Friday, Sep 21st

Last updateMon, 27 Aug 2018 1pm

Buradasınız: Home Makale Biyobozunur ambalaj uygulamaları için selüloz esaslı polimerik kompozitler
Ambalajın 53 dev firması İSO 1000’de yer aldı

Ambalajın 53 dev firması İSO 1000’de yer aldı

İSO'nun her yıl düzenli olarak açıkladığı İSO Birinci 500 ve İkinci 500 (İSO 100...

Universal Robots, Engelberger ile aldığı ödüllere bir yenisini ekledi

Universal Robots, Engelberger ile aldığı ödüllere bir yenisini ekledi

İnsanla iş birliğine dayalı Cobotlar’ı ile Universal Robots, aldığı çok sayıda ö...

İSO İkinci 500’de plastik sektöründen 27 firma

İSO İkinci 500’de plastik sektöründen 27 firma

İstanbul Sanayi Odası’nın (İSO) “Türkiye’nin İkinci 500 Büyük Sanayi Kuruluşu” 2...

Kimya sektörü ihracatı Haziran ayında ikinci sıraya yükseldi

Kimya sektörü ihracatı Haziran ayında ikinci sıraya yükseldi

İstanbul Kimyevi Maddeler ve Mamülleri İhracatçıları Birliği (İKMİB) verilerine ...

Çevko Vakfı AB Döngüsel Ekonomi Paketi çalıştayı konunun uzmanlarını bir araya getirdi

Çevko Vakfı AB Döngüsel Ekonomi Paketi çalıştayı konunun uzmanlarını bir araya getirdi

Ambalaj atıklarının geri kazanımı konusunda T.C. Çevre ve Şehircilik Bakanlığı t...

Biyobozunur ambalaj uygulamaları için selüloz esaslı polimerik kompozitler

Şekil 1. Selüloz ve CMC’nin yapısı (www.cpkelco.com)Günümüzde gıda ambalajı olarak kullanılan, biyobozunur olmayan malzemelerin üretimi ve kullanımı büyük ölçüde artmıştır. Bu malzemeler genellikle petrol türevleridir ve bertaraf edilmeleri problem yaratmaktadır. Son yıllarda kendiliğinden biyobozunur olan biyopolimerlere karşı ilgi artmakta ve bu konuda birçok çalışma yürütülmektedir.

Bu çalışmanın amacı, doğada bol miktarda bulunan biyopolimerlerden selülozun bir türevi olan karboksimetil selülozdan (CMC), sürdürülebilir ve çevre dostu gıda ambalajı malzemesi geliştirmektir. CMC zayıf mekanik özellikleri nedeniyle ambalaj malzemesi olarak tek başına yetersizdir. CMC’nin özelliklerini iyileştirmek amacı ile plastikleştirici olarak polietilen glikol (PEG, PG), gliserol monooleat (G), oleik asit (O) ve inorganik katkı maddesi olarak organo nanokil, montmorilonit (C) kullanılmıştır.

Filmlerin yüzey morfolojileri ve kristal yapıları optik mikroskop görüntüleri ile incelenmiştir. Kristal yapılarının filmler için katkı maddeleri ve soğutma sürecine bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. Hazırlanan tüm filmlerin fonksiyonel gruplarındaki değişim FTIR analizleri ile takip edilmiştir. CMC filmlerinde değişen plastikleştirici tipi ve miktarına göre FTIR sonuçlarındaki değişim dikkat çekicidir. Mekanik özellikler çekme-kopma testleri sonuçlarına göre karşılaştırılmıştır. CMC filmlerinde plastikleştirici tipinin mekanik özelliklere etkisi belirgin olarak görülmektedir ve PEG (Merck) ile en iyi sonuçlar alınmıştır. Filmlerin termal özellikleri incelendiğinde CMC’nin 250 0C’ye kadar %20’sinin bozunduğu ve 450 0C’ye ulaşıldığında kalan kül miktarının yaklaşık %45 olduğu görülmektedir.

