Hemiselüloz kökenli sürdürülebilir biyokompozit filmlerin üretimi
Production of the hemicellulose based sustainable biocomposite films
Yazar: SEZEN IRMAK
Danışman: PROF. DR. NİHAT SAMİ ÇETİN
İzmir Katip Çelebi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Dünyada fosil kaynakların kullanılması sonucu ortaya çıkan çevresel sorunlar ile birlikte sürdürülebilir olmayan kaynakların tükenmeye başlaması; yenilenebilir kaynaklardan elde edilen çevreye duyarlı alternatif kompozit malzemelerin geliştirilmesi en önemli araştırma konularından biri haline gelmiştir. Bunun yansıra dünya nüfusunun artışına bağlı olarak yenilenebilir kaynaklardan biyobozunabilen gıda ambalaj materyaline talep hızlı bir artış göstermektedir. Lignoselülozik biyokütle; sürdürülebilir olması ve düşük maliyetli olması nedeniyle, fosil kaynakların yerine geçebilecek en umut vadeden kaynaktır. 

Bu çalışmada, Sisal (Agave sisalana) ve Kenevir (Cannabis sativa) lifleri ile Melez Kavak (Populus euroamericana) unundan %17,6 NaOH'lık alkali özütleme yöntemi ile izole edilen hemiselülozların film oluşturma kabiliyetleri ve ambalaj malzemesi olarak kullanılabilmesi için potansiyel bariyer özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. 

İzole edilen hemiselülozlar farklı oranlarda, PVA, PEG ve Borik Asit katkısı ile çözelti dökme metodu ile biyobozunur filmlerin üretiminde kullanılmıştır. Farklı biyokütlelerden elde edilen hemiselülozik filmler; termal ve morfolojik özellikleri, su buharı geçirgenlik hızları ve sudaki çözünürlükleri bakımından kıyaslanmıştır.

Saf halde elde edilen filmler kırılgan yapıya sahip iken PEG ve PVA kullanılarak yapılan filmlerin kalitesi daha iyi olmuştur. Filmlerin TGA analizlei incelendiğinde %50'lik kütle kaybı 284–400°C aralığında meydana geldiği tespit edilmiştir. Bozunma sıcaklığı filmlerin bileşenindeki BA içeriğine bağlı olarak artış göstermiştir. DSC çalışması sonucu filmlere ait değerlerde PVA ve BA ilavesinin filmlerin erime sıcaklıklarını (Tm) arttırdığı saptanmıştır. Filmlerin morfolojik yapısı incelendiğinde saf haldeki hemiselüloz filmlerin yüzeylerinin homojen olmadığı ve Borik asit katkılı filmlerde BA'in çözelti içerisinde tam olarak çözünmediği, gelişigüzel dağıldığı görülmüştür. Son olarak, filmlerin sudaki çözünürlüğü ve su buharı aktarım hızının oldukça yüksek olduğu saptanmıştır.

Anahtar kelimeler : Hemiselüloz, Lignoselülozik Biyokütle, Plastikleştirici, Alkali ekstraksiyon, Biyobozunur film.

Abstract:
Along with the environmental problems arising from the use of fossil resources, depletion of unsustainable resources, developing environment-friendly alternative composite materials produced from renewable resources has been one of the most important research topics in the World. Besides that, depending on the increase in the world population, demand for biodegradable food packaging material from renewable resources increases rapidly. Lignocellulosic biomass is the most promising resource to replace fossil resources due to its sustainability and low cost.

In this study, it is aimed to investigate the film formation capabilities of hemicelluloses isolated with the method of alkaline extraction of NaOH %17,6 from Hybrid Poplar (Populus euroamericana) flour with Sisal (Agave sisalana) and Hemp (Cannabis sativa) fibers, and their potential barrier properties to be used as packaging material.

The isolated hemicelluloses, with additions of PVA, PEG, and Boric Acid in different ratios, are used in the production of biodegradable films via the method of solvent casting. Hemicellulosic films obtained from different biomasses are compared in terms of their thermal and morphological properties, water vapor permeability rates, and solubility in water.

While the films obtained in the pure form had a fragile structure, the quality of the films made using PEG and PVA was better. When the TGA analyses of the films were examined, it was found that the 50% mass loss was in the range of 284-400 °C. The decay temperature increased due to the BA content in the component of the films. As a result of DSC study, it was determined that, in the values of films, the addition of PVA and BA increased the melting temperatures (Tm) of the films. When the morphological structure of the films were examined, it was observed that the surfaces of hemicellulose films in pure form were not homogeneous, and in Boric acid-doped films, BA was not dissolved completely in solution, but distributed randomly. Finally, it was determined that the solubility of the films in water and the water vapor transmission rate of the films were quite high.

Keywords : Hemicellulose, Lignocellulosic Biomass, Plasticizier, Alkaline Extraction, Biodegradable film.