Page 1

Kimya Dergisi

İNOVATİF Kimya Dergisi YIL:6 SAYI:58 MAYIS 2018

AKRİLAMİD

NASIL OLUŞUR? NERELERDE KULLANILIR? YENİ YAZILIMLAR GELECEĞİN LABORATUVARLARINI İŞLETEBİLİR DAHA VERİMLİ GÜBRELER İÇİN GRAFEN ÖRÜMCEK İPEĞİ ve KEVLAR LİFİ DOĞANIN GÜCÜ


EKİBİMİZ YAVUZ SELİM KART PELİN TANTOĞLU HATİLE MOUMİNTSA TUĞBA NUR AKBABA GÜLŞAH TİRENG ÖZGENUR GERİDÖNMEZ MERVE ÇÖPLÜ HACER DEMİR NURSELİ GÖRENER BUSE ÇAKMAK MELİS YAĞMUR AKGÜNLÜ ZELİŞ GİRGİN RABİYE BAŞTÜRK NESLİHAN YEŞİLYURT ELİF AYTAN ÖMER AKSU HAZAL ÖZTAN EBRU DOĞUKAN SİMGE KOSTİK PETEK AKSUNGUR SUDE ÖZÇELİK HATİCE KÜBRA ÇETİNKAYA DİLARA AKMAN CANAN MOLLA AYŞEGÜL KAVRUL RABİA ÖNEN KÜBRA ÇELEN ZÜLBİYE KILIÇ BAŞAK SULTAN DOĞAN ALİ ERAYDIN MELİS KIRARSLAN MEHDİ KOŞACA NUR SABUNCU SEDA SEVAL URUN BURAK TEKİN İPEK AKHTAR MELİKE OYA KADER ZEYNEP KÖSE NEZİH TEKİN AYŞE GÜLER BERNA KUZU PERİHAN KIZILKAYA MÜJGAN ŞAHİN REYHAN KARATAY SELİN CİMOK BETÜL ULAŞ ERDİ GÜLŞEN HAYRİ KORU DİCLE OĞUZ ELİF BAŞARA SENA SAATÇİ SENA AŞKIM TEMİR

DERGİYİ OKUMADAN ÖNCE İnovatif Kimya Dergisi yazılarını herhangi bir makalenizde veya yazınızda kullanmak için yazısını aldığınız kişiye mail atarak haber vermek, kullanmış olduğunuz yazıların kaynağını ise dergi olarak belirtmek durumundasınız. Dergide yazılan yazıların sorumluluğu birinci derece yazara aittir. Bu konu hakkında bir sorun yaşıyorsanız ilk olarak yazara ulaşmalısınız. Dergide yer alan bilgileri kullanarak başınıza gelebilecek felaketlerden ya da işlerden dergi sorumlu değildir. Dergimizde yayınlanmasını istediğiniz yazıları info@inovatifkimyadergisi.com mail adresine göndermelisiniz. Gönderdiğiniz yazılarda bir eksiklik var ise editör tarafından incelenecektir. Eksik kısımları var ise size geri dönüş yapılacaktır. Dergi ekibi gönüllü kişilerden oluşmuştur. Dergi ilk kurulduğu andan beri böyle ilerlemiştir. Dergi ekibinde olan herkes bu kuralı kabul etmiş sayılır. Gelen kişilere en başta bu kural söylenir. Görevini yapmayan, dergide anlaşmazlık çıkaran, huzur bozan kişiler ekipten çıkarılır. Siz de bu ekip içinde yer almak istiyorsanız web sitemiz üzerinden kuralları okuyarak başvurabilirsiniz. Dergiyi okuyanlar ve dergi ekibi bu kuralları kabul etmiş sayılırlar. İNOVATİF KİMYA DERGİSİ

REKLAM VERMEK İÇİN reklam@inovatifkimyadergisi.com adresinden web site ve e-dergi için fiyat teklifi alabilirsiniz.

http://www.inovatifkimyadergisi.com https://www.facebook.com/InovatifKimyaDergisi https://twitter.com/InovatifKimya https://instagram.com/inovatifkimyadergisi https://www.linkedin.com/in/inovatif-kimya-dergisi-00629484/


REKLAM İÇİN REKLAM VERMEK İÇİN DOĞRU YERDESİNİZ reklam@inovatifkimyadergisi.com


TEKSTİL KİMYASI

6

YENİ YAZILIMLAR GELECEĞİN LABORATUVARLARINI İŞLETEBİLİR

10

ENDÜSTRİYEL PLASTİKLER

12

BİLİM İNSANLARI, 30 YILLIK BAKTERİLERİNİN NASIL YAKIT ÜRETTİĞİ 16 GİZEMİNİ ÇÖZDÜ

AKRİLAMİD

18

DAHA VERİMLİ GÜBRELER İÇİN GRAFEN 23

GIDA ÜRETİM PROSESLERİNDE ENZİM TEKNOLOJİSİ

25


ATIK SU ARITMA TESİSLERİ ELEKTRİK ÜRETEBİLİR!

28

ÖRÜMCEK İPEĞİ ve KEVLAR LİFİ DOĞANIN GÜCÜ

30

KARBON NANOTÜP AĞI BATARYA ÖMRÜNÜ UZATABİLİR

36


TEKSTİL KİMYASI

Genellikle gelişmekte olan ülkelerin odaklandığı sanayi sektörü olarak bilinen tekstil ve hazır giyimde oyunun kuralları değişiyor. Avrupa Birliği, tekstil dahil tüm sanayi sektörlerinde üretimi destekleme kararı aldı ve bu konuda belirlenen strateji tüm AB ülkeleri ile sanayi sektörleri tarafından imzalandı. ABD ise kendi sınırları içinde üretimi teşvik için her türlü radikal önlemi almakta kararlı. Japonya bile küresel ölçekte en çok tekstil makinesi alımı ve yatırımı yapan ülkeler arasına girmiş durumda. Bu gelişmelerin de ışığında Türk tekstil ve hazır giyim sanayicileri artık sadece maliyete dayalı olarak gelişmekte olan ülkeler grubundaki rakipleriyle değil aynı zamanda Ar-Ge, inovasyon, tasarım ve yüksek teknolojiyle üretim için yatırım bütçeleri çok yüksek olan gelişmiş ülkelerle de rekabet etmek zorunda. [1]

Türk tekstil sanayi, imalat sanayi içindeki en uzun endüstriyel zincirlerden biridir. Tekstil imalatı, temel olarak hammaddeden elyaf ve iplik üretimi (iplikçilik), iplikten kumaş üretimi (dokuma veya örme), tekstil ürünlerine terbiye işlemleriyle istenilen özelliklerin kazandırılması (terbiye), kumaşın kesim ve dikim suretiyle kullanıma hazır hale getirilmesini (konfeksiyon) kapsayan alt imalat kollarını içerir. Tekstil terbiye sanayi, tekstil ürününün özelliklerinin kullanım alanına göre değiştirilmesini ve geliştirilmesini hedef alan, ürüne kalite ve katma değer kazandıran özel bir sanayi dalıdır. Ülkemiz üretim kapasitesiyle Avrupa’nın en büyük tekstil terbiye sanayisidir [2]. Tekstil endüstrisinin ana dallarından biri olan tekstil terbiyesi ham tekstil ürünlerine kullanım alanına uygun özellikler kazandırarak, ürünü daha cazip hale

getirmek ve tüketicinin beğenisine hazırlamak için yapılan işlemlerden oluşur. Tekstil ve konfeksiyon imalatı içinde kimyasal kullanımının en fazla olduğu işlemlerdir ve çalışan sağlığı açısından olumsuz etkiler oluşturabilmektedir. [3] Tekstil terbiyesi de kendi içinde, uygulanan işlemlerin amaçları ve yapıları bakımından bölümlere ayrılmaktadır. Buna göre tekstil terbiyesi; • Ön terbiye • Renklendirme (boyama ve baskı) • Bitim (apre) işlemleri olmak üzere üç bölümden oluşmaktadır. Tekstil terbiyesi, ön terbiye, boyama ve bitim işlemlerinde kullanılan kimyasallar “boyarmaddeler”, “yardımcı kimyasal maddeler”, “ana kimyasal maddeler” “apre kimyasalları” olarak dört grupta ele alınabilir. Ana kimyasal madde grubunda kimyasal yapıları bilinen ve terbiye işlemlerinde kullanılan asitler, bazlar, tuzlar gibi maddeler yer almaktadır. Yardımcı kimyasal maddeler ise tekstil işlemlerine özgü olarak geliştirilmiş, ticari sebeplerden ötürü kimyasal yapıları genelde açıklanmayan ve çoğu karışım hâlinde bulunan maddelerdir . Yardımcı kimyasal maddeler, ön terbiye ve boyama kimyasallarıdır. Apre kimyasalları da yine tekstil işlemleri için özel olarak geliştirilmiş, kimyasal yapıları ticari nedenlerle saklı tutulan ve çoğu karışım halinde olan kimyasallardır. Özellikle Tekstilde, kimyasal boyahanelerde, baskı yapılan, terbiye ve ön terbiye yapılan tesislerde kullanılan kimyasalların kanserojen etkisi olduğu; burun, gırtlak ve mesane kanseri riskini arttırdığı

6


anlaşılmıştır. Konfeksiyonda leke çıkartma işlemi için kullanılan perkloretilen, trikloretilen tetrakloretilen vb. çözücüler havada buharlaşarak zehirli gaz

oluşturmaktadır.

Tekstil Malzemelerinde Modifikasyonlar Modifikasyon; herhangi bir materyalde meydana gelen sınırlı değişiklik olarak tanımlanmaktadır. Yüzey modifikasyonu, materyallerin temel özelliklerinin değiştirilmeden, yüzeylerinde fiziksel ve/veya kimyasal değişimler meydana gelmesini sağlamaktadır. Kimyasal, fizikokimyasal ve biyokimyasal olarak sınıflandırılan bu

modifikasyon yöntemleri sayesinde, tekstil materyalinin fonksiyonu arttırılabilmektedir. Tekstil materyallerinde kimyasal modifikasyon, herhangi bir kimyasal maddenin aplikasyonu sonucunda meydana gelen kimyasal reaksiyon ile kimyasal maddelerin tekstil materyallerinin yüzeyine bağlanması şeklinde meydana gelmektedir.

7


Tekstil mamulünün kimyasal maddelere uzun süre maruz kalması sonucunda, rengi bozulmakta, lifler zarar görmekte ve mekanik özellikleri bozulabilmektedir. Kimyasal yöntemlerin dezavantajlarının fazla olması, son yıllarda fizikokimyasal yöntemlerin ticari anlamda önemini arttırmış ve böylece mamul özelliklerinin modifikasyonunda klasik yaş işlemlerin yerini alması için çalışmalar yoğunlaşmıştır. Fizikokimyasal yöntemlere örnek olarak; korona boşalması, ısıl

işlemler, plazmalar, UV ve gama-radyasyonu, elektron veya iyon bombardımanı, ozon gibi işlemler verilmektedir. Kimyasal yöntemlerin dezavantajlarını ortadan kaldırmak amacıyla geliştirilen alternatif yöntemlerden biriside tekstil terbiyesinde enzim kullanımıdır. Tekstil endüstrisine ilk olarak haşıl sökme işleminde amilaz kullanımı ile giren enzimler günümüzde hem doğal hem de sentetik liflerin ön terbiye, boyama ve bitim işlemleri olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır.

Tekstilde Fizikokimyasal Modifikasyon: Plazma Teknolojisi Plazma ile tekstil materyallerinin en üst tabakasında atomik düzeyde, kimyasal bileşiklerin birikmesi ve bu yüzeyin değiştirilmesi gibi modifikasyon reaksiyonları gerçekleşmektedir. Tekstil malzemesi iki elektrot arasında ya da plazmanın etki edebileceği bir alanda işleme maruz kalmaktadır. Monomer veya gaz buharının plazmaya dönüşmesi ile kimyasal olarak aktif parçacıklar oluşmaktadır. Oluşan bu parçacıklar, tekstil materyalinin yüzeyine çarparak kimyasal reaksiyonlar ile yüzeyde modifikasyon gerçekleştirmektedir. Plazma içerisinde karşıt etkili iki ana işlem gerçekleşmektedir. Bunlardan bir tanesi, polimerizasyon diğeri ise aşındırmadır. Polimerizasyon gaz bileşiminde yüksek miktarda C

ve H varsa materyalin numune üzerinde birikmesine neden olmaktadır. Aşındırma ise; materyalin substrat üzerinden uzaklaşmasını sağlamaktadır.

