Friday, Jul 20th

Last updateMon, 02 Jul 2018 1pm

You are here: Home Makale Biyobozunur ambalaj uygulamaları için selüloz esaslı polimerik kompozitler
İSO 500’deki plastik işletmelerinin satışları 9,4 milyar lirayı aştı

İSO 500’deki plastik işletmelerinin satışları 9,4 milyar lirayı aştı

İstanbul Sanayi Odası (İSO) 500 Büyük Sanayi Kuruluşu listesinde yer alan plasti...

İhracatını yüzde 37 artıran plastik makineleri üreticileri, Plast 2018’de hedef büyüttü

İhracatını yüzde 37 artıran plastik makineleri üreticileri, Plast 2018’de hedef büyüttü

Her yıl 35 milyar Euro imalat kapasitesiyle başlıca yatırım malları arasında gel...

İlk 1000 firmanın ihracatı 92 milyar doları aştı

İlk 1000 firmanın ihracatı 92 milyar doları aştı

TİM Başkanı Büyükekşi, 2017 yılının ihracat şampiyonlarını açıkladı

Türkiye İhrac...

Ambalaj sektörünün büyümesi İSO 500’e yansıdı

Ambalaj sektörünün büyümesi İSO 500’e yansıdı

Her yıl önemli yatırımlarla büyüyen ambalaj sektörü, başarısını İSO Birinci 500'...

Ambalaj sanayicileri geleneksel ASD iftarında bir araya geldi

Ambalaj sanayicileri geleneksel ASD iftarında bir araya geldi

Ambalaj Sanayicileri Derneği (ASD) her yıl düzenlediği geleneksel iftar davetind...

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
Novatech-Heat Pump

Novatech-Heat Pump

Monday, 02 July 2018

Aytek Soğutma Sistemleri tarafından üretilen Novat...

Readmore

Otomasyonda standartları yeniden belirleyen “e-series”

Otomasyonda standartları yeniden belirleyen “e-series”

Monday, 02 July 2018

Universal Robots, Münih’te gerçekleşen Automatica ...

Readmore

Geri dönüşüm için parçalayıcılar

Geri dönüşüm için parçalayıcılar

Monday, 02 July 2018

Plastik geri dönüşümünde tanınmış bir marka olan Z...

Readmore

ÜRÜN / PRODUCTS

Setting
Tetra Pak’ın yeni efektli ambalaj malzemesi ile ürünler rafta fark yaratacak

Tetra Pak’ın yeni efektli ambalaj malzemesi ile ürünler rafta fark yaratacak

Monday, 02 July 2018

Tetra Pak, Tetra Pak® Artistry adıyla geliştirdiği...

Readmore

Yenilikçi, tamamen güvenli et ve balık ambalajı Gravity Tray

Yenilikçi, tamamen güvenli et ve balık ambalajı Gravity Tray

Monday, 02 July 2018

Gıda ambalajı tasarımında tüketicilere daha çekici...

Readmore

Boya sektörüne yönelik güvenlik ve performans arttıran yenilikçi katkılar

Boya sektörüne yönelik güvenlik ve performans arttıran yenilikçi katkılar

Wednesday, 09 May 2018

Clariant, distribütörleri Interplast ve Azelis ara...

Readmore

MAKALE / ARTICLE

Setting
Genel kullanıma uygun yapı kimyasalları için kullanılan ambalajlar

Genel kullanıma uygun yapı kimyasalları için kullanılan ambalajlar

Monday, 02 July 2018

Özet

Silikon yapıştırıcılar ve mastikler günümüzde ...

Readmore

Otomotiv sektöründe ağırlık azaltmada önemli bir teknoloji: MuCell

Otomotiv sektöründe ağırlık azaltmada önemli bir teknoloji: MuCell

Monday, 02 July 2018

1. Giriş

Gelişen otomotiv sektöründe firmalar arası...

Readmore

RÖPORTAJ / INTERVIEW

Setting
Fill Technic yeni nesil dolum sistemleri ile müşterilerine hizmet veriyor

Fill Technic yeni nesil dolum sistemleri ile müşterilerine hizmet veriyor

Monday, 28 May 2018

Fill Technic Makine Dolum ve Paketleme Sistemleri,...

Readmore

Tetra Pak İzmir Fabrikası “Dünya Klasmanında Mükemmellik Ödülü” aldı

Tetra Pak İzmir Fabrikası “Dünya Klasmanında Mükemmellik Ödülü” aldı

Monday, 02 July 2018

“Dünya Klasmanında Mükemmellik Ödülü”ne layık görü...

Readmore

Ambalaj makinelerindeki teknoloji ve kalitesiyle Yekebaş Makine…

Ambalaj makinelerindeki teknoloji ve kalitesiyle Yekebaş Makine…

Wednesday, 02 May 2018

Yenilikçi, kaliteli ve müşteri memnuniyeti ilkeler...

Readmore

Velox Türkiye

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı