Biyobozunur polimerlerden ambalaj filmlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of packaging film from biodegradable polymers
Yazar: ÖZNUR YOLAÇAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SENNUR DENİZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Petrol türevli polimerlerin kullanımları sonrasında toprağa karışmalarının uzun süreler alması ve atık oluşturmaları ile ekolojik sorunlara yol açmaları nedeniyle sürdürülebilir kaynaklardan elde edilen biyobozunur polimerler günümüzde odak noktası haline gelmiştir. Biyobozunur polimerlerin fizikomekanik özellikleri, biyoharmanların oluşturulması ve katkı malzemelerinin kullanımı ile halihazırda kullanılan birçok polimerle benzer özellikler taşıyacak forma getirilmektedir. Yapılan bu tez çalışmasının amacı, sürdürülebilir ambalaj hedefleri doğrultusunda biyolojik olarak parçalanabilen polimerlerin kullanımıyla esnek ambalaj üretimine yönelik alternatif ürün reçeteleri oluşturmaktır. Çalışmalar kapsamında çözelti döküm ve yarı endüstriyel ölçekli çift/tek vidalı ekstrüder yöntemleri kullanılarak biyoharman reçetelerinin oluşturulması hedeflenmiştir. Polietilen ambalajın karakterizasyon özelliklerine yaklaşabilmek için biyokatkı ve biyonanokatkılar kullanılmıştır.
Çözelti döküm yöntemi kullanılarak gerçekleştirilen çalışmalar kapsamında polihidroksialkaoat (PHA) ve poli(bütilen adipat-co-tereftalat) (PBAT) esaslı hidroksipropil metilselüloz (HPMC) katkılı, PHA esaslı ve sepiyolit katkılı, PHA esaslı ve bakır içerikli metal organik kafes nanokristalleri (Cu-MOF), bakır ve grafen  içerikli metal organik kafes nanokristalleri (Cu-MOF@GO), grafen oksit (GO) katkılı, PHA esaslı ve bentonit, sepiyolit, yüksek saflıkta sepiyolit, Cu-MOF, Cu-MOF@GO katkılı biyoharmanlar hazırlanmıştır. Biyokompozit/biyonanokompozitlere mekanik, optik, yapısal, termal, bariyer karakterizasyon testleri uygulanmıştır. 
Tez çalışmasının son aşamasında ise ekstrüzyon yöntemi kullanılarak, PHA/PBS, PHA/PLA ve PHA/PHB biyoharmanları hazırlanmıştır. Katkı olarak Cu-MOF,     Cu-MOF@GO, indirgenmiş grafen oksit (rGO) ve yüksek saflıkta sepiyolit (HPS) kullanılmıştır. Çift vidalı ekstrüder ile biyoharman granülleri hazırlandıktan sonra tek vidalı ekstrüder ile biyofilm bobinleri elde edilmiştir. Biyokompozit/biyonanokompozitlere mekanik, optik, yapısal, termal, bariyer ve morfolojik karakterizasyon testleri uygulanmıştır. 
PHA biyopolimerinin farklı biyopolimer ve kendi türevleriyle oluşturduğu biyoharmanlar ve çeşitli katkıların biyokompozit/biyonanokompozit oluşumuna etkileri incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Esnek ambalaj, polihidroksialkanoat (PHA), biyoharman, oksijen geçirgenlik hızı (OTR), ekstrüzyon

Abstract:
Biopolymers obtained from sustainable sources have become a focal point today, due to reasons such as the fact that polymers obtained from petroleum sources take a long time to mix with the soil after use. The physico-mechanical properties of biodegradable polymers are brought into a form that has similar properties to many currently used polymers by creating bioblends and using additive materials. The aim of this thesis is to create alternative product recipes for flexible packaging production with the use of biodegradable polymers in line with sustainable packaging targets. Within the scope of the studies, it was aimed to create bioblend recipes using solution casting and semi-industrial scale twin/single screw extruder methods. Bioadditives and bionanoadditives have been used to approach the characterization properties of polyethylene packaging.
Within the scope of the studies carried out using the solution casting method, polyhydroxyalkaoate (PHA) and poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) based hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) added, PHA based and sepiolite added, PHA based and copper containing metal organic framework nanocrystals (Cu- MOF), copper and graphene containing metal organic framework nanocrystals (Cu-MOF@GO), graphene oxide (GO) added, PHA based and bentonite, sepiolite, high purity sepiolite, Cu-MOF, Cu-MOF@GO added bioblends were prepared. Mechanical, optical, structural, thermal and barrier characterization tests were applied to biocomposites/bionanocomposites.
In the final stage of the thesis study, PHA/PBS, PHA/PLA and PHA/PHB bioblends were prepared using the extrusion method. Cu-MOF, Cu-MOF@GO, reduced graphene oxide (rGO) and high purity sepiolite (HPS) were used as additives. After preparing bioblend granules with twin-screw extruder, biofilm coils were obtained with single-screw extruder. Mechanical, optical, structural, thermal, barrier and morphological characterization tests were applied to the biocomposite/bionanocomposite.
The bioblends formed by PHA biopolymer with different biopolymers and its derivatives and the effects of various additives on biocomposite/bionanocomposite formation were examined.

Keywords: Flexible packaging, polyhydroxyalkanoate (PHA), bioblend, oxygene transmission rate (OTR), extrusion