Polivinil alkol temelinde biyopolimer katkılı filmlerin paketleme uygulamaları için özelliklerinin geliştirilmesi
Improvement of the properties for the packaging applications of the films based on polyvinyl alcohol with the addition of biopolymer
Yazar: SELMA GÜL
Danışman: DOÇ. DR. BAKİ AKSAKAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Günümüzde petrol bazlı kimyasallardan elde edilen geleneksel plastikler (düşük yoğunluklu polietilen, polipropilen vb.) gıda paketleme ambalajlarında ve birçok farklı paketleme malzemeleri olarak kullanılmaktadır. Bu plastik atıklarının insanlar ve çevre için son derece zararlı etkisi olmakta ve çevre için olumsuz sonuçlar doğurmaktadır. Bu sorunları en aza indirmek için, çevre dostu ve plastik malzemelere biyobozunur özellik kazandırmak amacıyla çalışmalar yapılmaktadır. Son yıllarda özellikle ipek fibroin, nişasta, çitosan, vb biyopolimer katkılarıyla elde edilen kompozit filmlerin bu tarz gıda ve farklı tür paketleme ambalajları olarak kullanılmasına yönelik araştırmalar dikkat çekmektedir. Bu tez çalışmasında, paketleme ambalajlarında kullanılmak üzere nişasta/ipek fibroin/polivinil alkol karışımlarından daha doğal kompozit filmler üretilerek farklı katkı oranları için filmlerin mekanik, morfolojik, spektroskopik, yapısal ve termal özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Mekanik test sonuçlarından, RS oranı arttıkça RS/PVA kompozit filmlerin kopma uzama değerleri, %280 civarından, %25-30'a inerken, Young modülü değeri 165 MPa civarından, 1560 MPa civarına kadar, yaklaşık 9-10 kat arttığı görülmektedir. RS/PVA kompozit filmlerin mekanik özelliklerini geliştirmek için SF katkısı incelendiğinde, SF katkı oranları arttıkça, özellikle RS/PVA (20/80) filmlerinden itibaren, mekanik dayanım, elastiklik modülü ve rijitliklerinin önemli derecede arttırdığı görülmüştür. Bu kompozit filmlerin özelliklerine, termal işlem ve UV radyasyon etkisi uzun süreler için incelenmiştir. Kompozit filmlerin ışık geçirgenlikleri incelendiğinde, RS/PVA filmlerinde RS oranı 10 dan 50'ye arttıkça filmlerin ışık geçirgenlikleri azalarak opaklık değerleri 5-6 kat artmıştır. SF/PVA kompozit filmlerin artan SF oranlarıyla filmlerin opaklıkları SF/PVA (20/80) oranına kadar arttığı ve daha fazla SF katkısı ile düşme eğiliminde olmuştur. 
Ayrıca, kompozit filmlerin paketleme uygulamalarında da karşılaşabileceği farklı deformasyon seviyeleri için gerilim-gevşeme deneyleri yapılarak uygulanmış deformasyonların iyileşme süreçleri uzun zaman aralıklarında incelenmiştir. RS/PVA (20/80) filmlerin %2- %10 ilk uzama deformasyonlarından tamamen iyileşme süreleri 4059 dk'dan 34560 dk'ya artarken, %5 ipek fibroin katkısıyla bu değerler 1235 dk' dan 12640 dk'ya arttığı ve düşük SF katkısının bu iyileşme süreçlerini önemli derecede hızlandırdığı görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler: İpek fiborin, nişasta, UV-radyasyon, mekanik dayanım, iyileşme süreçleri

Abstract:
In today's context, conventional plastics derived from petroleum-based chemicals (such as low-density polyethylene, polypropylene, etc.) are extensively used in food packaging and various packaging materials. The harmful impact of these plastic wastes on humans and the environment results in adverse consequences for the environment. In order to minimize these issues, efforts are underway to imbue environmentally friendly and biodegradable properties into plastic materials. In recent years, research has particularly focused on composite films obtained through the addition of biopolymers such as silk fibroin, starch, chitosan, etc., for use in food and different types of packaging.
This thesis aims to produce more natural composite films for packaging by using starch/silk fibroin/polyvinyl alcohol (PVA) mixtures, and the mechanical, morphological, spectroscopic, structural, and thermal properties of the films are thoroughly investigated for various additive ratios. From the mechanical test results, it is observed that as the silk fibroin ratio increases, the tensile elongation values of starch/silk fibroin/PVA composite films decrease from around 280% to 25-30%, while the Young's modulus value increases from approximately 165 MPa to 1560 MPa, indicating an approximately 9-10-fold increase.
When examining the influence of silk fibroin (SF) addition to enhance the mechanical properties of RS/PVA composite films, it is observed that with increasing SF ratios, especially from RS/PVA (20/80) films onwards, there is a significant increase in mechanical strength, elastic modulus, and rigidity.
The properties of these composite films are investigated over extended periods under thermal treatment and UV radiation. When studying the light transmittance of the composite films, it is found that as the RS ratio increases from 10 to 50 in RS/PVA films, light transmittance decreases, and opacity values increase by 5-6 times. The opacities of SF/PVA composite films increase with higher SF ratios up to SF/PVA (20/80), and further SF addition tends to decrease opacity.
Additionally, stress-strain experiments are conducted to assess the recovery processes of applied deformations for different deformation levels that composite films may encounter in packaging applications. The recovery times for complete recovery from 2% to 10% initial elongation deformations of RS/PVA (20/80) films increase from 4059 minutes to 34560 minutes, whereas with a 5% silk fibroin addition, these values increase from 1235 minutes to 12640 minutes, indicating that low SF addition significantly accelerates these recovery processes.
Keywords: Silk fibroin, starch, UV radiation, mechanical strength, recovery processes