Biyobazlı katkı maddeleri ile kağıdın mukavemet ve bariyer özelliklerinin geliştirilmesi
Enhancement of strength and barrier properties of paper using bio-based additives
- Tez No: 975819
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLKNUR KÜÇÜK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kâğıt endüstrisinde sürdürülebilir üretim hedefleri doğrultusunda, yenilenebilir kaynakların kullanımına yönelik çalışmalar artış göstermektedir. Özellikle ambalaj ve gıda paketleme uygulamalarında, kâğıdın yalnızca mekanik dayanımı yeterli bulunmamakta; aynı zamanda su, yağ ve gaz gibi dış etkenlere karşı yüksek düzeyde bariyer performansı sergilemesi beklenmektedir. Bu doğrultuda, biyobozunur biyopolimer katkılarla geri dönüştürülmüş kâğıtların fonksiyonel özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik araştırmalar, çevresel sürdürülebilirliğe katkı sunan önemli çözümler arasında yer almaktadır. Bu çalışmada, doğal polisakkarit yapılı kitosan ve sodyum aljinatın, modifiye nişasta bazlı yüzey boyutlandırma çözeltilerine farklı oranlarda (%5, %10, %15) ilavesiyle oluşturulan çözeltilerin geri dönüştürülmüş kâğıt üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Hazırlanan numunelerin mekanik özellikleri kısa süreli ezilme (SCT), patlama, kopma ve uzama testleriyle; bariyer özellikleri ise Cobb60 su emicilik ve KIT yağ geçirgenlik testleriyle analiz edilmiştir. Kağıtların yüzey morfolojisi Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskopu (FE-SEM) ile analiz edilmiştir. Kaplamaların kimyasal yapısı, Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) ile karakterize edilmiştir. Sonuçlar, %15 oranında %1'lik kitosan çözeltisi kullanılarak hazırlanan boyutlandırma çözeltisi KIT15 ile kaplanmış geri dönüştürülmüş kâğıdın, SCT değerinde 2,03 kN/m'den 2,25 kN/m'ye yükselerek yaklaşık %11 oranında bir iyileşme sağladığını göstermiştir. Benzer şekilde, %15 oranında %1'lik aljinat çözeltisi kullanılarak hazırlanan ALG15 ile kaplanmış geri dönüştürülmüş kâğıtta, SCT değeri 2,13 kN/m'ye ulaşarak yaklaşık %5'lik bir artış elde edilmiştir. Ayrıca, KIT15 numunesinde su emicilik değeri 134 g/m²'den 60 g/m²'ye düşerek yaklaşık %55 oranında iyileştirilmiştir. ALG15 numunesi ise KIT yağ geçirgenliği açısından 1'den 3 seviyesine çıkarak yaklaşık %34 oranında gelişme göstermiştir. Düşük katkı oranlarına sahip olan KIT5 ve ALG5 numunelerinde, SCT değerleri sırasıyla 2,11 kN/m ve 2,12 kN/m olarak belirlenmiş; bu değerler, yalnızca sınırlı düzeyde mekanik iyileşmeyi ifade etmiştir. Öte yandan, kopma, uzama ve diğer bariyer özelliklerine ilişkin testlerde anlamlı bir gelişim gözlenmemiştir. Elde edilen veriler, katkı oranı arttıkça kitosanın su emiciliği azaltma ve mekanik dayanımı artırma; aljinatın ise yağ bariyer özelliklerini iyileştirme açısından daha etkili olduğunu ortaya koymuştur. Sonuç olarak, bu çalışma, biyobozunur kitosan ve aljinat katkılarının, geri dönüştürülmüş kâğıtların yüzey boyutlandırma çözümlerinde etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermekte; sürdürülebilir, çevre dostu ve işlevsel ambalaj malzemeleri geliştirilmesi adına önemli bir katkı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In the paper industry, studies focusing on the use of renewable resources are gaining increasing importance in line with sustainable production goals. Especially in packaging and food wrapping applications, the mechanical strength of paper alone is not considered sufficient; it is also expected to exhibit high barrier performance against external factors such as water, oil, and gas. In this context, research aimed at enhancing the functional properties of recycled paper through biodegradable biopolymer additives has emerged as a promising solution contributing to environmental sustainability. In this study, the effects of chitosan and sodium alginate—natural polysaccharides—were investigated by incorporating them at different volumetric ratios (5%, 10%, 15%) into modified starch-based surface sizing solutions applied to recycled paper. The mechanical properties of the coated papers were evaluated using short-span compression (SCT), burst, tensile strength, and tensile stretch tests, while their barrier properties were assessed through Cobb60 water absorptiveness and KIT oil resistance tests. The surface morphology of paper investigation of FESEM. The chemical structure of the coatings was characterized The results showed that the recycled paper coated with the KIT15 solution, containing 15% of a 1% chitosan solution, exhibited an increase in SCT value from 2.03 kN/m to 2.25 kN/m, indicating an improvement of approximately 11%. Similarly, the ALG15 sample, prepared with 15% of a 1% alginate solution, reached an SCT value of 2.13 kN/m, showing a 5% increase. Additionally, the water absorptiveness of the KIT15 sample was reduced by about 55% (from 134 g/m² to 60 g/m²), and the oil resistance level of the ALG15 sample improved from 1 to 3, corresponding to a 34% enhancement. In contrast, lower additive ratios (KIT5, ALG5) resulted in limited mechanical improvements, and no significant enhancement was observed in other barrier properties. In conclusion, this study demonstrates that biodegradable chitosan and alginate additives can be effectively utilized in surface sizing formulations for recycled paper, offering sustainable, environmentally friendly, and functional alternatives for paper-based packaging materials.
Benzer Tezler
- Biyobazlı katkı maddeleri ile geri dönüştürülmüş kağıdın mukavemet özelliklerinin ve kırılma direncinin iyileştirilmesi
Improvement of strength properties and fracture resistance of recycled paper using biobased additives
SEDANUR POLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKNUR KÜÇÜK
- Sürdürülebilir deri üretimi için biyobazlı organik tabaklama maddesinin sentezi ve deri üretiminde kullanılabilirliğinin araştırılması
Synthesis of bio-based organic tanning agent and investigation of its usage in sustainable leather production
AL MIZAN
Doktora
Türkçe
2025
Deri MühendisliğiEge ÜniversitesiDeri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHRİ BAŞARAN
- Alev geciktirici özelliklere sahip biyobazlı termoplastik poliüretanların petrol esaslı termoplastik poliüretanlarla karşılaştırılması
Biobased thermoplastic polyurethanes with flame retardant properties in comparison with petroleum - based thermoplastic polyurethanes
MELTEM BAŞBAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiMarmara ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLHAN KAYAMAN APOHAN
- Industrial scale sustainable nanocomposite production by melt mixing technique
Eriyik harmanlama tekniği ile endüstriyel ölçekte sürdürülebilir nanokompozit üretimi
NESRİN AVCIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MOHAMMADREZA NOFAR
DR. MUSTAFA DOĞU
- PHBV biyopolimer kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of PHBV biopolymer composites
AYBEN ASENA ÇÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUALLA ÖNER