Kitosan esaslı biyobozunur nanokompozitlerin sentezlenmesi ve yüzey özelliklerinin belirlenmesi
Synthesis of chitosan-based biodegradable nanocomposites and determination of surface properties
Yazar: TUĞBA İREM GÜNAYDIN
Danışman: DOÇ. DR. CEYDA BİLGİÇ ; DR. ÖĞR. ÜYESİ NAİLE KARAKEHYA
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimyasal Teknolojiler Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Geleneksel kompozitlerde polimere katılan dolgu miktarı oldukça fazladır. Ancak yeni bir kompozit sınıfı olan nanokompozitlerde, dağılmış taneciklerin en az bir boyutu nanometre ölçüsündedir ve polimere ağırlıkça %5 veya çok daha az miktarlarda katılırlar. Polimerin dezavantajları olarak sayılabilecek kırılganlık, ağırlık ve matlığındaki artış dolgu madddesi eklenmesiyle giderilebilir. Bu tez çalışması, farklı biyokütle türlerinden (muz kabuğu, portakal kabuğu albedosu, şeker pancarı küspesi, bahçe çimeni) selüloz ekstraksiyonu, selülozlardan nanokristal selüloz (NCC) sentezi, kitosan matrisli nanokompozitlerin hazırlanması ve karakterizasyon çalışmaları olmak üzere 4 aşamadan oluşmaktadır. Birçok karakterizasyon tekniği kullanılarak hammaddelerin, elde edilen NCC'lerin ve sentezlenen nanokompozitlerin kimyasal yapıları, termal davranışları, yüzey ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Kullanılan analiz teknikleri; Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR), X Işını kırınım dağılımı (XRD) yöntemi, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), Termogravimetrik Analiz (TGA), zeta size ve zeta potansiyel ölçümleridir. Ayrıca hammaddelerin, polimerin ve nanokompozitlerin yüzey özellikleri Ters Gaz Kromatografisi (TGK) yöntemiyle belirlenmiştir.
Yapılan karakterizasyon işlemleri ve elde edilen veriler ışığında nanokompozit üretiminde tarımsal endüstriyel atıklardan elde edilen nanoselülozların dolgu maddesi olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır. Termal kararlılığı, mukavemeti ve zeta potansiyeli geliştirilmiş doğal selüloz katkılı kitosan matrisli biyobozunur nanokompozitler elde edilmiştir. Çevre ve sağlık açısından risk oluşturmayan biyobozunur olarak sentezlenen nanokompozitlerin, gıda ambalajı ve yenilebilir kaplama gibi uygulamalarda geleneksel polimerlerin yerine kullanılma potansiyeli mevcuttur.

Abstract:
In traditional composites, the amount of filler added to the polymer is relatively high. However, in nanocomposites, a new class of composites, at least one dimension of the dispersed particles is nanometer in size and they are added to the polymer in amounts of 5% by weight or much less. The brittleness, increase in weight, and opacity, which can be counted as disadvantages of the polymer, can be eliminated by adding filler material. This thesis consists of 4 stages: cellulose extraction from different types of biomass (banana peel, orange peel albedo, sugar beet pulp, garden grass), synthesis of nanocrystalline cellulose (NCC) from cellulose, preparation of chitosan matrix nanocomposites and characterization studies. Chemical structures, thermal behaviors, surface and morphological properties of raw materials, obtained NCCs and synthesized nanocomposites were investigated using many characterization techniques. Analysis techniques used; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray diffraction dispersion (XRD) method, Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmissive Electron Microscopy (TEM), Thermogravimetric Analysis (TGA), zeta size and zeta potential measurements. In addition, the surface properties of raw materials, polymers, and nanocomposites were determined by Reverse Gas Chromatography (TGC) method.
In light of the characterization processes and the data obtained, it was concluded that nano celluloses obtained from agricultural and industrial wastes could be used as fillers in the production of nanocomposites. Biodegradable nanocomposites with chitosan matrix with natural cellulose doped with improved thermal stability, strength, and zeta potential were obtained. Nanocomposites synthesized as biodegradable, which do not pose a risk to the environment and health, have the potential to be used instead of traditional polymers in applications such as food packaging and edible coating.