Production of Thermoplastic Starch from Bread Wastes and Investigate the Properties of its Blends with Low Density Polyethylene

Abstract

Within the scope of this study, it was aimed to obtain thermoplastic starch (TPS) from bread waste and convert it into qualified products. TPS was produced from bread waste for the first time in the literature. Water and glycerol were used as plasticizers. To improve the mechanical properties of TPS, blends of low-density polyethylene (LDPE)/TPS were produced. LDPE/TPS blends were carried out in a twin screw lab-scale Xplore model micro-compounder. After blending process, LDPE/TPS blends were injection-molded using an Xplore model micro-injection molding device to obtain standard test samples. Mechanical, morphological, thermal, and biodegradable properties of LDPE/TPS blends were investigated depending on the TPS ratio. Tensile strength and elongation at break of LDPE decreased with the addition of TPS. The interfacial interaction between LDPE and TPS improved with the use of increasing amounts of TPS in LDPE/TPS blends. It was observed that the biodegradation times of the blends decreased at high TPS loading levels.

Keywords

• TPS
• LDPE
• mechanical properties
• thermal properties
• biodegradability

Project Number

2209-B

EKMEK ATIKLARINDAN TERMOPLASTİK NİŞASTA ELDESİ VE DÜŞÜK YOĞUNLUKLU POLİETİLEN İLE HARMANLARININ ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Abstract

Bu çalışma kapsamında, ekmek atıklarının yapısında bulunan nişastanın termoplastik nişastaya (TPS) dönüştürülmesi çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Plastikleştirici olarak su ve gliserol kullanılarak literatürde ilk kez ekmek atıklarındaki nişastadan TPS üretilmiştir. TPS’nin mekanik özelliklerinin iyileştirebilmesi için düşük yoğunluklu polietilen (LDPE) ile karışımları oluşturulmuştur. LDPE/TPS karışımları çift vidalı laboratuvar ölçekli Xplore model bir mikro-harmanlayıcıda gerçekleştirilmiştir. Harmanlama işleminin akabinde karışımlar, standart test örnekleri elde etmek üzere Xplore model mikro-enjeksiyon cihazı kullanılarak kalıplanmıştır. LDPE/TPS karışımlarının TPS oranına bağlı olarak mekanik, morfolojik, ısıl ve biyobozunurluk özellikleri incelenmiştir. LDPE’nin çekme dayanımı ve kopmada uzama değeri TPS ilavesi ile azalış göstermiştir. LDPE ve TPS arasındaki ara yüzey etkileşimi LDPE/TPS karışımlarında artan miktarda TPS kullanılmasıyla iyileşmiştir. TPS miktarı yüksek olan karışımların biyobozunma sürelerinin azaldığı gözlemlenmiştir.

Keywords

• TPS
• LDPE
• mekanik özellikler
• ısıl özellikler
• biyobozunma

Supporting Institution

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK)

Project Number

2209-B

Thanks

Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 2209-B Sanayiye Yönelik Lisans Araştırma Projeleri kapsamında desteklenmiştir. Ayrıca Sunar Mısır’a katkılarından dolayı teşekkürlerimizi sunarız.

References

1. Bikiaris, D., Prinos, J., Koutsopoulos, K., Pavlidou, E., Frangis, N., Panayiotou, C., 1998, “LDPE/plasticized starch blends containing PE-g-MA copolymer as compatibilizer”, Polymer Degradation and Stability, 59, 1-3, 287-291.
2. Can, B.N., 2017, Poli(Bütilen Adipat-Ko-Teraftalat)/Termoplastik Nişasta Karışımlarında Okside Termoplastik Nişasta Ve Uyumlaştırıcı Etkisinin İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.
3. Türkiye İsraf Raporu, Türkiye Cumhuriyeti Ticaret Bakanlığı, 2018.
4. Çelik, E., 2008, Ekmek Yapımında Kullanılan Bazı Katkı Maddelerinin Ekmek Kalitesi Ve Bayatlama Özellikleri Üzerine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Afyonkarahisar.
5. Ercan, R., 1985, “Ekmeğin Bayatlaması”, Gıda, 10, 6, 335-340.
6. Karagöz, S., 2012, Poli(Laktik Asit)/Modifiye Termoplastik Nişasta Karışımları, Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli.
7. Khan, B., Bilal Khan Niazi, M., Samin, G., & Jahan, Z., 2017, “Thermoplastic starch: a possible biodegradable food packaging material—a review”, Journal of Food Process Engineering, 40, 3.
8. Mazerolles, T., Heuzey, M.C., Soliman, M., Martens, H., Kleppinger, R., Huneault, M.,A., 2019, “Development of co-continuous morphology in blends of thermoplastic starch and low-density polyethylene”, Carbohydrate Polymers, 206, 15, 757-766.

9. Nguyen, D.M., Do, T.V.V., Grillet, A.C., Thuc, H.H., Thuc, C.N.H., 2016, “Biodegradability of polymer film based on low density polyethylene and cassava starch”, International Biodeterioration & Biodegradation, 115, 257-265.
10. Ocelić Bulatović, V., Mandić, L., Turković, A., Kučić Grgić, D., Jozinović, A., Zovko, R., Govorčin Bajsić, E., 2019, “Environmentally Friendly Packaging Materials Based on Thermoplastic Starch”, Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 33, 3, 347-361.
11. Pushpadass, H.A., Bhandari, P., Hanna, M.A., 2010, “Effects of LDPE and glycerol contents and compounding on the microstructure and properties of starch composite films”, Carbohydrate Polymers, 82, 4, 1082-1089.
12. Rodriguez‐Gonzalez, F. J., Virgilio, N., Ramsay, B. A., & Favis, B. D., 2003, “Influence of melt drawing on the morphology of one‐and two‐step processed LDPE/thermoplastic starch blends”. Advances in Polymer Technology: Journal of the Polymer Processing Institute, 22, 4, 297-305.
13. Sabetzabeh, M., Bagheri, R., Masoomi, M., 2015, “Study on ternary low density polyethylene/linear low density”, Carbohydrate Polymers, 119, 125-133.
14. Shujun, W., Jiugao, Y., Jinglin, Y., 2005, “Preparation and characterization of compatible thermoplastic starch/polyethylene blends”, Polymer Degradation and Stability, 87, 3, 395-401.
15. St-Pierre, N., Favis, B.D., Ramsay, B.A., Ramsay, J.A., Verhoogt, H., 1997, “Processing and characterization of thermoplastic starch/polyethylene blends”, Polymer, 38, 3, 647-655.
16. Weiland, M., Daro, A., David, C., 1995, “Biodegradation of thermally oxidized polyethylene”, Polymer Degradation and Stability, 48, 275-289.
17. Yamak, H.B., 2016, “Thermal, Mechanical and Water Resistance Properties of LDPE/Starch Bio-Based Polymer Blends for Food Packing Applications”, Journal of the Turkish Chemical Society Section A (JOTCSA), 3, 3, 637-656.