Nanoselüloz takviyeli pva/kazein kompozit filmlerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of nanocellulose reinforced PVA/casein composite films
Yazar: DUYGU ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. AYŞE AYTAÇ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Ambalajlama = Packaging ; Biyobozunur polimerler = Biodegradable polymers ; Kazeinler = Caseins ; Nanoselüloz = Nanocellulose ; Polivinil alkol = Polyvinyl alcohol

Özet:
Gıda ambalaj malzemesi olarak petrokimya bazlı polimerlerin düşük maliyetleri, iyi gerilme dayanımları, iyi bariyer özellikleri gibi olumlu işlevsellik özelliklerine rağmen biyolojik olarak tamamen parçalanamamaları ekolojik problemlere yol açmıştır. Çevre kirliliğine karşı farkındalık ve güvenli, çevre dostu atmosfere duyulan ihtiyaç, biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerin kullanımını desteklemiştir. Bu amaçla tez çalışmasında, biyobozunur ve çevre dostu özelliklerinin yanında hidrofilik, biyouyumlu, iyi kimyasal direnç ve mekanik özelliklere sahip, kolay bulunabilir ve işlenebilir bir polimer olan poli(vinil alkol) (PVA) kullanılmıştır. Gıda ambalajlarında özellikle mükemmel ısıl, bariyer özelliklere ihtiyaç duyulması ve PVA'nın yüksek maliyeti nedeniyle sınırlamaların üstesinden gelmek için, PVA kendisi ile uyumluluk gösterdiği bilinen, doğal bir polimer olan kazein ile harmanlanmış ve nanoselüloz (NC) ile takviye edilmiştir. PVA (ağırlıkça %70)/Kazein (ağırlıkça %30) biyokompozit filmleri çözeltiden dökme yöntemi ile hazırlanmıştır. Plastikleştirici olarak ağırlıkça %25 Gliserol (GLY) kullanılmıştır. Ayrıca, farklı ağırlık yüzdelerinde (%0,5, 1, 3, 5) NC ile takviye edilen ve çapraz bağlayıcı olarak Glioksal (GL) (ağırlıkça %0,5, 1, 1,5, 2) ve Tannik asit (TA) (ağırlıkça %0,5, 1, 1,5) kullanılarak hazırlanmıştır. Filmlerin çekme testi ile mekanik özellikleri incelenmiş, NC ile takviye edilmiş ve GL ile çapraz bağlanmış PVA/CAS filmlerinin kopmada uzama ve çekme dayanımının arttığı belirlenmiştir. Filmlerin ısıl özellikleri, TGA ve DSC ile incelenmiştir. Çapraz bağlanmış filmlerde genel olarak bozunma sıcaklıklarının arttığı görülmüştür. Plastikleştirici, NC ve çapraz bağlayıcıların PVA/CAS kompozitleri üzerine etkisini belirlemek için FTIR spektrumları karşılaştırılmıştır. NC varlığında çekirdeklenme yoğunluğunun arttığı POM ile görülmüştür. Su buharı iletim hızı ve temas açısı değerleri incelendiğinde, NC eklenen, çapraz bağlanmış filmlerde su buharı iletim hızının düştüğü ve temas açısının arttığı gözlenmiştir.

Abstract:
Petrochemical-based plastics have been used as packaging materials, because of their availability in large quantities at low cost and favourable functionality characteristics such as good tensile and tear strength, and good barrier properties. On the contrary, they are totally non-biodegradable, and therefore lead to environmental pollution, which poses serious ecological problems. Awareness of environmental pollution and the need for a safe, environmentally friendly atmosphere have promoted the use of biodegradable materials. This study it is used poly(vinyl alcohol) (PVA) which is an easily available and processable polymer with hydrophilic, biocompatible, good chemical resistance, and mechanical properties, besides its biodegradable and environmentally friendly properties. To overcome the limitations due to the need for excellent thermal and barrier properties in food packaging and the high cost of PVA, PVA was blended with casein which is a natural polymer known for its high compatibility and reinforced with nanocellulose filler. PVA (70 wt%) / Casein (30 wt%) biocomposite films were prepared by solution casting method. The Glycerol (25 wt%) as a plasticizer was used in the blends. In addition, the thermal and mechanical behaviour of the films was investigated by reinforcing the films with nanocellulose filler at different weight percentages (0,5, 1, 3, 5 wt%) and using Glyoxal (GL) (0,5, 1, 1,5, 2 wt%) and Tannic Acid (TA) (0,5, 1, 1,5 wt%) as crosslinkers. The mechanical properties of the films were examined by the tensile test, it was determined that the elongation at break and tensile strength of PVA/CAS films reinforced with NC and cross-linked with GL increased. The thermal properties of the films were investigated by TGA and DSC. It was observed that the degradation temperatures of crosslinked films generally increased. It was seen with the POM that the nucleation density increased in the presence of NC. When the water vapor transmission rate and contact angle values were examined, it was observed that the water vapor transmission rate decreased, and the contact angle increased in the crosslinked films with NC added.