Nişasta esaslı köpük ambalaj malzemesinin ekstrüzyon yöntemiyle üretimi ve fiziksel özelliklerinin belirlenmesi
Physical properties of starch-based foam packaging material by extrusion process
Yazar: ÖZGE ÖZMEN
Danışman: DOÇ. DR. AYLİN ALTAN METE
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering

Özet:
Petrol temelli köpük ambalaj malzemeleri tek kullanımlık olup doğaya atılmaktadır. Atılan bu malzemeler yıllarca doğada kalmakta ve çevre kirliliğine neden olmaktadır. Nişasta, düşük maliyeti, kolay bulunabilirliği ve işlenmesinin kolay olması nedeniyle çevre dostu köpük üretimi için olası bir alternatif malzemedir. Bu çalışmanın amacı, köpükleştirici ajanların ve ekstrüzyon prosesinin nişasta esaslı köpüklerin fiziksel özelliklerine olan etkisini incelemektir. Çalışmada 2×4×3 faktöriyel deney tasarımı kullanılmıştır. Faktörler olarak nişasta tipi (mısır ve patates nişastası), köpükleştirici ajan oranı (PVA (polivinil alkol) ve plastronfoam PDE (%0, 1, 2 ve 3)) ve vida hızı (70, 100, 130 devir/dk) seçilmiştir. Karışımlar %20 nem miktarına (kb) ayarlanıp 24 saat oda sıcaklığında kapalı plastik kaplarda bekletilmiştir. Karışımlar laboratuvar tipi tek vidalı ekstrüder cihazı (TS-45, Gliwice, Polonya) kullanılarak ekstrüde edilmiştir. Ekstrüzyon sırasında sıcaklık profili 80°C-110°C-100°C'ye ayarlanmıştır. Kovanın vida çapı 45 mm ve kovan uzunluğunun çapa oranı (L/D) 12:1'dir. Kalıp olarak 3 mm çapına sahip halka kalıp kullanılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, PDE ve PVA eşit oranlarda karıştırılmış ve aynı ekstrüzyon koşullarında üretim tekrarlanmıştır. Üretilen köpük ambalaj malzemelerinin genleşme oranı, yığın yoğunluğu, sıkıştırılabilirliği, sertliği, camsı geçiş sıcaklığı ve morfolojik özellikleri belirlenmiştir. Sonuçlar çoklu regresyon model analizi ile değerlendirilmiştir. Faktörlerin etkilerini tanımlamak için ikinci dereceden polinomiyal bir model kullanılmıştır. Regresyon denklemindeki terimlerin istatistiksel önemi varyas analizi (ANOVA) ile analiz edilmiştir. Köpükleştirici ajanların, ekstrüde edilmiş köpüklerin fiziksel özellikleri üzerinde etkisi anlamlı bulunmuştur. Buna karşın, vida hızının köpük özelliklerine etkisi, kullanılan köpükleştirici maddenin türüne bağlı olarak değişmiştir. Köpükleştirici ajan ilavesi, köpüklerin genleşme oranını artırırken yığın yoğunluğunu, sıkıştırılabilirliğini ve sertliğini azaltarak köpüklerin mekanik özelliklerini iyileştirmiştir. Sonuçlar, çevre dostu ambalaj materyali geliştirme imkânı olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Petroleum-based foam packaging materials are used once and discarded into the environment. These materials remain in nature for many years and cause environmental pollution. Starch is an alternative raw material for environmentally friendly foam due to its low cost, availability and ease of processing. The objective of this study was to evaluate the effect of extrusion process and foaming agents on physical properties of starch-based foams. A 2x4x3 factorial design was used with factors of starch type (corn and potato) foaming agent (PVA (poly(vinyl) alcohol or plastronfoam PDE (0, 1, 2 and 3%)) and screw speed (70, 100 and 130 rpm). Corn starch or potato starch and foaming agents were blended in the plastic container and conditioned to 20% moisture content (db). The blended samples were stored at room temperature for 24 h. Blends were extruded at temperature profile of 80°C-110°C-100°C using a single screw (TS-45, Gliwice, Poland) laboratory-scale extruder with the screw diameter of 45 mm and configuration of L/D 12:1. The ring die with 3 mm was used. In the second part of study, PDE and PVA were mixed in an equal proportion and production was repeated under the same extrusion conditions. The expansion ratio, bulk density, compressibility, hardness, glass transition temperature and morphological characteristics of the produced foam packaging materials were determined. Results were examined by multiple regression method. Second order polynomial model was used to describe the effects of factors. Statistical significance of the terms in the regression equation was examined by ANOVA. Foaming agents had a significant effect on physical properties of extruded foams whereas the effect of screw speed on foam properties changed depending on the type of foaming agent used. Incorporation of foaming agent increased expansion ratio and decreased bulk density, compressibility and hardness of foamed products with improved mechanical properties. Results showed the possibility of developing environmentally friendly packaging materials.