Thursday, Mar 28th

Last updateThu, 28 Mar 2024 9am

You are here: Home Makale Biyobozunur ambalaj uygulamaları için selüloz esaslı polimerik kompozitler
Bareks, sürdürülebilirlik odağıyla ilerliyor

Bareks, sürdürülebilirlik odağıyla ilerliyor

Bakioğlu Holding Ambalaj Grubu Şirketleri arasında yer alan ve polietilen film ü...

Geleceğin sanayi ve mühendislik projeleri  MAKİNA HANGAR’dan çıkacak

Geleceğin sanayi ve mühendislik projeleri MAKİNA HANGAR’dan çıkacak

MMO İstanbul Şubesi ve Hannover Fairs Turkey, yeni fikirlere destek verecek!

Sana...

BAYEGAN ile Tasnee arasındaki iş birliği  büyüyerek devam edecek

BAYEGAN ile Tasnee arasındaki iş birliği büyüyerek devam edecek

Türkiye-Suudi Arabistan Yatırım, Turizm ve İş Forumu kapsamında, Türkiye ile Suu...

FANUC Akademi, 2023 yılında 500’den fazla kişiye  eğitim verdi

FANUC Akademi, 2023 yılında 500’den fazla kişiye eğitim verdi

Otomasyon endüstrisinde CNC kontrolör, robot ve makinelerin geliştirilmesine önc...

ALBIS ve Röhm ortaklığa imza attı

ALBIS ve Röhm ortaklığa imza attı

ALBIS, metakrilat kimyasının önemli bir global tedarikçisi olan Röhm GmbH ile di...

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
Woojin Plaimm’den yenilikçi teknolojiler

Woojin Plaimm’den yenilikçi teknolojiler

Tuesday, 13 February 2024

Plastik enjeksiyon makinesi alanında kendini küres...

Readmore

ABB, 2024 yılında robot teknolojisi ve  yapay zekâ alanında yeni sınırlar belirliyor

ABB, 2024 yılında robot teknolojisi ve yapay zekâ alanında yeni sınırlar belirliyor

Wednesday, 13 March 2024

ABB Robotik Bölümü Başkanı Marc Segura, daha önce ...

Readmore

Enjeksiyon makine siparişinizi online hale getirin

Enjeksiyon makine siparişinizi online hale getirin

Thursday, 14 March 2024

Woojin Plaimm, dünyanın ilk e-teklif sistemini Tür...

Readmore

Volvo’nun elektrikli araçlarını FANUC robotları üretecek

Volvo’nun elektrikli araçlarını FANUC robotları üretecek

Thursday, 01 February 2024

Sürdürülebilirliğe odaklanan dünyanın en büyük end...

Readmore

TOMRA, yapay zekâ alanındaki stratejik  iş birliklerini genişletiyor

TOMRA, yapay zekâ alanındaki stratejik iş birliklerini genişletiyor

Wednesday, 13 March 2024

TOMRA, yapay zekâ tabanlı atık akışı izleme alanın...

Readmore

Tanrıkulu, PET şişeden şişeye pazarına giriyor

Tanrıkulu, PET şişeden şişeye pazarına giriyor

Wednesday, 13 March 2024

Genel merkezi Kocaeli’nde bulunan plastik geri dön...

Readmore

ÜRÜN / PRODUCTS

Setting
Otomotiv pazarı için geri dönüşüm içeriğine sahip yeni bileşikler

Otomotiv pazarı için geri dönüşüm içeriğine sahip yeni bileşikler

Thursday, 14 March 2024

KRAIBURG TPE, en az %73’ü geri dönüştürülmüş içeri...

Readmore

Yeni uygulama ürün mühendisliği ve servis operasyonlarını birbirine bağlıyor

Yeni uygulama ürün mühendisliği ve servis operasyonlarını birbirine bağlıyor

Thursday, 01 February 2024

Siemens ve Salesforce hizmet sunumunu hızlandırmak...

Readmore

Endüstriyel robot kullanımı, üretimde verimliliğin anahtarı

Endüstriyel robot kullanımı, üretimde verimliliğin anahtarı

Thursday, 14 March 2024

Endüstriyel otomasyon, teknolojik gelişmelerin iş ...

Readmore

MD520 AC Sürücü ile yüksek performans ve  gelişmiş kontrol imkânı

MD520 AC Sürücü ile yüksek performans ve gelişmiş kontrol imkânı

Thursday, 01 February 2024

Modern endüstriyel otomasyon sistemlerinin vazgeçi...

Readmore

Küresel iş birliği modeli ile akıllı üretim ekosistemine rehberlik ediyor

Küresel iş birliği modeli ile akıllı üretim ekosistemine rehberlik ediyor

Thursday, 14 March 2024

CC-Link teknolojisinin global temsilcisi CLPA, güç...

Readmore

Yapay zekâ destekli süreç umut vaat ediyor

Yapay zekâ destekli süreç umut vaat ediyor

Wednesday, 27 December 2023

Plastik ayıklama araştırma projesi OMNI, gıda sını...

Readmore

MAKALE / ARTICLE

Setting
Ambalaj Üretiminde Dijitalleşme

Ambalaj Üretiminde Dijitalleşme

Thursday, 07 March 2024

Dijitalleşme Sürecinin Ambalaj Üretiminde Kalite S...

Readmore

Otomotiv Endüstrisinde Polimerler ve Polimer Matrisli  Kompozit Malzemelerdeki Gelişmeler -1-

Otomotiv Endüstrisinde Polimerler ve Polimer Matrisli Kompozit Malzemelerdeki Gelişmeler -1-

Friday, 02 February 2024

Özet

Otomotiv endüstrisi her geçen gün kullanıcılar...

Readmore

Araştırmacılar, spirulina bazlı plastikler geliştiriyor

Araştırmacılar, spirulina bazlı plastikler geliştiriyor

Thursday, 03 August 2023

Washington Üniversitesi'ndeki araştırmacılar taraf...

Readmore

RÖPORTAJ / INTERVIEW

Setting
Avantajlı paketleme çözümleriyle AVANPAK

Avantajlı paketleme çözümleriyle AVANPAK

Friday, 02 February 2024

AVANPAK AŞ. Genel Müdürü Taha Kızılkaya ile gerçek...

Readmore

SOCAR Türkiye Ar-Ge ve İnovasyon AŞ. Genel Müdürü Dr.Bilal Guliyev

SOCAR Türkiye Ar-Ge ve İnovasyon AŞ. Genel Müdürü Dr.Bilal Guliyev

Tuesday, 21 November 2023

"Ticarileşen yeni ürünlerimizle ‘yerli ürün’ kulla...

Readmore

Polibak Genel Müdürü Özgür Çertuğ

Polibak Genel Müdürü Özgür Çertuğ

Tuesday, 21 November 2023

“Avrupa’daki en büyük üretim hattına sahibiz”

Polib...

Readmore

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı