Geri Dön

Organokil ilaveli biyopolimer nanokompozit gıda ambalajlarının üretimi, karakterizasyonu ve migrasyon özellikleri

Production, characterization, and migration profiles of organoclay enhanced biopolymer nanocomposite food packaging

PDF İndir

  1. Tez No: 995540
  2. Yazar: SEMRA ÇAVUŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUHAMMET ARICI
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Gıda Mühendisliği, Polymer Science and Technology, Food Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Montmorillonit, Montmorillonite
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Gıdaların korunmasında nanokompozit ambalajların kullanımı artmakta olup, biyoesaslı filmlere nanodolgu ilavesi endüstriyel ölçeklenebilir ve sürdürülebilir bir yaklaşım sunmaktadır. Bu çalışmada, montmorillonit nanokili katyonik ve non-iyonik sürfaktanlarla organomodifiye edilerek interkalasyon arttırılmış; elde edilen organokillerin fizikokimyasal özellikleri incelenmiş ve optimum sürfaktan seviyeleri belirlenmiştir. Sitotoksisite analizleri, sağlıklı hücre hattında optimum organokillerin 15,6-250 ppm konsantrasyon aralığında toksik etki göstermediğini ortaya koymuştur. Optimize edilmiş termoplastik nişasta (TPS) ve sodyum aljinat (SA) matrikslerine %1, %3 ve %5 oranlarında organokil ilavesiyle nanokompozit filmler üretilmiştir. Filmlerin spektroskopik, termal, mekanik, renk-optik, bariyer ve morfolojik özellikleri değerlendirilmiştir. Modifiye edilmemiş nanokile kıyasla daha düşük miktarda organokil kullanımı matrikslerin termal özelliklerinde iyileşmeler sağlamış; TPS filmlerde Tg'de yaklaşık %42 artış ve Tm'de %19 azalış elde edilmiştir. Renk analizi, organokil içeren nanokompozitlerin kontrol örneklerine daha yakın değerler sergilediğini ve organomodifikasyonun kilin polimer matriksi içerisinde daha homojen dağılım sağladığını göstermiştir. Organokil ilavesi; görünür bölgeye kıyasla UV bölgede geçirgenliği daha fazla azaltmış (TPS ve SA filmlerde sırasıyla %26–38 ve %20–23) ve görsel saydamlık korunurken yüksek UV bariyer özelliği kazandırmıştır. Mekanik özellikler açısından nanokompozitler, kontrole kıyasla daha yüksek çekme dayanımı ve daha düşük kopma uzaması sergilemiş; bariyer özelliklerinde belirgin iyileşmeler göstermiştir. Organokil ilaveli TPS filmlerde su buharı geçirgenliği %16-28 azalırken, SA filmlerde su absorpsiyon kapasitesi %15-30 ve suda çözünürlük %65-84 oranında düşmüştür. Su temas açısı ölçümleri, nanokompozitlerin yüzey hidrofobikliğinin anlamlı düzeyde arttığını (p<0,05) ortaya koymuştur. Yüzey morfolojisi, organokillerin polimer yapısında modifiye edilmemiş kil içerenlere göre daha homojen dağıldığını ortaya koymuştur. Toplam migrasyon analizlerinde, organokil içeren nanokompozitlerin polar; tüm nanokompozitlerin ise non-polar simulantlarla elde edilen değerleri, mevzuat sınırı olan 10 mg/dm2'nin altında kalmıştır. Ayrıca nanokompozitlerin spesifik element migrasyonları SML limitlerinin oldukça altında bulunmuştur. Bu bulgular, TPS ve SA esaslı biyopolimerlere düşük oranlarda (<%5) organokil ilavesinin, gıda ambalajı uygulamaları için etkin, güvenli ve ekonomik bir nanokompozit alternatif sunduğunu göstermektedir.

Özet (Çeviri)

The use of nanocomposite packaging materials in food preservation has increased, and incorporation of nanofillers into bio-based films offers a scalable and sustainable approach for industrial production. In this study, montmorillonite nanoclay was organomodified with cationic and non-ionic surfactants to enhance intercalation; physicochemical properties of organoclays were investigated, and optimum surfactant levels were determined. Cytotoxicity analyses revealed that organoclays did not exhibit toxic effects on healthy cell lines within 15,6–250 ppm. Nanocomposite films were produced by incorporating 1%, 3%, and 5% organoclays into optimized thermoplastic starch (TPS) and sodium alginate (SA) matrices. The films were characterized in terms of spectroscopic, thermal, mechanical, color–optical, barrier, and morphological properties. Compared to unmodified nanoclay, lower amounts of organoclay contents improved thermal properties of matrices, resulting in an approximately 42% increase in Tg and 19% decrease in Tm of TPS-based films. Color analysis showed that organoclay-containing nanocomposites closely matched control values, and organomodification promoted a more homogeneous clay dispersion within polymer matrix. Organoclay addition reduced UV transmittance more effectively than visible light transmittance, achieving 26–38% and 20–23% reductions in TPS and SA films, respectively, while maintaining transparency. Nanocomposites exhibited higher tensile strength and lower elongation at break, along with enhanced barrier properties. WVP decreased by 16–28% in TPS films, while SA films showed 15–30% and 65–84% reductions in Wa and Ws. Contact angle measurements indicated a significant increase in surface hydrophobicity (p<0,05). Surface morphology revealed more uniform organoclay dispersion than in films with unmodified clay. Total migration tests showed that values in polar and non-polar simulants remained below 10 mg/dm² regulatory limit. Additionally, specific migration of elements was well below established SML limits. These findings demonstrate that incorporation of low amounts (<5%) of organoclay into TPS- and SA-based biopolymers provides an effective, safe and cost-efficient nanocomposite alternative for food packaging.

Benzer Tezler

  1. 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

  2. Tez No

    360619

    Kil takviyeli ve gümüş katkılı polimer nanokompozit üretimi ve antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi

    Production of clay reinforced and silver doped polymer nanocomposites and investigation of their antibacterial properties

    LEMİYE ATABEK SAVAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Mühendislik BilimleriErciyes Üniversitesi

    Malzeme Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. MEHMET HANÇER

  3. Tez No

    869711

    Yeni organokil esaslı polimer katkılarının üretimikarakterizasyonu ve özelliklerinin araştırılması

    Investigation of the production characterization and properties of new organocil-based polymer additives

    EYLEM EROL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Mühendislik BilimleriKahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. GÖKHAN CEYHAN

  4. Tez No

    444753

    Alkid reçine nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyonu

    Preparation and characterization of alkyd resin nanocomposites

    ALİCAN GÜLER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. SENNUR DENİZ

  5. Tez No

    788162

    Montmorillonitin farklı katyonlarla modifiye edilmesi ve nanoorganokil sentezi ile antibakteriyel özelliklerinin incelenmesi

    Modification of montmorillonite with different cations and investigation of its antibacterial properties by nanoorganochil synthesis

    SÜMEYRA ZAHİDE ÖZTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji MühendisliğiSakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATİH ÇALIŞKAN

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT TUNA

Geri Dön