Anahtar kelimeler: CMC, biyopolimer, biyobozunur, ambalaj

Giriş

Plastikler günlük yaşamımızda, özelikle ambalaj alanında kullanılan malzemelerdir. 2015 yılında, petrol kökenli plastiklerin üretimi 300 milyon tonu aşmıştır. Dünyada her yıl 34 milyon ton plastik atığı oluşmakta ve bu atıkların %93’ü depolama alanlarına ve okyanuslara atılmaktadır (Pathak ve ark, 2014). Çevre yönünden büyük sorunlara yol açan bu probleme çözüm olarak, yenilenebilir kaynaklardan elde edilen sürdürülebilir alternatifler aranmaktadır (Emadian ve ark., 2017).

Selüloz türevleri, özellikle karboksimetil selüloz (CMC), ambalaj alanında biyobozunur olmayan polimerler yerine kullanılabilecek olmasıyla gelecek vaadetmektedir (Shahbazi ve ark, 2016). CMC genellikle monokloroasetatlı selülozun alkali reaksiyonuyla ya da organik ortamda sodyum tuzuyla hazırlanır. Selüloz ve CMC’nin moleküler yapısı Şekil 1’de gösterilmiştir.

CMC birçok niteliklere sahiptir, bunlar film oluşturabilirliği, su tutuculuğu ve bağlayıcı olmasıdır (El-Sayed ve ark, 2011).

Materyal ve Yöntem

Filmler çözücü döküm yöntemi ile üretilmiştir. CMC (Sate Kimya) ve çözgen olarak distile su kullanılmıştır. Plastikleştirici olarak polietilen glikol-400 (Merck), oleik asit (Riedel) ve gliserol monooleat (Kimpeks) kullanılmıştır. İnorganik katkı maddesi olarak organo nanokil (Nanoclay, nanomer I.34TCN ®, 25-30 wt% of hydrogenated tallow methyl dihydroxyethyl ammonium bromide containing side-modified montmorillonite clay, Aldrich) eklenmiştir.

Filmlerin Hazırlanması

Şekil 2. CMC filmi hazırlanma adımlarıBiyofilm üretmek için 4,2 g CMC tartılıp, üzerine 70 ml distile su ilave edilir ve manyetik karıştırıcılı ısıtıcıda 40 °C’de karıştırılır. CMC tamamen çözündükten sonra, seçilen plastikleştirici ve istenirse kil ilave edilerek homojen çözelti elde edilene kadar karıştırılmaya devam edilir. Son adımda, CMC çözeltisi önceden ısıtılmış teflon tavaya dökülür ve suyun buharlaşması için oda sıcaklığında bekletilir ve film elde edilir (Şekil 2). Üretilen CMC filmlerinin kodları ve içeriği Tablo 1’de verilmiştir.

#

Film Kodu

CMC, g

PG wt%

G wt%

O wt%

C wt%

1

Katkısız CMC

4,2

-

-

-

-

2

CMC_O1

-

-

1

-

3

CMC_PG1

1

-

-

-

4

CMC_G1

-

1

-

-

5

CMC_C0,4

-

-

-

0,4

6

CMC_G3

-

3

-

-

7

CMC_G1_ C0,1

-

1

-

0,1

8

CMC_G1_ C0,4

-

1

-

0,4

9

CMC_G3_ C0,1

-

3

-

0,1

10

CMC_G3_ C0,4

-

3

-

0,4

11

CMC_O1_C0,4

-

-

1

0,4

Tablo 1.Hazırlanan CMC filmleri

Gerçekleştirilen Analizler

Şekil 3.CMC üzerine plastikleştirici etkisiHazırlanan filmlerin ambalaj alanına uygunluğunu kontrol etmek amacıyla analizler yürütülmüştür. Kristal yapısı ve yüzey morfolojisini incelemek için optik mikroskop (Leica DFC 295) kullanılmıştır. Fonksiyonel grupların karakterizasyonu ve takibi için FTIR analizi (Perkin Elmer, Spectrum 100) gerçekleştirilmiştir. ASTM-D882 standardına göre çekme hızı 100 mm/dk olacak şekilde filmlerin çekme testleri (SHIMADZU AG-15) yapılmıştır. Filmlerin termal bozunma davranışları TGA (TA TGA-SDT Q600) ile azot ortamında ısıtma hızı 10°C/dk olacak şekilde 30°C’den 600°C’ye kadar takip edilmiştir.

