ve geleneksel petrol bazlı plastiklerle yarışabilir fiziksel özellikler gösteren biyo-türetilmiş bir polimerdir. PLA, laktik asit veya laktit monomerinin polimerizasyonundan sentezlenir. Monomerler genellikle mısır nişastası veya şeker kamışı gibi yenilenebilir kaynakların fermantasyonu ile elde edilir. PLA laktik asit monomerinin azeotropik dehidrasyon kondenzasyonu veya kondenzasyon polimerizasyonuyla sentezlenebilir. Ayrıca düşük molekül ağırlıklı polilaktidin dehidrasyonuyla elde edilen laktit monomerinden halka açılma reaksiyonuyla da elde edilebilir. Bu özelliklerinin yanı sıra PLA, fonksiyonel bir gruba sahip değildir ve aktif ambalaj sistemlerinde kullanılmak üzere fonksiyonel bir özellik kazandırmak için diğer malzemelerle birleştirilmektedir. Fenolik bileşikler, bitkilerin birincil metabolitlerinden (karbonhidratlar, amino asitler ve lipitler) meydana gelen ikincil metabolitleridir ve bitkilerin UV radyasyonu ile bakteri, virüs ve mantarlar dahil olmak üzere patojen saldırıları gibi dış tehditlere karşı korunmasından sorumludurlar. Aktif bileşikler sınıfına giren fenolikler bir malzemeyle entegre edildiğinde o malzemeye yeni bir özellik kazandırabilir veya sahip olduğu özelliğin etkisini arttırabilir. Bu bileşikler sınıfına flavonoidler, fenolik asitler, tanninleri ligninler ve stilbenler girmektedir. Fenoliklerin antioksidan özellikleri, bitkilerdeki ve insan diyetindeki radikalleri azaltmada önemli bir role sahiptir. Bu antioksidan mekanizma, radikalleri giderme kapasitesine, metal iyonlarının veya elektronların şelatlanmasına bağlanabilir. Birçok çalışma, toplam fenolik içerik ile bitkilerin antioksidan kapasitesi arasında bir ilişki olduğunu göstermektedir. Genel olarak, bu bileşikler, hidrojen donör özellikleri ile serbest radikalleri temizler. Fenolikler bitkilerde bulunan doğal bileşikler olarak yaygın olarak bilinmekle birlikte, malzeme biliminde polimerlerin antioksidan veya antimikrobiyal işlevselliğini arttırmak veya iyileştirmek için de kullanılırlar. Kafeik asit, fenolik tipte bir asittir ve doğal ürünlerde bulunur. Antioksidan, antienflamatuar ve antimikrobiyal özellikler gösteren kafeik asidin biyoaktif özellikleri aktif bir bileşen olarak polimer malzemelere entegre edilebilir. Bu çalışmada, aktif gıda ambalajı olarak kullanılabilecek potansiyele sahip, antioksidan ve antimikrobiyal, PLA bazlı, kısmen biyobozunur, kafeik asit ile fonksiyonellendirilmiş bir film hazırlanması amaçlanmıştır. Bu çalışmada poli(D,L-laktid)-b-poli(2-hidroksietil metakrilat) kopolimerinin kafeik asit ile fonksiyonlandırılması üzerine sentetik bir yol verilmiştir. Bu kapsamda ilk olarak hem ATRP reaksiyonunda hem de halka açılma polimerizasyonunda başlatıcı olarak kullanılabilen iki fonksiyonel uca sahip 2-bromo-N-(5-hidroksipentil)2-metilpropanamid (BNMP) (verim = %58) maddesi sentezlendi. Başlatıcı, 5-amino-1-pentanol ve 2-bromoizobutiril bromür arasında trietil amin varlığında amidasyon reaksiyonu ile elde edilmiştir. Birinci adımda kalay(II) 2-etilheksanoat (Sn(Oct)2) katalizörlüğünde BNMP'nin hidroksil grubu aracılığıyla laktidin halka açma polimerizasyonu sağlandı (Mn = 9800 g/mol). Bu polimerizasyon eriyik polimerizasyon yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. İkinci adımda, 2-hidroksietil metakrilat (HEMA), PLA-b-PHEMA verecek şekilde poli(laktit) makro başlatıcı kullanılarak kontrollü atom transfer radikal polimerizasyonu (ATRP) metoduyla polimerleştirildi. Son adımda, blok kopolimer, kafeik asitin karboksilik asit grubu ile PHEMA segmentinin hidroksil grupları arasındaki Steglich esterleşme reaksiyonu ile fonksiyonlandırılarak PLA-b-PHEMA-g-CA elde edildi. Aşılama derecesi, bilinen konsantrasyonda kafeik asit standartlarıyla oluşturulan kalibrasyon eğrisinden elde edilen regresyon denklemi kullanılarak hesaplandı ve %60.7 bulundu. Polimerler, nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, boyut eleme kromatografisi (SEC), ultraviyole spektroskopisi (UV) ve kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) ile karakterize edildi. Kafeik asit ile fonksiyonlandırılmış blok kopolimerin biyoaktivitesi DPPH radikal giderme aktivitesi ile gram pozitif (S. aureus.) ve gram negatif (E.coli) bakterilere karşı antimikrobiyal aktivite açısından incelendi. Filmler, solvent döküm tekniği ile farklı miktarlarda PLA-b-PHEMA-g-CA ile yüksek moleküler ağırlıklı ticari PLA karıştırılarak hazırlanmıştır. Ayrıca polimerin yüksek molekül ağırlıklı PLA ile karışımından elde edilen filmlerin mekanik özellikleri de karakterize edilmiştir. Daha fazla bilgi edinmek için filmlerin termal ve yüzey özellikleri sırasıyla diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ölçümleri ve su temas açısı (WCA) ölçümleri ile değerlendirildi. Sonuçlara göre sentezlenen PLA-b-PHEMA-g-CA polimeri biyoaktivite gösterdi. Elde edilen sonuçlara göre sentezlenen PLA-b-PHEMA-g-CA polimeri biyoaktivite göstermiştir.
Özet (Çeviri)
With increasing environmental awareness and ecological risks, bio-based and bio-derived materials have gained attention. The packaging industry has the largest market share in global plastics production, and the majority of packaging materials are derived from petroleum-based polymers. Both environmental concerns and the demand on extended shelf life of food products with the developing technology have increased the interest in sustainable and functional material science approaches in the packaging industry. Smart packaging systems have been developed in order to maintain the quality, to monitor the changes and to extend the shelf life of food. Smart packaging systems are divided into three main categories; intelligent and active packaging. Intelligent packaging systems allow us to monitor product condition, while active packaging systems interact with the food matrix to extend the shelf life of food products. Most active packaging technologies rely on a time-released migration of active compounds from the packaging material to the foodstuff. These substances that diffuse into the food products are a concern for consumers looking for an all-natural ingredient. In addition, the term clean label, which aims to reduce additives and preservatives in food, has increased the interest in researching new non-migratory packaging materials in active packaging technology. In non-migratory active packaging systems, the packaging material itself may have active properties or the active ingredient may be covalently bound to the packaging material. In addition to the demands for extending the shelf life of foods, the replacement of these packaging materials, which are mostly made of petroleum-based plastics, with more environmentally friendly materials will help reduce the plastic pollution. The packaging industry has the largest share in total global plastics production, with petroleum-based plastics making up the predominant portion of these packaging materials. There has been an increasing interest in biobased and biodegradable materials that can be an alternative to these petroleum-based packaging materials. Biopolymers are obtained directly or indirectly from biobased sources mostly recyclable polymeric materials. Polylactide (PLA) is a bio-derived polymer that can be easily obtained from renewable resources, can be recycled and shows comparable physical properties to conventional petroleum plastics. PLA is synthesized from the polymerization of lactic acid or lactide monomer. The monomers are usually obtained by fermentation of renewable sources such as cornstarch or sugarcane. PLA can be synthesized from lactic acid via azeotropic dehydration condensation or condensation polymerization. It can also be obtained by ring opening polymerization lactide monomer obtained by dehydration of low molecular weight polylactide. ROP of lactide monomer is the most extensively used and the most effective technique aspect of high molecular weight and low dispersity. Besides excellent features of PLA, it does not have a functional group and can be combined with other materials to provide a functional property to be used in active packaging systems. Phenolic compounds are secondary metabolites of plants originate from primary metabolites (carbohydrates, amino acids, and lipids) and responsible for protection of plants against external threaths such as UV radiation and pathogen attacks including bacteria, virus and fungi. When phenolics, which are in the class of active compounds, are integrated with a material, they can enhance or improve the bioactive properties of materials. Flavonoids, phenolic acids, tannins, lignins and stilbenes are included in this class of compounds. The antioxidant properties of phenolics have an essential role in reducing the radicals in plants and the human diet. This antioxidant mechanism would be attributed to scavenging capacity of radicals, chelating of metal ions or electrons. Many studies show that there is a correlation between total phenolic contents and the antioxidant capacity of plants. Generally, these compounds scavenge free radicals with their hydrogen donor properties. While phenolics are widely known as natural compounds found in plants, they are also used in material science to enhance or improve the polymers antioxidant or antimicrobial functionality Caffeic acid is a phenolic type acid and found in natural products. The bioactive properties of caffeic acid, which shows antioxidant, anti-inflammatory and antimicrobial properties, can be integrated into polymer materials as an active ingredient. In this study, we aimed to prepare an antimicrobial, PLA based partially degradable caffeic acid functionalized film that has potential to be used in active food packaging. We report a synthetic route for functionalization of poly(D,L-lactide)-b-poly(2-hydroxyethyl methacrylate) copolymer grafted with caffeic acid. First, we synthesized a dual initiator, namely 2-bromo-N-(5-hydroxypentyl)2-methylpropanamide (BNMP) (yield = %58), bearing ATRP initiator and ring opening polymerization. Initiator was synthesized via amidation reaction between 5-amino-1-pentanol and 2-bromoisobutyryl bromide in the presence of triethyl amine. Firstly, ring opening polymerization of D,L-lactide was achieved via hydroxyl group of BNMP using tin(II) 2-ethylhexanoate (Sn(Oct)2) as catalyst (Mn = 9800 g/mol). This polymerization was carried out by the melt polymerization method. Secondly, 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) was polymerized through atom transfer radical polymerization (ATRP) using poly(D,L-lactide) macroinitiator yielding the block copolymer, PLA-b-PHEMA. Eventually, the block copolymer was functionalized via Steglich esterification reaction between caffeic acid and hydroxyl groups of PHEMA segment to obtain PLA-b-PHEMA-g-CA. The polymers were characterized by size exclusion chromatography (SEC), nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), ultraviolet-visible (UV-Vis), and infrared (IR) spectroscopies. The grafting degree was calculated by using the regression line of caffeic acid standards at known concentrations and found 60.7%. The bioactivity of the caffeic acid functionalized block copolymer was investigated with DPPH for radical scavenging activity and antimicrobial activity against gram-positive (S. aureus.) and gram-negative (E.coli) bacteria. The films were prepared by mixing different amounts of PLA-b-PHEMA-g-CA with the high molecular weight of commercial PLA via solvent casting technique. The mechanical properties of the films obtained from the mixture of copolymer with high molecular weight PLA were also examined. To gain further insight, the thermal and surface properties of the films were evaluated with differential scanning calorimetry (DSC) measurements and water contact angle measurements(WCA), respectively. According to the results, the synthesized PLA-b-PHEMA-g-CA polymer showed bioactivity.
Benzer Tezler
- Farmasötik ve gıda örneklerinde çeşitli ilaç ve moleküllerin duyarlı ve seçimli bir şekilde saptanması için nanoparçacık temelli yeni nanoyapılı voltametrik sensörlerin üretilmesi
Fabrication of novel nanostructured voltammetric sensors based on nanoparticles for the sensitive and selective determination of various drugs and molecules in pharmaceuticals and food samples
TUĞÇE TEKER
- Biyouyumlu akıllı polimerik nanoparçacık geliştirilmesi ve kontrollü ilaç salınım uygulamaları
Development of biocompatible smart polymeric nanoparticles for controlled drug relase applications
MEHMET ULAŞAN
Doktora
Türkçe
2014
BiyokimyaSelçuk ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUNUS ÇENGELOĞLU
DOÇ. DR. MUSTAFA SELMAN YAVUZ
- Fabrication and characterization of gelatin based active nanofibers by centrifugal spinning
Merkezkaç kuvvetiyle eğirme yöntemiyle jelatin bazlı aktif nanofiberlerin üretilmesi ve karakterizasyonu
GÜNEŞ SU GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Gıda MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET GÜLÜM ŞÜMNÜ
PROF. DR. SERPİL ŞAHİN
- Anodik oksidasyon metoduyla yüksek engelli ve yüzey pasivasyonlu Sn/p-Si schottky diyotlarının fabrikasyonu
Fabrication of Sn/p-Si schottky diodes with high barrier and surface passivation by anodic oxidation method
CABİR TEMİRCİ
Doktora
Türkçe
1999
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLMECİT TÜRÜT
- Saf ve iyonik sıvı katkılı perovskite filmlerin slot-die (yarık-kalıp) kaplama tekniği ile üretimi
Fabrication of bare and ionic liquid doped perovskite films with slot-die coating technique
MURAT EBİÇ
Doktora
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FARUK ÖZEL
DOÇ. DR. SEÇKİN AKIN