Mentol ve organik asit bazlı derin ötektik çözeltilerin gıda ambalajlarında plastikleştirici olarak kullanım olanaklarının araştırılması

Abstract

Günümüzde nüfusun artmasıyla birlikte artan çevre kirliğine çözüm aranırken biyobozunur ambalaj malzemeleri önem kazanmıştır. Biyobozunur ambalajların özelliklerini geliştirmek için eklenen plastikleştiricilerin toksik etkisi düşünüldüğünde "Generally Recognized as Safe- Genellikle Güvenli Kabul Edilir (GRAS)" sınıfında olan, maliyeti düşük ve piyasadaki plastikleştiricilerle alternatif oluşturabilecek özelliklere sahip derin ötektik çözeltiler (DÖÇ) araştırılması oldukça önemlidir. Mevcut çalışmada mentol ve organik asit esaslı (levulinik asit (Lev) ve pürivik asit (Pyr)) DÖÇ'ler hazırlanarak yoğunluk, viskozite, yapı ve termal özellikleri belirlenmiştir. Daha sonra polilaktik asit (PLA) içerisine %5, 10, 20 oranlarında DÖÇ'ler eklenerek çözelti döküm yöntemiyle filmler üretilmiştir. Aynı şekilde geleneksel plastikleştiricilerden di-2-etilhegzil ftalat (DEHP) ve epoksitlenmiş soya yağı (ESBO) ile de %5, 10, 20 oranlarında filmler üretilmiştir. Filmlerde optik, mekanik, suya karşı davranış, bariyer, yapı tayini, uçuculuk, toplam migrasyon ve analizleri yapılarak DÖÇ'ler ile geleneksel plastikleştiricilerin etkileri kıyaslanmıştır. DÖÇ'lerde yapı tayini analizi FTIR cihazının ATR ekipmanıyla yapılmış olup, DÖÇ'lerin yapılarını oluşturan mentol ve organik asitlerin karakteristik piklerinin DÖÇ'lerde varlığı teyit edilmiştir. DÖÇ'lerin yoğunlukları ve viskozitleri polimere işlenebilirliği açısından önem arz etmektedir. Yoğunluk analiz bulguları incelendiğinden DÖÇ ve geleneksel plastikleştiricilerin benzer sonuçlar verdiğini, viskozite analiz bulguları incelendiğinde ise DÖÇ'lerin geleneksel plastikleştiricilere göre daha viskoz yapıda olduğu tespit edilmiştir. Çalışma kapsamında eklenen DÖÇ'lerin PLA filminin özelliklerini iyileştiridiği tespit edilmiştir. Geleneksel plastikleştirciler ile DÖÇ'ler kıyaslandığında optik (renk, opaklık, ışık geçirgenliği) özelliklerinin benzer etkiyi gösterdiği, bariyer (oksijen ve su buharı geçirgenliği) özelliklerinin DÖÇ grubundakilerin daha iyi olduğu, suya karşı davranış (su tutma kabiliyeti ve suda çözünürlük) özellikleri yönünden incelendiğinde DÖÇ'lerin suya karşı davranış bulgularının daha yüksek değerde olduğu tespit edilmiştir. Üretilen filmler, gıda ile temas uygunluklarını gösteren toplam migrasyon analizleri yönünden kıyaslandığında ESBO ve DEHP'in sulu ve sulu asitli gıdalar için kullanımının uygun olmasına rağmen Türk Gıda Kodeksi Gıda ile Temas Eden Plastik Madde ve Malzemeler Tebliği'nde (2019) yer alan 10 mg/dm² olan limit değerini aştığından yağlı gıdalarda kullanımı uygun olmadığı belirlenmiştir. DÖÇ'lerin ise tüm gıda grupları ile temasının uygun olduğu tespit edilmiştir. DÖÇ'lerin PLA ile olan uyumunun geleneksel plastikleştiricilere göre daha iyi olmasından dolayı tüm analiz sonuçları göz önünde bulundurulduğunda PLA filmlerde DÖÇ'lerin piyasada kullanılan geleneksel plastikleştiricilere göre benzer veya daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. DÖÇ'lerin PLA filmine farklı oranlarda eklenmesiyle oluşturulan filmlerde yapılan analizlerin bulguları incelendiğinde en iyi filmlerin %10 oranında eklenen M-Lev ve % 5 oranında eklenen M-Pyr filmleri olduğu tespit edilmiştir.The environmental pollution has became a major crisis as the human population grows almost exponantially and petrol-derived plastics are the most frequent pollutant of this global crisis. So the substitution with biodegredable materials is a promising solution for pollution of the planet earth. However the biodegradable packaging materials lacks of some essentials, especially mechanical resistance. Although plasticisers are added to biodegradable polymers to improve its mechanical properties, most of the common ones are toxic. Therefore coherent biodegradable plasticisers are needed to be researched. Deep eutectic solvents (DES) which are classified as "generally recognized as safe (GRAS)", are promising alternative plasticiser. In the current thesis, menthol (M) and organic acid (levulinic acid (Lev) and pyruvic acid (Pyr)) based DES are examined as plasticiser. Both DES (M-Lev and M-Pyr) are added to casted polylactic acid (PLA) films with the mass concentration of 5%, 10%, and 20%. Performance of these organic plasticisers are compared with two most commonly used plasticiser in the packaging industry, di-2-ethylhexyl phthalate (DEHP) and epoxidized soybean oil (ESBO). Optical, mechanical, barrier and structural properties of DES containing PLA films were examined. Characteristic Fourier Transform Infra-Red (FTIR) absorbance peaks of menthol and the organic acids are confirmed by the FTIR spectrum of the DES. Densities which are important in terms of processability were measued as similar with the comperates. Additionally, flow behavior of the DES were found to be Newtonian. DES which are hypothesized as to improve mechanical properties of the PLA are found as comperable with ESBO and DEHP. Moreover, optical properties were similar of DES containing films with the ESBO and DEHP containing ones. While water solubility and water retention were greater for the DES containing films, migration were lower especially to the fatty foods which limits the use of ESBO and DEHP are easily migrating to the fatty foods. In conclusion both DES are compatible with PLA. Use of DES as plasticiser has improved mechanical and barrier properties of the films. When the findings of the film analysis were considered it was suggested to add M-Lev and M-Pyr with a concentration of 10% and 5% respectively.