Derin ötektik çözeltilerin polietilen esnek filmlerde plastikleştirici olarak kullanım olanaklarının araştırılması
Investigation of the possibilities of using deep eutectic solvents as plasticizers in polyethylene flexible films
Yazar: ÖZGÜR KÜÇÜKÇAKIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN FATİH DAĞDELEN
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Gıda Mühendisliği = Food Engineering ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyobozunurluk = Biodegradability ; Dietil hegzil ftalata = Diethyl hexyl phthalate ; Gıda ambalajı = Food packaging ; Kimyasal çözeltiler = Chemical solution ; Plastikleştiriciler = Plasifiant ; Termoplastik = Thermoplastic

Özet:
Plastikler başta ambalaj malzemeleri olmak üzere farklı sektörlerde en çok kullanılan malzeme grubunu oluşturmaktadır. Birçok çeşidi bulunan plastiklerin kullanılacağı alana göre değişmek ile birlikte istenilen özelliklere sahip olabilmeleri için birçok katkı maddesi ile üretilmeleri teknolojik bir zorunluluktur. Bu katkı maddeleri birçok fonksiyonun bir veya birkaçını kazandırmak adına kullanılmaktadır. Katkı maddeleri içinde en çok kullanılanları ise plastikleştiriciler olup ftalatlar bunların en çok kullanılan grubudur. Ancak ftalatların birçoğunun insan sağlığına ve çevre üzerine olumsuz etkileri bulunmaktadır. Yasal düzenlemeler ile başta gıda ambalaj malzemeleri olmak üzere birçok ftalat çeşidinin ve miktarlarının kullanımı sınırlandırılmıştır. Bu durum insan ve çevre üzerine olumsuz etkileri olmayan doğal bazlı alternatif plastikleştiricilere olan ilgiyi artırmıştır. 
Bu yüksek lisans tez çalışması ile alçak yoğunluklu polietilen (AYPE) gıda ambalaj filmlerinin üretiminde yapay plastikleştiriciler yerine doğal ve biyobozunur özellikte plastikleştiricilerin kullanılması ile özelliklerinde meydana gelecek değişimin araştırılması hedeflenmiştir. Bu amaçla hidrojen bağ alıcı (HBA) olarak kolin klorür (C) ile hidrojen bağ donörü olarak (HBD) laktik asit (L), üre (U), hegzanoik asit (H) ve pentanoik asitten (P) 2 farklı molar oranda (1:1 ve 1:2) 80°C'de karıştırılarak derin ötektik çözeltiler (DÖÇ) hazırlanmıştır. Bunlarda temel bazı analizler (yoğunluk, viskozite, pH, uçuculuk, yapı tayini ve termal) yapılarak karakterize edilmiştir. Daha sonra hazırlanan bu DÖÇ'ler ekstrüderde AYPE üzerine iki farklı oranda (%10 ve 30) ilave edilip karıştırılarak filmler üretilmiştir. Aynı şekilde plastikleştirici içermeyen (negatif kontrol-NKT) ve yapay plastikleştirici olarakta di-2-etilhekzilfitalat (DEHP) içeren (pozitif kontrol-PKT) filmler üretilmiştir. Üretilen bu filmlerde fiziksel, mekanik, bariyer, migrasyon, termal, spektroskopik bazı analizler yapılarak karakterize edilmiştir.
DÖÇ'lerin yoğunlukları 0,95-1,18 g/ml, viskoziteleri 18,6-194,3 mPa.s, pH'ları 0,05-9,02 ve uçuculukları %0,7-18,9 arasında bulunmuştur. Katkısız, DÖÇ ve DEHP katkılı AYPE filmlerde ise kalınlık 0,09-0,39 mm, kopma kuvveti (KK) 7,0-13,4 MPa, kopma uzaması (KU) %99-545, patlama kuvveti (PK)  2,7-51,1 N, patlama uzaması (PU) 5,2-10,3 mm, su buharı geçirgenliği (SBG) 0,009-0,248 g/m2.h.kPa, nem %0,07-1,92, suda çözünürlük (SÇ) %0-2,3, su tutma kapasitesi %0-2, renk değerlerinden L* 66-91,  a* -2,1- -0,7, b* 3,5-14,9, ∆E 1,4-29,9, şeffaflık 0,4-3,6, ısıl yapışma 3,3-13,4 N, toplam migrasyon LOD-82,6 mg/dm² aralığında sonuçlar elde edilmiştir. 
Bu sonuçlara göre; PKT filmlere göre daha iyi mekanik, bariyer ve migrasyon özelliklerine sahip DÖÇ katkılı filmler elde edilmiştir. DÖÇ'lerin esnek gıda ambalajlarında ftalat gibi yapay ve olumsuz özelliklere sahip plastikleştiricilere alternatif oluşturabilecek yeteneklerde, doğal ve biyobozunur bir seçenek olarak kullabileceği çalışma ile tespit edilmiştir.

Abstract:
Plastics constitute the most used material group in different sectors, especially packaging materials. It is a technological necessity for plastics, which have many types, to be produced with many additives in order to have the desired properties, depending on the area to be used. These additives are used to gain one or more of many functions. The most commonly used additives are plasticizers, and phthalates are the most used group of them. However, many of the phthalates have negative effects on human health and the environment. The use of many types and amounts of phthalates, especially food packaging materials, has been restricted by legal regulations. This situation has increased the interest in natural-based alternative plasticizers that do not have negative effects on human health and the environment.
With this master thesis, it is aimed to investigate the changes in the properties of low density polyethylene (LDPE) food packaging films by using natural and biodegradable plasticizers instead of artificial plasticizers. For this purpose, choline chloride (C) as hydrogen bond acceptor (HBA) and lactic acid (L), urea (U), hexanoic acid (H) and pentanoic acid (P) as hydrogen bond donor (HBD) in 2 different molar ratios (1 :1 and 1:2) were mixed at 80°C and deep eutectic solutions (DES) were prepared. These were characterized by performing some basic analyzes (density, viscosity, pH, volatility, molecular structure and thermal). Afterwards, these prepared DES were added to LDPE in two different ratios (10 and 30%) in the extruder and mixed to produce films. Likewise, films without plasticizer (negative control-NC) and containing di-2-ethylhexylphthalate (DEHP) as artificial plasticizer (positive control-PC) were produced. These films were characterized by performing some physical, mechanical, barrier, migration, thermal and spectroscopic analyzes.
Densities of DES's were found to be 0.95-1.18 g/ml, viscosities of 18.6-194.3 mPa.s, pH values of 0.05-9.02 and volatility between 0.7-18.9%. For LDPE films with no additives, DES and DEHP additives, the thickness is 0.09-0.39 mm, tensile strength (TS) 7.0-13.4 MPa, elongation at break (EAB) 99-545%, puncture force (PF) 2, 7-51.1 N, puncture distance (PD) 5.2-10.3 mm, water vapor permeability (WVP) 0.009-0.248 g/m2.h.kPa, moisture 0.07-1.92%, solubility in water (SW) 0-2.3%, water holding capacity 0-2%, color values L* 66-91, a* -2.1- -0.7, b* 3.5-14.9, ∆E 1.4-29.9, transparency 0.4-3.6, thermal adhesion 3.3-13.4 N, overall migration LOD-82.6 mg/dm².
According to these results; DES added films with better mechanical, barrier and migration properties compared to PC films were obtained. It has been determined by the study that DES's can be used as a natural and biodegradable option in flexible food packaging with the ability to create an alternative to plasticizers with artificial and negative properties such as phthalates.