Sonuçlar ve Tartışma

Şekil 4. CMC üzerine plastikleştirici ve kil miktarı etkisiYüzey morfolojisi ve kristal yapısını incelemek için filmlerin optik mikroskop görüntüleri alınmıştır. Şekil 3’te CMC üzerine plastikleştirici etkisi gözlenebilir. Filmler çözücü döküm yöntemi ile hazırlandığı için delikli yapıya sahiptirler. Artan gliserol monooleat ve kil katkısı miktarı ile yapıda meydana gelen değişim Şekil 4’te verilmiştir.

FTIR analizi filmlerin fonksiyonel gruplarını takip etmek için kullanılmıştır. Plastikleştirici miktarının ve kil katkısının etkisi Şekil 5’te verilmiştir.

CMC filmlerinde mekanik özellikleri etkileyen en önemli parametrelerden birisi plastikleştiricidir. Katkısız CMC oldukça zayıf mekanik özelliklere sahiptir. PEG ilavesi ile CMC’nin mekanik özellikleri iyileştirilmiştir (Şekil 6).

Şekil 5. CMC üzerine plastikleştirici ve kil etkisiKatkısız CMC filmi diğer filmlerle kıyaslandığında kırılgan ve dayanıksız olduğu görülmektedir. Farklı plastikleştiriciler ile CMC’ye farklı oranlarda sağlamlık ve esneklik kazandırılmıştır. En iyi sonucun PEG ile alındığı görülmektedir.

CMC filmlerinin termal bozunma davranışları TGA ile incelenmiştir ve sonuçlar Şekil 7’de verilmiştir. CMC filmlerinde ağırlık kaybı üç ana aşamada incelenebilir. İlk olarak meydana gelen ağırlık kaybı, yapıdaki suyun uzaklaşmasından kaynaklanmaktadır. Daha sonra yaklaşık 255-315 °C sıcaklık aralığında yapıdaki karboksi grupları ve selüloz zincirleri bozunmuştur. Son adımda ise yapıda kalan son karbon grupları bozunmuştur (El-Sayed ve ark., 2011). Testin sonunda kalan kül miktarı yaklaşık olarak %45 civarındadır. Grafikten de anlaşılacağı üzere plastikleştiricinin termal dayanım üzerine etkisi oldukça azdır.

Şekil 6.Plastikleştirici ve kilin CMC filmlerinin mekanik özelliklerine etkisiSonuç

Petrol kökenli plastiklerin üretimindeki artış ve farklı ticari alanlarla kullanımı çevre için tehlike oluşturmaktadır. Biyopolimerler doğada çokça bulunması ve yenilenebilir olmasından ötürü bu soruna çözüm olabilirler. CMC selülozdan türetilmiş bir biyopolimerdir. CMC’nin biyobozunur oluşu bir avantaj olduğu gibi düşük mekanik özelliklere sahip olması da dezavantajıdır. Bu çalışma kapsamında farklı plastikleştirici ve kil katkısı kullanılarak CMC filmleri üretilmiştir. CMC oldukça kırılgan bir yapıya sahiptir. Farklı plastikleştiriciler ile CMC’ye sağlamlık ve elastikiyet sağlanmıştır. Polietilen glikol katkılı CMC filmi diğer filmlere kıyasla daha sağlam ve esnektir. Tüm bu iyileştirmelere rağmen, ambalaj malzemesi olmak için CMC yetersiz kalmaktadır. İstenen özeliklerde malzeme elde etmek için çalışmalar sürdürülmektedir.

Şekil 8.CMC filmlerinin TGA termogramlarıTeşekkür

Bu proje TÜBİTAK (BİDEB) 2209/A programı kapsamında desteklenmiştir. Bu projenin çıktıları 2-4 Kasım 2017 tarihlerinde İzmir’de gerçekleştirilen 5. Uluslarası Polimerik Kompozitler Sempozyumu’nda sözlü bildiri olarak sunulmuştur.

