Antimikrobiyal özelliklere sahip polikaktik asit bazlı kompozit malzemelerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu

Polylactic acid (PLA), which is called green polymer and has compostable/biodegradable property, has been the subject of many academic studies in recent years. It has the largest share in the global biodegradable polymer production capacity, own to its wide range of applications, cheap access to raw materials and excellent production know-how, by gaining a place in medical and food applications, especially due to its biocompatible and degradable properties. Antimicrobial substances have been used in health, heating and ventilation systems, packaging, and automotive etc. sectors in recent years by adding them to polymers and coatings to prevent the presence and survival of microbes. Composites formed with materials (silver - zinc oxide, silver-derived inorganic zeomic, titanium dioxide, etc.) commonly used in the plastics with antimicrobial activity, especially in PLA. And these additives are not biobased besides there are some question marks on food contact side of these additives. In order to preserve its biodegradability and biobased formulation natural additive pomegranate peel (POP) powder with antimicrobial effect was used in this study. Composite materials were produced by extrusion method by mixing PLA and POP powder at different weight fractions w/w (5%, 10%, 15%, 20%). The effects on the characterization parameters were investigated by using different screw rotation speeds of 400-500-600 rpm in the production of each samples have different POP powder concentrations in extrusion. The number of studies in the literature on PLA composites reinforced with POP powder is few, and all of them were produced by solvent casting method. This method is an expensive method that is not used in mass production due to the amount of solvent used and the amount of heat required to remove this solvent afterwards. The production of POP powder by directly adding it into PLA by extrusion method suitable for mass production constitutes the original aspect of the study. The characterization of the composite materials produced in the thesis study can be summarized in three groups as mechanical, thermal and antimicrobial. While DSC (Differential Scanning Calorimetry), TGA (Thermogravimetric Analysis) and TMA (Thermomechanical Analysis) analyzes were used for thermal characterization, on the other hand tensile, bending and impact tests were performed for mechanical characterization. The percent inhibition of PLA and its composites against Staphylococcus aureus (S.aureus) and Escherichia coli (E.coli) was calculated by antimicrobial tests to evaluate the antimicrobial activity of POP powder. According to the results obtained, POP powder, which is waste, can be used as a good reinforcement material in many areas. Achieving better antimicrobial performance at lower POP powder concentrations and increasing mechanical strength of POP powder loaded composites can be the scope of further projects.Yeşil polimer olarak adlandırılan ve kompostlanabilme/biyobozunma özelliğine sahip polilaktik asit (PLA) son yıllarda birçok akademik araştırmaya konu olmuştur. Özellikle biyouyumlu ve degrede olabilen bir malzeme olmasından kaynaklı medikal ve gıda uygulamalarında kendine yer edinerek, geniş uygulama yelpazesi, hammaddelere ucuz erişimi ve mükemmel üretim bilgisi sayesinde küresel biyobozunur polimer üretim kapasitesinde en büyük paya sahiptir. Antimikrobiyal maddeler sağlık, ısıtma ve havalandırma sistemlerinde, paketleme, ambalaj, otomotiv vb sektörlerde, mikropların varlığını ve hayatta kalmasını engellemek için polimerlere ve kaplamalara katılarak son yıllarda kullanılmaya başlanmıştır. Plastiklerin özellikle PLA’nın antimikrobiyel yapılmasında yaygın olarak kullanılan malzemeleri (gümüş - çinko oksit, gümüş kaynaklı inorganik zeomic, titanyum dioksit vb) biyobazlı değildir, ayrıca bu katkı maddelerinin gıda ile temas kısmında bazı soru işaretleri bulunmaktadır. Bu çalışmada biyolojik olarak parçalanabilirliğini ve biyo yapısını korumak için antimikrobiyal etkiye sahip doğal nar kabuğu (POP) tozu kullanılmıştır. PLA ile farklı oranlarda (%5, %10, %15, %20) POP tozu karıştırılarak ekstrüzyon yöntemiyle kompozit malzemeler üretilmiştir. Ekstrüzyonda farklı POP tozu oranına sahip numune üretiminde 400-500-600 rpm vida dönüş hızları kullanılarak karakterizasyon parametreleri üzerine etkileri araştırılmıştır. POP tozu takviyeli PLA kompozitlerle ilgili literatürdeki çalışma sayısı az olup hepsi solvent döküm yöntemi ile üretilmiştir. Bu yöntem, kullanılan solvent miktarı ve sonrasında bu solventin uzaklaştırılması için gereken ısı miktarından ötürü pahalı ve seri üretimde kullanılmayan bir yöntemdir.. POP tozunun PLA’nın içine doğrudan katılarak seri üretime uygun ekstrüzyon yöntemi ile üretilmesi çalışmanın özgün yönünü oluşturmaktadır. Tez çalışmasında üretilen kompozit malzemelerin karakterizasyonu mekanik, termal ve antimikrobiyellik olarak üç grup olarak özetlenebilir. Termal karakterizasyon için DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetri), TGA (Termogravimetrik Analiz) ve TMA (Termomekanik Analiz) yöntemleri kullanılırken, mekanik karakterizasyon için çekme, eğilme ve dayanım testleri yapılmıştır. Antimikrobiyellik testleri ile PLA ve kompozitlerinin Staphylococcus aureus (S.aureus) ve Escherichia coli (E.coli)'ye karşı inhibisyon yüzdesi hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre atık olarak ziyan edilen POP tozu iyi bir takviye malzemesi olarak pek çok alanda kullanılabilir. Daha düşük POP tozu konsantrasyonlarında daha iyi antimikrobiyal performansın elde edilmesi ve mekanik dayanımının arttırılması daha ileri projelerin kapsamı olabilir