Plazma Teknolojisinin Avantajları İşlem sonunda kimyasal atıkların oluşmaması, maliyetin düşük olması, hızlı reaksiyon süreleri, kimyasal kullanımının az olması ve suyun kullanılmaması şeklinde sıralanabilir. Avantajlarından da anlaşılacağı gibi plazma, ekolojik ve ekonomik bir işlemdir. Plazma işlemleri tekstil materyallerinin hidrofilitesini arttırmak ya da azaltmak, kir iticilik,

yağ iticilik, güç tutuşurluk, antibakteriyel, iletkenlik vb. gibi apre özelliklerinin kazandırılmasını ve kompozit yapılarda kullanılan tekstil materyali ile matriks arasındaki yapışmayı arttırmak ve boyama gibi bir sonraki adımlarda yapılacak işlemin etkisini arttırmak amacıyla tekstil yüzeyinin modifiye olmasını sağlamaktır. [4]

Plazma Polimerizasyon Tekniği ile Tekstil Liflerinin Modifikasyonu Üzerine Bazı Çalışmalar Oksijen, azot ve hidrojen gazlarının ve bunların değişik konsantrasyonları kullanılarak karışımlarının polyester üzerine plazma teknolojisi uygulanması sonucunda polyester materyalinin yüzeyinde oluşan değişim incelenmiştir. Çalışmalarda gazlar sadece 1 ve 5 dk uygulanmış olup işlem 150ºC civarında yapılmıştır. Plazma işleminin uygulandığı cihazın gücü 1500V’dır. Plazma işlemi sonucunda tekstil materyalinin hidrofilitesini test etmek için kumaşlara damla ve temas açısı testleri uygulanmıştır. Bu testlerin sonucunda; plazma işleminin %100

polyester materyale hidrofil bir özellik kazandırdığı gözlenmiştir. 1 dk’lık işlem sonunda plazma işlemi görmüş kumaşın su absorbanlık özelliğinin işlem görmemiş kumaşa göre 8 kat, 5 dk’lık işlem sonunda ise 12 kat arttığı görülmüştür. Kumaş yüzeyinde –OH ve NH2 grupları dışında istenmeyen başka grup meydana gelmemiştir. Ayrıca lif yüzeyinde yarıklar oluşmuş ve gözenekler meydana gelmiştir; bu da, kumaşın su absorbanslık yani hidrofilitesinin özelliğinin arttığını göstermektedir.

8


Düşük sıcaklıklarda plazma işlemi ile %99.9 saflıkta edilmemiş lif yüzeyine göre hiçbir değişiklik olan argon ve oksijen gazları kullanılarak pamuğun göstermezken, 30 dk’lık plazma işlemi sonunda daha kısa sürede hidrofilleştirilmesi amacıyla pamuklu dalgayı andıran lif yüzeyi lif ekseni yönünde oryante yüzey alüminyum metal ile kaplanmıştır. Örnek bir hal almıştır. Su damlatma testi sonucunda ise numuneler 20ºC ve %65 bağıl nemde bekletilmiştir. plazma ile muamele edilmemiş kumaşta su emiş Sistem 2X10-2 Torr basınç ile vakumlanmış ve eş süresi 6 sn iken argon gazı ile plazmada işlem değerdeki basınç ile sisteme gaz girişi sağlanmıştır. görmüş materyalde bu süre 5 dk’lık işlem sonucunda Örnek kumaşlar 5 ve 30 dk’lık periyotlarda plazma 1dk’ya çıkmıştır. Oksijenle yapılan 5 dk’lık plazma işlemine maruz bırakılmışlarıdır. Metal parçalar, muamelesi sonucunda ise bu süre 1 sn’ye inmiştir. metal saçıcı eleman ile kumaş yüzeyine depolanmıştır. Fakat plazma işlem süresi uzatıldıkça bu sürelerin Plazma işlemi sonunda, 5 dk’lık muamelede (O2 arttığı görülmektedir. ve Ar ile çalışmada) lif yüzeyi plazma ile muamele Başka bir çalışmada ise, 1,1,3,3-tetrametildisiloksanın (TMDSO) plazma teknolojisi ile poliamid (PA) ve pamuklu materyallerin yüzey modifikasyonlarını değiştirerek güç tutuşurluk, su iticilik bitim işlemleri uygulayarak özelliklerdeki değişimler incelenmiştir. Yapılan güç tutuşurluk testleri sonucunda, poliamid materyallerin güç tutuşurluk özelliklerinde bir değişiklik gözlenmemiştir fakat pamuklu materyalin alev yayılma sürelerinin plazma ile işlem görmemiş materyale göre 2–3 kat arttığı gözlenmiştir. En iyi sonuçlar 20W-5dk, 20W-45dk ve 40W-5dk’lık işlem koşullarında elde edilmiştir.

