Biyonanokompozitlerde gaz geçirgenlik özelliklerinin incelenmesi
The investigation of gas permeability properties in bionanocomposites
Yazar: GİZEM ŞIDIM
Danışman: PROF. DR. MUALLA ÖNER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Plastikler, düşük maliyet, kolay işlem yeteneği ve üretim için bol miktarda kaynak bulunmasından dolayı ambalaj uygulamaları için en yaygın kullanılan malzemelerdir. Dünya çapında yıllık plastik üretimi, her yıl istikrarlı bir şekilde artmaktadır. Plastiklerin paketleme, inşaat, otomotiv, elektrik, havacılık ve korozyon önleme ve kontrol gibi geniş bir yelpazede uygulama alanı bulunmaktadır. Plastik üretimi için yaygın olarak kullanılan hammaddeler petrol ürünleridir. Geleneksel fosil yakıt kaynaklı plastiklerin çoğu biyolojik olarak parçalanmaz ve dolayısıyla çevre kirliliğine neden olmaktadırlar. Artan çevresel kaygılar nedeniyle, son yıllarda biyolojik temelli sürdürülebilir plastik ambalaj materyalleri araştırmalarına olan ilgi belirgin bir şekilde artış göstermiştir. Biyopolimer veya biyobozunur plastikler uygun nem, sıcaklık ve oksijen mevcudiyet koşulları altında, toksikliğe veya çevreye zararlı bir tortu olmaksızın bozunurlar. Biyopolimerler çevre için büyük avantajlara sahip olmalarına rağmen bazı performans ve işleme açısından zayıf olmaları nedeniyle endüstiryel kullanım için uygun olmayabilir. Çeşitli dolgu malzemeleri eklenerek oluşturulan kompozitler ile biyopolimerlerin mekanik ve bariyer özellikleri gibi özellikler geliştirilebilir ve endüstriyel kullanım için elverişli hale getirilebilir.
Bu çalışmada çevre dostu biyobozunur polimer olan polihidroksi bütirat-ko- β-hidroksi valerat (PHBV) kopolimeri kullanılmıştır. PHBV'nin sahip olduğu gaz geçirgenlik, mekanik ve termal özellikleri geliştirmek amacıyla seramik bir malzeme olan hekzagonal bor nitrür (h-BN) kullanılmıştır. Çeşitli yüzdeler de h-BN eklenerek eriyik harmanla ve çözelti döküm yöntemi ile biyonanokompozitler üretilmiştir. Hazırlanan nanokompozitler XRD, SEM, FTIR, TGA ve DSC analizleri karakterize edilmiş, gaz geçirgenliği ve mekanik özellikleri ölçülmüştür. BN katkısı ile PHBV'nin bariyer özelliklerinde gelişme gözlenmiştir. PHBV'nin oksijen bariyer özelliklerinde eriyik harmanla yöntemi ile %37.09 oranında bir iyileşme gözlenirken, çözelti döküm yöntemi ile 292 kat iyileşme gözlenmiştir. Çözelti döküm yöntemi ile hazırlanan nanokompozitlerin Young modülü %17.9 oranında artırmıştır. Sonuç olarak, hem eriyik harmanlama hem de çözelti döküm yönteminin h-BN ilavesiyle PHBV özelliklerini geliştirdiği gözlenmiştir.

Abstract:
Plastics are the most commonly used materials for packaging applications due to their low cost, easy processing capability and the abundance of resources available for production. The World wide annual plastic production is steadily increasing every year. Plastics have a wide range of application areas such as packaging, construction, automotive, electrical, aerospace and corrosion prevention and control. The raw materials commonly used for the production of plastics are petroleum products. Most conventional fossil fuel-based plastics are not biodegradable and therefore cause environmental pollution. Due to increased environmental concerns, interest in exploring bio-based sustainable plastic packaging materials has increased significantly in recent years. Under suitable conditions of moisture, temperature and oxygen availability, biopolymer or biodegradable plastics are degraded without toxicity or environmentally harmful residues. Although biopolymers have great environmental benefits, they may not be suitable for industrial use due to their poor performance and processing. Properties such as mechanical and barrier properties of biopolymers can be improved with composites formed by adding various fillers and made suitable for industrial use.
In this work, polyhydroxy butyrate-co-β-hydroxy valerate (PHBV) copolymer, which is environmentally friendly biodegradable polymer,  was used. Hexagonal boron nitride (h-BN), a ceramic material, was used to improve gas permeability, mechanical and thermal properties of PHBV. Several percentages of h-BN were added to produce bionanocomposites by melt blending and solution casting methods. The prepared nanocomposites were characterized by XRD, SEM, FTIR, TGA and DSC analyzes, gas permeability and mechanical properties were measured. Improvement in barrier properties of PHBV with BN addition was observed. Gas permeability properties of PHBV have improved up to 37.09% by melt blending method, up to 292 times for solution casting method. The Young's modulus of nanocomposites which produced by the solution casting method has increased to 17.9%. In a conclusion, it has been observed that the addition of h-BN has improved the properties of PHBV for both the melt blending and the solution casting methods.