Gıda ambalajı uygulamaları için çapraz bağlı nişasta/polivinil alkol kompozit filmlerin mekanik ve yapısal özelliklerine sıcaklık, ultraviyole radyasyon ve ön uzama etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of temperature, ultraviolet radiation and pre-strain on the mechanical and structural properties of crosslinked starch/polyvinyl alcohol composite films for food packaging applications
- Tez No: 931630
- Danışmanlar: PROF. DR. BAKİ AKSAKAL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Sitrik asit, mekanik dayanım, iyileşme süreçleri, çapraz bağlama, ısıl işlem, Citric acid, mechanical strength, healing processes, crosslinking, thermal processing
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 149
Özet
Bu tez çalışmasında öncelikle biyobozunabilir polimer olan polivinil alkol ile doğal pirinç nişastası karışımına çapraz bağlayıcı (sitrik asit ve gluteraldehit) kullanılarak elde edilen kompozit filmlerin mekanik (mekanik dayanım, elastiklik, vb.) ve diğer özellikleri (spektroskopik, termal vb) iyi olan çevre dostu doğal gıda paketleme malzemelerini elde etmeyi amaçlanmaktadır. Bunun yanında, farklı termal ve UV radyasyona maruz kaldıktan sonra, filmlerin özelliklerinde meydana gelen değişimler detaylı bir şekilde incelenecektir. Aynı zamanda, paketleme ambalajlarında kullanılacak olan filmlerin uygulanan farklı ön uzama deformasyonlardan sonra meydana gelen gerilim-gevşeme (relaksasyon) ve deformasyonların iyileşme süreçlerinin ve bu süreçlere sitrik asit gibi çapraz bağlayıcıların etkisinin de detaylı bir şekilde incelenmesi amaçlanmaktadır. Mekanik özellikleri açısından, farklı RS/PVA oranlarında incelendiğinde RS oranı %20 ye kadar artıkça çekme dayanımın 42 MPa kadar ve Young modülü değerinin de 2914 MPa civarına arttığı ve daha sonra artan RS miktarıyla çekme dayanımın 25 MPa civarına 1896 MPa'a kadar azalma eğiliminde olduğu görülmektedir. Filmlerin uzayabilirlikleri ise düştüğü ve RS %10 katkısın da bile %9 civarına önemli şekilde azaldığı görülmektedir. RS/PVA(20/80) kütle oranındaki filmlerin daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir. Çapraz bağlayıcı katkısının optimal %5 oranında olduğu anlaşılmıştır. Bu orandaki filmlerde mekanik dayanım değerini 56 MPa civarına çıktığı ve sonraki sitrik asit oranlarda hazırlanan filmlerde nisbeten azaldığı görülmüştür. Bunun yanında plastikleştirici olarak çeşitli oranlarda gliserol (GLY) kullanarak bu tür filmlerin elastiklik özelliklerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. GLY katkısının %10 olduğu zaman filmlerin hem mekanik dayanımların da hem de kopmadaki değer oranlarının diğer sonuçlara göre daha iyi bir değer olduğu görülmüştür. Ayrıca, RS/PVA(20/80) kompozit filmlerine farklı oranlarda sitrik asit ile gliserol katkılı plastikleştirilmiş filmlerin çapraz bağlamasını termal olarak arttırmak için T=50 °C, 100 °C, 130 °C ve 165 °C'de 5 dk kısa süreli sıcaklıklardaki termal işlemler uygulanmış ve en iyi çapraz bağlama sıcaklık değerinin ve süresinin 130 °C de 5 dk olduğu bulunmuştur. Ayrıca, filmlerin mekanik ve diğer özelliklerine uzun süreli termal etkiler, T=50 °C, 80 °C, +4 °C uzun süreli (1,3,7 gün) ısıtmalardan sonra incelenmiştir. Ayrıca, kompozit filmlerin gıda ambalajı uygulamalarında da karşılaşabileceği farklı deformasyon seviyeleri için gerilim-gevşeme deneyleri yapılarak uygulanmış deformasyonların iyileşme süreçleri uzun zaman aralıklarında incelenmiştir. Sitrik asidin bu süreçlere etkisi anlaşılmaya çalışılmıştır. Kompozit filmlerin mekanik özelliklerindeki değişimleri yapısal, spektroskopik, ve termal özelliklerdeki değişimlerle karşılaştırabilmek yapı ve özellikler arasındaki ilişkileri kurabilmek için farklı film örneklerinde UV-Viz, DSC, TG-DTA, XRD gibi metotlarla ölçümler yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, first of all, it is aimed to obtain environmentally friendly natural food packaging materials with good mechanical (mechanical strength, elasticity, etc.) and other properties (spectroscopic, thermal, etc.) of composite films obtained by using crosslinkers (citric acid and glutaraldehyde) in a mixture of biodegradable polymer polyvinyl alcohol and natural rice starch. In addition, the changes in the properties of the films after exposure to different thermal and UV radiation will be studied in detail. At the same time, it is aimed to examine in detail the stress-relaxation and deformation recovery processes that occur after different pre-elongation deformations applied to the films to be used in packaging packages and the effect of crosslinkers such as citric acid on these processes. In terms of mechanical properties, when examined in different RS/PVA ratios, it is seen that as the RS ratio increases up to 20%, the tensile strength increases up to 42 MPa and the Young's modulus value increases to around 2914 MPa, and then with increasing RS amount, the tensile strength tends to decrease from around 25 MPa to 1896 MPa. The extensibility of the films decreased and decreased significantly to around 9% even at 10% RS doping. It was observed that films with RS/PVA (20/80) mass ratio gave better results. It is understood that the optimal crosslinker additive is 5%. It was observed that the mechanical strength value increased to around 56 MPa in films at this ratio and decreased relatively in films prepared at subsequent citric acid ratios. In addition, it was aimed to improve the elasticity properties of such films by using glycerol (GLY) at various ratios as plasticizer. It was observed that when the GLY additive was 10%, both the mechanical strength and the rupture value ratios of the films were better than the other results. In addition, in order to thermally enhance the crosslinking of RS/PVA(20/80) composite films with different ratios of citric acid and glycerin doped plasticized films, thermal treatments at T=50 °C, 100 °C, 130 °C and 165 °C for 5 min were applied and the best crosslinking temperature value and time was found to be 5 min at 130 °C. Furthermore, the long-term thermal effects on the mechanical and other properties of the films were investigated after long-term heating (1,3,7 days) at T=50 °C, 80 °C, +4 °C. In addition, stress-relaxation experiments were performed for different deformation levels that the composite films may encounter in food packaging applications and the recovery processes of the applied deformations were investigated at long time intervals. The effect of citric acid on these processes was tried to be understood. In order to compare the changes in the mechanical properties of the composite films with the changes in the structural, spectroscopic and thermal properties and to establish the relationships between the structure and properties, measurements were made on different film samples using methods such as UV-Viz, DSC, TG-DTA and XRD.
Benzer Tezler
- Yara örtücü ve benzeri uygulamalarda kullanılmak üzere biyopolimerik filmler geliştirilmesi
Biopolymers; as a wound dressing and similar applications, production and properties
NİL ERGE AKKAYA YILDIRIMLI
- Aljinat filmlerinde dış çapraz bağlama ve gliserin katkısının yapı ve fiziksel özelliklere etkileri
Effect of calcium crosslinking and glycerol plasticizing in alginate films
MELİSA BERBEROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE HÜCESTE GİZ
- Alginat-kitosan bazlı biofilm sentezi için deneysel tasarı uygulaması
Experimental design application for alinate-chitosan based biofilm synthesis
TUĞÇE ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SEYFULLAH KEYF
- Development of permanent chemical hydrogel films based on chitosan and carboxy methyl cellulose for moisture absorbing packaging films
Nem tutucu ambalaj filmi olarak kitozan ve karboksimetil selüloz bazlı dayanıklı hidrojel film geliştirilmesi
HATİCE SEMİZER AKSOY
Doktora
İngilizce
2017
Gıda MühendisliğiYeditepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ERDE CAN
DR. İBRAHİM SANİ ÖZDEMİR
- Production and properties of biopolymer based fibers and films
Biyopolimer tabanlı fiber ve filmlerin üretimi ve özellikleri
TUĞÇE KÖROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM