Biyonanokompozitlerin bariyer ve termal özelliklerine bor nitrürün etkisi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: RABİA SEYDİOĞLU
Danışman: Mualla Öner
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Gıdaların besin değerlerini kaybetmeden dış etkilerden muhafaza edilmesi için tercih edilen ambalaj malzemesi çok önemlidir. Kullanılan ambalajın özelliklerinin iyi olmasının yanında, ambalaj malzemesinin üretiminde kullanılan hammaddeler ve kullanımdan sonra oluşan atık da çevre kirliliğine neden olmamalıdır. Oysa ki geleneksel fosil tabanlı sentetik polimerler atık olarak toprakta çok uzun süre parçalanamazlar ve çevre kirliliğine neden olurlar. Üstelik petrolden elde edilen bu sentetik polimerlerin tükenmekte olan bir kaynaktan elde ediliyor olması da ambalaj endüstrisi için alternatif arayışlar gerektirmiştir. Bu arayışlar sonucunda günümüzde alternatif olarak üzerinde en çok çalışılan konu biyopolimerlerin ambalaj malzemesi olarak kullanımıdır. Yenilenebilir karbon kaynaklarından veya biyolojik kökenli hammaddelerden elde edilen bu biyopolimerler, uygun koşullar sağlandığında CO2, su ve biyokütleye parçalanarak doğaya zarar vermeden ömrünü tamamlayabilmektedir. Ancak biyopolimerler çevre adına büyük avantajlara sahip olsa da endüstriyel olarak kullanılmak için gerekli özellikleri taşımamaktadırlar. İstenilen özelliklerin kazandırılması için biyopolimerler çeşitli dolgu malzemeleriyle desteklenerek biyonanokompozitler hazırlanmakta ve endüstriyel kullanıma uygun hale getirilmektedir. Gıda ambalajı olarak biyopolimerlerin önerildiği bu çalışmada biyolojik kaynaklı ve biyolojik olarak parçalanabilen çevre dostu bir termoplastik poliester çeşidi olan poli-3-hidroksibütirat-ko-3-hidroksivalerat (PHBV) kopolimeri kullanılmıştır. PHBV'nin gaz bariyer, mekanik ve termal özelliklerini geliştirmek için yüksek termal stabilite, yüksek mekanik dayanım, yüksek termal iletkenlik gibi üstün özelliklere sahip nano hekzagonal bor nitrür (h-BN) kullanılarak PHBV biyonanokompozitleri geliştirilmiştir. Kompozit hazırlanmadan önce h-BN çeşitli yöntemlerle eksfoliye edilmiş ve oktil(trietoksi)silan (OTES) kullanılarak yüzey geliştirme çalışmaları yapılmıştır. h-BN eksfoliyasyonu SEM, Nano-S ve Partikül Boyut Dağılımı analizleri ile incelenmiş ve en uygun koşullar tespit edilmiştir. Modifiye edilen h-BN'nin daha sonra XRD, FTIR, TGA, DSC ile karakterizasyonu yapılmış ve belirlenen yükleme yüzdelerine göre, eriyik harmanlama yöntemi kullanılarak PHBV ile birleştirilmiştir. Hazırlanan nanokompozitler XRD, SEM, FTIR, TGA, DSC analizleri ile karakterize edilmiş, oksijen geçirgenliği ve mekanik özellikleri ölçülmüştür. PHBV/BN nanokompozitleri için ağırlıkça %0.05'den %1'e dolgu yüklemesi ile oksijen geçirgenliği, difüzivitesi ve çözünürlüğü belirlenmiştir. BN nanoparçacıklarının %0.5'e kadar polimere eklenmesiyle gaz bariyer özelliğinde artış gözlenlenmiştir. Silanla muamele edilen h-BN ile hazırlanan nanokompozitlerin silansız numunelere göre daha başarılı olduğu görülmüştür. En iyi bariyer özellikleri, katkısız PHBV'ye kıyasla oksijen geçirgenliğinin (OP) %27.4 düşürdüğü görülen %0.5 oranında silanlı BN içeren nanokompozit numunesi için elde edilmiştir. Kompozitlerin mekanik ve termal özelliklerinin de BN'nin biyopolimere ilavesiyle geliştirildiği gösterilmiştir. Termogravimetrik analiz (TGA), bileşiklerin termal stabilitesinin katkısız PHBV'den daha yüksek olduğunu göstermiştir. Kompozitin Young modülü, %0.5 oranında silanlı BN varlığında %12.7 oranında artmıştır. Daha yüksek yüklemede, PHBV matrisi içinde BN aglomerasyonu oluşmakta ve matris ile BN arasında uygun yapışmanın eksikliği yetersiz gerilim transferine neden olmaktadır. Halpin-Tsai ve Hui-Shia modelleri, kompozitlerin elastik modülü üzerindeki BN parçacıklarının takviye etkisini değerlendirmek için kullanılmıştır. Başlangıç kompozit sertliği için mikromekanik modeller, deneysel değerlerle iyi korelasyon göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Biyopolimer, poli-3-hidroksibütirat-ko-3-hidroksivalerat (PHBV), hekzagonal bor nitrür (h-BN), oksijen geçirgenliği