Plazma Teknolojisi ile Tekstil Terbiyesinde Tasarruf Tekstil üretiminin tümüne bakıldığında en fazla suyun terbiye sürecinde kullanıldığı görülür. Bir kg tekstil terbiyesi için yaklaşık olarak 100 lt suya ihtiyaç vardır. BTC Bilgi Teknolojileri’nin hem sektöre hem de doğaya katkı sağlamak amacıyla geliştirdiği Plazma Teknolojisi su kullanımında %90 oranında tasarruf sağlayabiliyor. BTC’nin bir İtalyan Üniversitesi ile işbirliği içinde 2 yıllık bir çalışma ile geliştirdiği Plazma Teknolojisi, boya ve baskı öncesinde kumaşların ön hazırlık aşamasında kullanılarak, su tüketimini ortadan kaldırabiliyor. Katı, sıvı ve gaz olarak bilinen maddenin üç halinin 4. hali olan plazma bu teknolojinin merkezinde yer alıyor. Yoğun AR-GE çalışmalarıyla geliştirilen plazma teknolojisi, kumaşın üzerinde 10 nanometrelik düzeyde bir fiziksel etki yaratarak tüm hazırlık Kaynaklar

aşamalarını tek adımda gerçekleştiriyor. Kumaş yüzeyinde bu teknoloji ile yapılan temizlik, haşıl sökme işlemleri sayesinde boya ve baskı öncesinde kumaş hazır hale geliyor. Ayrıca, boya ve baskı sonrasında uygulanacak Plazma ile de, kumaşlara su, yağ ve kir itici apre özellikleri kazandıracak olan florokarbon reçinelerin kullanımı da yarı yarıya azalabiliyor, ya da elde edilen sonuçlar iki katına çıkarılabiliyor. Bunu yaparken kullanılan su ve kimyasal miktarında %90’lık tasarruf sağlıyor. Proses tek adıma indiği ve işlenecek su ve kimyasal miktarı azaldığı için enerji tüketiminden de ciddi oranda kazanım sağlanıyor. Dünyanın lider tekstil markalarının susuz, çevreci ve sürdürülebilir teknolojilerle üretim yapmasına olanak sağlıyor. [4] [5]

1-http://www.hurriyet.com.tr/ekonomi/tekstilde-kimlerle-rekabet-ediyoruz 2-Nilüfer Ö., ‘’Tekstil Ürünlerinin Boyama ve Bitim İşlemlerinde Kimyasallara Deri ve Solunum Yoluyla Maruziyetin Değerlendirilmesi’’, T.C. Çalışma ve Sosyal Güvenlik İş Sağlığı ve Güvenliği Genel Müdürlüğü, Ankara 2016. 3-Halit Fikret T., ‘’Pamuklu Dokuma Kumaşlara Uygulanan Seçilmiş Ön Terbiye İşlemlerinin Kumaş Performansına Etkisi’’, Ç.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Adana 2017. 4-https://www.signgraphic.com.tr 5-https://www.tekstilbilgi.net

Selin Cimok Kimyager (Yüksek Lisans Mezunu) selincimok@hotmail.com

9


YENİ YAZILIMLAR GELECEĞİN LABORATUVARLARINI İŞLETEBİLİR

Fotoğraf : Chemos, lezzetli bir Tequila Sunrise (alkollü bir içecek)’ın nasıl hazırlanacağını öğrendi ChemOS (kimya üzerine yazılan işletim sistemi) düzenlenen ACS ulusal toplantısında, Harvard robotların laboratuvarlarda deney yapmalarına imkân Üniversitesi’nden Alán Aspuru-Guzik, daha fazla bilim sağlayarak kimyacılara yardımcı oluyor. insanının otomasyon araçlarını kullanmasına yönelik geliştirdiği ChemOS adlı ücretsiz bir yazılım paketini Robotlar, insanların yaptığı işleri yapabildiklerini duyurdu. defalarca gösterdiler. Ve kimyacılar da bu otomasyon furyasından geri durmuyorlar. Gıda, Aspuru-Guzik, kimyacıların deneylerini nasıl ilaç ve diğer endüstriler, ürünleri örneklemek ve yürüttükleri konusunda, “Eğer 16. yüzyılın kimya analiz etmek için robotları kullanarak rutin süreçleri laboratuvarına bakarsanız, hatta 21. yüzyıla da hızlandırıyor. Kimyacılar, bilgisayarların sentetik bakarsanız, aynı şeyi görürsünüz, gerçekten hiçbir süreçler planlamalarına imkan vermek için Chematica şey değişmedi. Yeniden keşif yapmak istiyorsak, gibi programlar tasarladılar. Araştırma grupları, laboratuvarları da yeniden tasarlamamız gerekiyor.” deneyleri tasarlamak, yürütmek ve değerlendirmek diyor. için makine dilini kullanan otonoma yakın sistemleri bile geliştirdiler. ChemOS, kullanıcılardan gelen komutları yorumlamak ve daha sonra deneyleri planlamak, Ancak, bu sistemlerin bazılarının maliyeti ve yürütmek, değerlendirmek ve rafine etmek için karmaşıklığı, birçok kimya laboratuvarı için onları makine dilini kullanıyor. yararsız kılmaktadır. Geçen hafta New Orleans’ta

10


Yazılım insanlarla e-posta veya Slack ve Twitter gibi platformlar aracılığıyla iletişim kurabiliyor. Laboratuvar cihazlarındaki robotik kolları veya çözüm enjektörlerini kontrol eden programlar gibi diğer otomasyon yazılımlarıyla da etkileşime girebiliyor. Aspuru-Guzik, yazılımı, başarılı bir deneyi koordine etmek için ihtiyaç duyulan üst düzey işlevleri yerine getiren bir beyin gibi tasarladı. Aspuru-Guzik ve meslektaşları yakın zamanda ChemOS’un bazı kullanımlarını da gösterdiler. Örnek olarak, ChemOS nasıl lezzetli bir kokteyl yapılacağını öğrendi. ChemOS, bir tekila Sunrise – portakal suyu, nar suyu ve tekila gibi sirkeler de dâhil olmak üzere bir içecek için olası malzemeleri karıştırabileceği robotik bir sıvı pompasını kontrol etti. ChemOS, grup üyelerinin notlarına dayanarak tarifini geliştirmeyi öğrendi. Aspuru-Guzik, bu tür insan girdilerinin, insan onayı gerektiren gıda, kozmetik ya da diğer ürünler yapan robotlar için önemli olabileceğini söylüyor. Aspuru-Guzik’in grubu ayrıca ChemOS’un uzak laboratuvarlarda deneyleri nasıl yürütebileceğini de gösterdi. Aspuru-Guzik, Harvard’da bir deney tasarladı ve Chemos’u, kıtanın diğer tarafındaki

ekipmanla birlikte British Columbia Üniversitesi’ndeki organik kimyacı Jason E. Hein’in laboratuvarında kullanmak için çalıştırdı. Aspuru-Guzik, merkezi laboratuvarlardan yürütülen deneylerin maliyetleri düşürüp verimliliği artırabileceğini söylüyor. Toplantıda, Aspuru-Guzik, ChemOS’un yeni materyaller bulma konusunda nasıl yardımcı olabileceğini de anlattı. Otonom sistemlerin, karbon nanotüpler üretme yöntemlerini hızlı bir şekilde tarayabilmelerini ve optimize edebilmelerini ya da enerjiyi daha çevre dostu yollarla üretmemize, depolamamıza ve kullanmamıza yardımcı olabilecek yeni metal-organik çerçeveleri keşfetmelerini sağlayabileceğini söylüyor. Washington Üniversitesi’nde biyoinformatik alanında çalışmalar yapan bilim insanı S. Joshua Swamidass “ChemOS gibi programlar, yüksek verimli tarama için bir nimet olabilir” diyor. Swamidass, tarama işlemini daha verimli hale getirmek için oluşturduğu algoritmaların ChemOS gibi bir yazılıma entegre edildiklerinde daha geniş bir etki yaratabileceklerini söylüyor.

Haberi Çeviren : Ali Eraydın

11


ENDÜSTRİYEL PLASTİKLER

[1] Bu plastikler genel olarak “commodity (emtia) plastikleri” olarak adlandırılır. Emtia plastikleri; ambalaj filmi, fotografik ve manyetik bant, giysi, içecek ve çöp konteynerleri, mekanik özellikler ve servis ortamlarının kritik olmadığı çeşitli ev tipi ürünler gibi yüksek hacimli ve geniş uygulama

alanlarına sahip plastiklerdir. Bu gibi plastikler nispeten düşük mekanik özellik ve düşük maliyet gösterir. Ürün yelpazesi; tabaklar, bardaklar, taşıma tepsileri, tıbbi tepsiler, konteynerler, tohumluklar, elektronik, havacılık, basılı malzemeler ve diğer tek kullanımlık ürünlerden oluşur.

Başlıca Emtia Plastikleri • DHPE (yüksek yoğunluklu polietilen), LDPE (alçak yoğunluklu polietilen) • PP (polipropilen) • PS (polistiren) • PVC (polivinilklorür) • PMMA (polimetilmetakrilat)

[2] Bazı Emtia Plastik Çeşitleri • PET film • PVC film • Asetat film • HDPE ve PP kaplama

Asetat Film ve Levhalar Asetat film ve levhalar, odun hamuru ve pamuk gibi doğal kaynaklardan türetilen, selüloz asetat olarak adlandırılan spesifik bir plastik malzeme türüdür.

Özellikleri

Kullanım Alanları

1. Optik berraklık 2. %100 biyobozunur 3. Kağıt ve plastik ile geri dönüştürülebilir. 4. Doğrudan gıda ile temas edebilir. 5. Toksik gaz ve ağır metal salınımı görülmez.

1. Alet kulpları, 2. Gözlükler, 3. Tıbbi uygulamalar, 4. Gıda sanayi.

12


(Asetat film)

PET Film Özellikleri

Kullanım Alanları

1. Yüksek mekanik mukavemet, 2. Dayanıklılık, 3. Yüksek ısı toleransı, 4. Kimyasallara karşı dirençli.

1. Poliester kumaşlar, 2. Yüksek kaliteli ahşap ürünler, 3. İçecek ve gıda kapları.

(PET film)

DHPE ve PP Kaplama Özellikleri 1. İyi elektriksel özellikler, 2. Kimyasallara ve ısıya karşı direnç. PP, HDPE’ye nazaran temas netliğine sahiptir ve düşük göstergelerdeki distorsiyona (değişime) karşı dayanıklıdır. Bu sebeple ambalaj malzemesi, kutular,

bağlayıcılar, portföyler gibi ısı yalıtımı gerektiren uygulamalarda kullanılabilir.

(PP kaplama)

13


PVC Film PVC’den üretilen film ve levhalar ekonomik ve uzun ömürlüdür. Bu sebeple otomotivden sağlık sektörüne

çok geniş bir kullanım alanı vardır.

Özellikleri

Kullanım Alanları

1. Vinil grubu kolayca yumuşayabilir. 2. Kimyasallara ve korozyona karşı dirençlidir.

1. Blister ambalajlar, 2. Termoform, 3. Kredi kartları, 4. Ticari tabelalar.

(PVC Film)

Sektörde Endüstriyel Plastik Sınıflandırması 1-) Termoset Plastikler 2-) Termoplastikler 3-) Elyaflar

Termoset Plastikler [3] Termoset plastikler, geri dönüşümü olmayan kimyasal bağ oluşturmak için kürleme prosesi boyunca birbirleri ile çapraz bağlanan polimerler içerir. Çapraz bağlanma prosesi, ısı uygulandığında

ürünün yeniden erimesi riskini bertaraf eder, bu sayede termosetler elektronik ve beyaz eşyalar gibi yüksek ısı gerektiren uygulamalar için ideal hale gelir.

Özellikleri:

Avantajları

1. Kimyasallara karşı direnç 2. Isıl direnç 3. Yapısal bütünlük 4. Deformasyona karşı direnç

1. Termoplastiklere göre yüksek sıcaklıklara daha dayanıklı 2. Yüksek oranda esnek tasarım 3. Kalın ve ince duvar özellikleri 4. Mükemmel estetik görünüm 5. Yüksek boyutsal kararlılık 6. Ucuz

Dezavantajları

1. Geri dönüşümsüz 2. Yüzey kaplaması zor 3. Yeniden eritilemez ve yeniden şekillendirilemez

Termoplastikler [4] Termoplastik peletler ısıtıldığında yumuşar ve ek ısı uygulandığında daha akışkan hale gelir. Bu kürleme prosesi kimyasal bağlanma yapılmadığı için tamamen geri dönüşümlüdür. Bu özellik termoplastiklerin fiziksel özelliklerini olumsuz yönde etkilemeden, yeniden eritilmesine ve geri dönüşümüne olanak sağlar.