Referanslar

  • El-Sayed, S., Mahmoud, K.H., Fatah, A.A., 2011, Hassen, A., DSC, TGA and dielectric properties of carboxymethyl cellulose/polyvinyl alcohol blends, Physica B, 406, 4068-4076
  • Emadian, M.S., Onay, T.T., Demirel, B.,2017, Biodegradation of bioplastics in natural environments, Waste Management, 59, 526-536
  • Pathak, S., Sneha, C.L.R., Mathew, B.B.,2014, Bioplastics: its timeline based scenario& challenges, J. Polym. Biopolym. Phys. Chem, 2, 84–90
  • Shahbazi, M., Ahmadi, S.J., Seif, A., Rajabzadeh, G., 2016, Carboxymethyl cellulose film modification through surface photo-crosslinking and chemical crosslinking for food packaging applications, Food Hydrocolloids, 61, 378-389

Mert Can HENDEKCİ / Serap CESUR

Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği, İzmir

TEKNOLOJİ / TECHNOLOGY

Setting
INTRAVIS SpotWatcher S – Küçük plastik şişeler için kompakt kamera kontrol sistemi

INTRAVIS SpotWatcher S – Küçük plastik şişeler için kompakt kamera kontrol sistemi

Monday, 27 August 2018

Bu yıl 25. yılını kutlayan INTRAVIS Vision Inspect...

Readmore

Vibscanner 2 ile dört kat daha hızlı ve kaliteli ölçüm yapılabiliyor!

Vibscanner 2 ile dört kat daha hızlı ve kaliteli ölçüm yapılabiliyor!

Monday, 27 August 2018

Yeni nesil ölçümlemede Vibscanner 2 dünya çapında ...

Readmore

KOBİ dostu Cobot’lar gerçek anlamda esnek üretim sağlıyor

KOBİ dostu Cobot’lar gerçek anlamda esnek üretim sağlıyor

Monday, 27 August 2018

İnsanla iş birliğine dayalı Cobot'ları ile Univers...

Readmore

ÜRÜN / PRODUCTS

Setting
ElifHyPEr ve Elif2Twist Ambalaj Ay Yıldızları 2018 yarışmasının finalinde!

ElifHyPEr ve Elif2Twist Ambalaj Ay Yıldızları 2018 yarışmasının finalinde!

Monday, 27 August 2018

Ambalaj Ay Yıldızları 2018 Yarışması’nda şampiyon ...

Readmore

Clariant ColorForward 2019, kalıp-doku uzmanlarına ilham veriyor

Clariant ColorForward 2019, kalıp-doku uzmanlarına ilham veriyor

Monday, 27 August 2018

Clariant ve Pel Plastic ürün tasarım deneylerini t...

Readmore

Plastik boruların çevre ve sağlık açısından faydalarını biliyor muyuz?

Plastik boruların çevre ve sağlık açısından faydalarını biliyor muyuz?

Monday, 27 August 2018

İnşaat sektöründeki gelişmeler, temiz su, atıksu, ...

Readmore

MAKALE / ARTICLE

Setting
Plastik sektöründe yapay zekâ ile ürün kontrolü

Plastik sektöründe yapay zekâ ile ürün kontrolü

Monday, 27 August 2018

Özet

Yapay zekâ kullanımı, gelişen teknolojinin sağ...

Readmore

Medikal ve Ambalaj

Medikal ve Ambalaj

Monday, 27 August 2018

Medikal sektörde en temel unsur tıbbi malzemedir. ...

Readmore

Termoplastik nişasta ve polimer sektöründeki uygulamaları

Termoplastik nişasta ve polimer sektöründeki uygulamaları

Monday, 27 August 2018

ÖZET

Nişasta mısır, buğday ve patates gibi yenilene...

Readmore

RÖPORTAJ / INTERVIEW

Setting
Sarten “Ambalajın Süpermarketi”

Sarten “Ambalajın Süpermarketi”

Monday, 27 August 2018

1972 yılında bir aile şirketi olarak kurulan Sarte...

Readmore

Dünden bugüne Abant Group

Dünden bugüne Abant Group

Monday, 27 August 2018

43 yıl önce Adapazarı'nda Muzaffer Güreş tarafında...

Readmore

Velox Türkiye

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı