Gıda ambalaj uygulamaları için biyopolimer-kil nanokompozit malzeme sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of biopolymer-clay nanocomposite material for food packaging applications
Yazar: MUHİTTİN GÜLPINAR
Danışman: PROF. DR. FATMA TOMUL
Burdur Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Kompozit filmler = Composite films ; Nanokompozitler = Nanocomposites

Özet:
Bu çalışmada, gıda ambalaj malzemesi olarak kullanılmak üzere biyopolimer-kil nanokompozit malzeme sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentez, kil bazlı nanoyapıların ve biyopolimer-kil nanokompozit malzemelerin hazırlanması olmak üzere iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. Kil bazlı nanoyapılar, Hançılı yöresi bentonit minerali (HB) başlangıç malzemesi olarak kullanılarak CTAB ile modifiye edildikten sonra iyon değişimi ile Ag, Zn ve Ti yerleştirilerek, CTAB ile modifiye edilmeden doğrudan iyon değişimi ile Ti yüklendikten sonra iyon değişimi ve emdirme ile Cu veya Ag yerleştirilerek hazırlanmıştır. Biyopolimer olarak kitosan ve nişasta kullanılmıştır. Biyopolimer-kil nanokompozit sentezi çözelti birleştirme tekniği ile gerçekleştirilmiştir. Sentez parametreleri olarak metal türü, biyopolimer türü, nanokil/biyopolimer oranı, vb. parametrelerin etkisi XRD, FTIR, SEM, AFM, DSC ve TGA analiz teknikleri ile incelenmiştir. XRD analizleri biyopolimer/kil nanokompozit filmlerinde, aralanmış ve dağılmış tabakalı yapının her ikisinide içeren yapının oluştuğunu ve bu dağılım yapılarının kil miktarına göre değişmezken yüklenen metal türüne göre değiştiğini göstermektedir. FTIR analizleri yüzey aktif maddenin yapıya başarıyla girdiğini ve kitosan ile kil arasında etkileşim olduğunu göstermektedir. SEM görüntüleri, nanokil katkıların kitosan matriste dağılım karakterinin farklı olduğunu, AFM görüntüleri ise tüm nanokompozitlerde kısmı yığılma ve kümelenme varlığını ve metal ilavesinin faz parlaklığını artırdığını göstermektedir. DSC ve TGA analizlerinde kitosan filmin ısıl kararlılığında CTAB-HB ilavesi ile önemli bir değişim olmazken, gümüş ve çinko içerikli nanokil ilavesi ile kitosan filmin ısıl kararlılığının arttığı görülmektedir.

Abstract:
In this study, biopolymer-clay nanocomposite material synthesis was carried out to be used as food packaging material. The synthesis was carried out in two stages: the preparation of clay-based nanostructures and biopolymer-clay nanocomposite materials. Clay-based nanostructures are modified with CTAB using the Bentonite mineral (HB) of the Hançılı region as the starting material, then Ag, Zn and Ti are placed with ion exchange, Ti is loaded with direct ion exchange without being modified with CTAB, and then Cu or Ag is placed with ion exchange and impregnation. Chitosan and starch are used as biopolymers. Biopolymer-clay nanocomposite synthesis was carried out using solution bonding technique. Metal type, biopolymer type, nanoclay / biopolymer ratio, etc. as synthesis parameters. The effects of the parameters were analyzed by XRD, FTIR, SEM, AFM, DSC and TGA analysis techniques. XRD analysis shows that in biopolymer / clay nanocomposite films, the structure containing both the spaced and dispersed layered structure is formed and these dispersion structures do not change according to the amount of clay, but change according to the type of metal loaded. FTIR analysis shows that the surfactant enters the structure successfully and there is an interaction between chitosan and clay. SEM images show that the dispersion character of nanoclay additives in chitosan matrix is different, while AFM images show the presence of partial agglomeration and aggregation in all nanocomposites and metal addition increases phase brightness. In DSC and TGA analyzes, while there was no significant change in the thermal stability of chitosan film with the addition of CTAB-HB, it was observed that the thermal stability of chitosan film increased with the addition of silver and zinc-containing nanoclay.