Biyoesaslı/biyobozunur polimerlerin sentezi ve film oluşturma özelliklerinin araştırılması
Synthesis of biodegradable/biobased polymers and investigation of their film forming properties
Yazar: GÖKHAN TEZCAN
Danışman: DOÇ. DR. F.YEŞİM EKİNCİ ; PROF. DR. ERHAN BİŞKİN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Ambalaj materyalleri = Packaging materials ; Ambalajlama = Packaging ; Hacettepe Üniversitesi = Hacettepe University ; L-laktik asit = L-lactic acid

Özet:
Bu çalışmanın amacı, biyoesaslı/biyobozunur polimerlerin üretilmesi ve bunlardan elde edilen filmlerin özelliklerinin araştırılmasıdır. Polimerik filmlerin esas olarak poli (L-laktik asit) (PLLA)'dan meydana gelmesi öngörülmüştür. PLLA polimeri, petrolkökenli polimerlere göre (polipropilen, polietilen, polistiren vs..) yakın özellikler göstermesi, biyobozunur, yenilenebilir kaynaklı olması ve hızla ilerleyen atık sorununa önemli bir çözüm olması nedeniyle kullanımı söz konusudur. Yapılan tez çalışmasında, maliyetlerin düşürülmesi, biyobozunurluk, mekanik ve bariyer özelliklerinin iyileştirilmesi için doğal mısır nişastası, L-laktik asit (LLA) ile farklı oranlarda polimerize edilmiştir. Doğal mısır nişastası, periyodat ile %30 ve %75 oranlarında okside edilmiş (Modifiye Nişasta, MN1, MN2) ve bunlar titrasyon, FTIR, DSC/TGA ile karakterize edilmiştir. Polimerizasyon, farklı monomer ve katalizör oranlarında 90ºC'de vakum altında 9 saat boyunca gerçekleştirilmiş, katalizör olarak 0.4M NaOH çözeltisi ve Sn(Oct)2 kullanılmıştır. Polimerler, FTIR, NMR, DSC/TGA ve titrasyon yöntemi ile karakterize edilmiştir.Çalışmanın ikinci adımında ise üretilen polimerler iyice kurutulduktan sonra ?baskılı kalıplama yöntemi? ile farklı sıcaklık, basınç ve sürelerde film haline getirilmiştir. Elde edilen filmlerin çekme-uzama testleri yapılarak modulüs, maksimum çekme geriniminde uzama ve tensile gerilimi gibi değerlerine bakılmış; %75 oranında oksitlenen Nişasta (Modifiye Nişasta 2, MN2)/LLA/gliserin : 1/5/0,2 oranında yapılan polimerinde yapının maksimum yük altında çekme uzaması değerinin en fazla, modül değerinin en düşük ve tokluğunun en fazla olduğu görülmüştür. Filmlerin kompost ortamdaki biyobozunurluklarına bakıldığında polimerdeki nişasta oranı arttıkça biyobozunmanın birim zamanda daha fazla olduğu anlaşılmıştır. Üretilen filmlerin su buharı geçirgenlikleri testlerinden MN/LLA/gliserin ile yapılan filmlerinde, Nişasta/LLA filmlerine göre geçirgenlik değerlerinin arttığı belirlenmiştir. O2 geçirgenlik testi için en 20-16 cm'lik örnekler gereksinim olduğundan sadece, MN2/LLA/gliserin : 1/5/0.2 oranındaki polimerin (KP16) bu değeri ölçülmüş ve %21 O2'deki geçirgenlik değeri 98,84 cc/m2-gün olarak bulunmuştur.Yapılan tez çalışmasının son aşamasında ise üretilen filmlerin, S.aureus bakterisi kullanılarak antimikrobiyel testi yapılmış, -80ºC'de muhafaza edilen Mikroorganizma aktifleştirilmiş, sıvı besi ortamına aktarılmış ve 24 saat boyunca inkübe edilip, buradan katı besi ortamına aktarılmıştır. Katı besi ortamından elde edilen tek kolonilerden bir tanesi alınarak sıvı ve katı besi ortamlarına ekilmiş, geliştirilen bu mikroorganizma deneylerde kullanılmış ve 5x5 cm'lik boyutlarda kesilen filmlerin üzerine eklenerek, film yüzeyinde gelişip gelişmedikleri sayım yöntemi ile incelenmiştir. Nişasta/LLA filmlerinde, LLA oranı arttıkça mikroorganizmaların gelişmediği/sayılarının azaldığı ve MN/LLA polimerik filmlerin üzerlerinde/altlarında mikroorganizmaların gelişmediği görülmüş ve KP16'nın antimikrobiyel olarak en başarılı film olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The aim of this study is to synthesis of biobased/biodegradable polymers and to investigate of their film forming properties. Basically, the films are made from PLLA based. PLLA polymeric films are chosen, due to they show comparable properties with the commoditive petrobased polymers like (Polyproylene, polyethylene, polystyrene..), they are biodegredable, recyclable material and nowadays, there is a progressing waste trouble. In this study, the natural corn starch is polymerized with L-lactic acid (LLA) different monomers ratio in order to decrease costs, enhance the mechanical and barrier properties. Natural corn starch is modified with sodium periodate to obtain %30 and %75 oxidized starch (Modified Starch) and is characterized by FTIR, DSC/TGA and titration methods. Polymerization is carried out in different monomer and catalyst ratios at a temperature of 90ºC, under vacum conditions and it takes 9 hours. Two catalyst are used one of them is 0,4M NaOH solution and the other one is Sn(Oct)2. Polymers are characterized with FTIR, NMR, DSC/TGA and titration methods.In the second part of the study, after the produced polymers are dried well, they are converted to the film form in the condition of different temperature, pressure and times by using ?compression moulding? method. The obtained films are exposed to the tensile stress-strain testing. One of them is ratio of %75 oxidized starch (Modified Starch, MN2)/LLA/glycerin respectively in a ratio of 1/5/0,2 polymeric films are the best one in terms of mechanical properties. Because of its low modulus, high elasticity and maximum elongation under the maximum load. And the films are exposed to degredation testing under the composting medium. It is seen that the more starch in the polymer, the higher degredation occurs. When the films are exposed to water vapor permeability testing it is claimed that among the polymeric films, Starch/LLA polymers are better than modified Starch/LLA one. For the oxygen permeability testing, only one of them, MN2/LLA/gliserin in a ratios of 1/5/0.2 (KP16) is chosen owing to the big sample scale, 20-16cm. And this value is 98.84 cc/m2-day in %21O2.The last part of this study is to investigate films? antimicrobial properties by choosing one pathogenic microorganizm called S.aureus. The microorganizm protected at a temperature of -80ºC transferred to broth medium and they are incubated in 24 hours and it is transferred to the agar medium. The progressing microorganizm in the agar and broth medium is used at the study. The activated microorganizm is added to the films which are cut at 5x5 cm, whether they are develop on the films by using ?counting method?. The more LLA ratios in Starch/LLA polymeric films are, the less produce microorganizm over/under the films. Indeed, MN/LLA polymeric films are the best in terms of antimicrobial testing. Especially MN2/LLA added glyserin polymeric film is the most succesfull film.