Biyonanokompozitlerin bariyer özelliklerine seramik parçacıkların etkisi
The effect of ceramic particles on the barrier properties of bionanocomposites
Yazar: GÜLNUR KIZIL
Danışman: PROF. DR. MUALLA ÖNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde plastik endüstrisi büyük oranda petrole bağımlı olup, dünya çapındaki yıllık plastik tüketimi 200 milyon tonu aşmış durumdadır. Yaygın olarak kullanılan plastik malzemeler doğada çok uzun yıllar kalmakta, toprak ve su kirliliğine yol açmakta ve ekosisteme zarar vermektedir. Çevre kirliliği problemleri ve fosil bazlı kaynakların giderek azalması, yenilenebilir hammadde kaynakları ve biyomateryallere olan ilginin artmasına sebep olmuştur. Biyobozunur polimerler  çeşitli mikroorganizmaların enzimatik aktiviteleriyle bozunabilen, bozunma ürünleri toksik olmayan malzemelerdir. Biyokütle, mikroorganizmalar ve doğal monomerler gibi yenilenebilir kaynakları olan biyobozunur polimerler paketleme gibi kısa süreli kullanım uygulamalarında bozunur olmayan malzemelere ilgi çekici bir alternatiftir. Biyopolimerler çevresel olarak çok büyük avantajlara sahip olsalar da endüstriyel kullanımlar için bazı yapısal ve performans özellikleri istenen düzeyde olmayabilir. Çeşitli dolgu maddeleri ile desteklenen biyopolimer bazlı biyonanokompozitler, sahip oldukları geliştirilmiş özellikleri ile bu problemlerin önüne geçme fırsatı sunmaktadır. Bu çalışmada polihidroksialkanoat ailesinin en bilinen üyelerinden PHBV ile inorganik yapıda seramik bir malzeme olan h-BN biyonanokompozitleri PHBV'nin gaz bariyer, mekanik ve termal özelliklerini geliştirme amaçlı üretilmiştir. PHBV polihidroksialkanoat ailesinin bir üyesi olup doğası gereği yüksek kristaliniteye sahip bir polimerdir. İnorganik yapıda seramik bir malzeme olan grafen benzeri h-BN; düşük yoğunluklu, modülü yüksek, termal olarak iletken ve stabil, kimyasallara ve korozyona dirençli bir malzemedir. Eriyik harmanlama ve çözelti döküm yöntemleriyle hazırlanan PHBV/BN biyonanokompozitler SEM, XRD, FTIR, DSC, TGA analizleriyle karakterize edilmiş; gaz geçirgenlik ve mekanik özellikleri ölçülmüştür. BN katkısı sayesinde PHBV'nin gaz geçirgenlik değerleri eriyik harmanlama yöntemi ile % 36,36; çözelti döküm yöntemi ile %99' a kadar iyileştirilmiştir. Eriyik harmanlama yöntemi ile üretilen nanokompozitlerin Young modülü %19, çözelti döküm yöntemiyle üretilen nanokompozitlerin gerilim depolama modülü ise ultrasonikasyon uygulanmış polimer matrise göre %146 oranında iyileşme göstermiştir. Sonuçta her iki yöntemde de h-BN katkısının PHBV'nin özelliklerinin iyileştirilmesinde başarılı olduğu görülmüştür.

Abstract:
Today, the plastics industry is substantially dependent on petroleum, and annual consumption of plastics worldwide has exceeded 200 million tonnes. Conventional plastic materials stay in nature for many years, causing soil and water pollution and damaging the ecosystem. The problems of environmental pollution and the decreasing of fossil-based resources have led to increased interest for renewable raw materials and biomaterials. Biodegradable polymers are degradable products which can be degrade by enzymatic activities of various microorganisms, and degradation products are nontoxic. Biodegradable polymers are attainable from renewable resources such as biomass, microorganisms and natural monomers. They are attractive alternatives to non-degradable materials in short-term applications such as packaging. Although biopolymers have many environmental advantages, some structural and performance properties may not be satisfactory for industrial use. Biopolymer based bio-nanocomposites which supported by various fillers offer the opportunity to overcome these problems with their improved properties. In this study, PHBV/BN bio-nanocomposites have produced for the purpose of improving gas barrier, mechanical and thermal properties of PHBV. PHBV which is one of most known member of PHA family has inherent crystallinity. h-BN is an inorganic ceramic material which has graphen like properties has low density, high modulus, thermally conductive and stabile, resistance to corrosion and chemicals. PHBV/BN bio-nanocomposites have prepared via using melt mixing and solution casting methods. Nanocomposite films have characterized by SEM, XRD, FTIR, DSC, TGA analysis. Gas barrier properties and mechanical properties of nanocomposites have evaluated. Gas permeability values of PHBV have increased  up to 36,36% for melt blending method, up to 99% for solution casting method. The Young's modulus of nanocomposites which produced by the melt blending method has enhanced by 19%. The tensile storage modulus of nanocomposites which produced by solution casting method has improved by 146%. In conclusion, the addition of h-BN has succeed in improving the properties of PHBV for both method.