14


Özellikleri

Avantajları

1. Yüksek mukavemet 2. Büzülme direnci 3. Kolay bükülebilme

1. Yüksek oranda geri dönüştürülebilme 2. Mükemmel estetik kaplama imkanı 3. Yüksek darbe dayanımı 4. Yeniden erime ve şekillendirilebilme yeteneği 5. Kimyasal direnç 6. Sert kristal veya kauçuksal yüzey seçenekleri 1. Genellikle termosetlere göre daha pahalı 7. Çevre dostu 2. Isıtıldığında erir.

Dezavantajları

Termoset)

Elyaflar (Lifler) [5]:

(Termoplastik)

Elyaflar, genişliğine göre yüksek oranda uzun olan doğal veya sentetik malzemelerdir. Genellikle diğer malzemelerin üretiminde kullanılırlar. En güçlü

mühendislik malzemeleri genellikle elyaf (örneğin karbon elyaf veya ultra-yüksek molekül ağırlıklı polietilen) içerir.

1. Doğal Lifler:

2. Sentetik Lifler:

Pamuk, keten, muz, ipek, yün, vb.

Bambu lifi, diasetat elyaf, triasetat elyaf, vb.

Kaynaklar [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Commodity_plastics [2] https://www.grafixplastics.com/materials-plastic-film-plastic-sheets/commodity-plastic-film/ [3],[4] http://www.modorplastics.com/plastics-learning-center/thermoset-vs-thermoplastics/ https://www.slideshare.net/kalender13/aysekalemtasmalzemebilimipolimerler https://www.pagev.org/termosetler [5] https://en.wikipedia.org/wiki/Fiber http://slideplayer.biz.tr/12332459/73/images/7/DO%C4%9EAL+L%C4%B0FLER.jpg http://4.bp.blogspot.com/-Ru9H9tCpfXM/UN8akpH8SHI/AAAAAAAAA5M/pafASybXe60/s1600/sentetik_ poliamid_liflerinin_boyanmasi.jpg

Dilara Akman Polimer Mühendisi (Lisans Öğrencisi) dilaraakman.da@gmail.com

15


BİLİM İNSANLARI, 30 YILLIK BAKTERİLERİNİN NASIL YAKIT ÜRETTİĞİ GİZEMİNİ ÇÖZDÜ

Bir mikrobun dünyası bizlerle kıyaslandığında, biyolojik işlemeleri çılgıncadır. Bazı büyük kristallerde bulunuyor, bazıları tahriş edici kükürt açısından zengin mineralleri, oksijensiz karanlıkta yaşamak için kullanıyorlar ve diğerleri, ScienceMag tarafından belirtildiği gibi, tam anlamıyla yakıt üretebilir. 1986’da İsviçreli mikrobiyologlar Zürih Gölü’ndeki bir bakteriyi açığa çıkardılar ve bir tür hidrokarbon olan tolueni sentezlediklerini buldular. Şimdi, Nature Chemical Biology’de bildirildiği gibi, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen bir ekip, bu mikrobiyal simyanın nasıl gerçekleştiğini araştırdı. Toluen benzinde oktan güçlendirici olarak kullanılıyor, ancak bu tek kullanımı değildir; Aynı zamanda, boya tinerleri, yapıştırıcılar, vernikler, kauçuk çimentoda bulunan bir çözücüdür ve hatta TNT’nin yapımında da rol oynar. Bazıları tarafından eğlence amaçlı bir ilaç olarak da kullanılır, ancak

bunun nörotoksik olabileceği düşünüldüğünden, bu tavsiye edilmez. İnsanlık ilk olarak 19’uncu yüzyılın ortalarında tolueni sentezledi, ancak bakteriler bizi kıl payı yenmiş olabilir. Her ne kadar Zürih Gölü’ndeki bakteri cinsi, Tolumonas auensis, bu konuda orijinal mikrobiyal üstadı olsa da bu yeteneğe sahip olan tek tür de değil – Clostridium aerofoetidum’un da becerileri var. Ne yazık ki hiç kimse, çok disiplinli ekibin makalelerinde not ettiği gibi, bunlardan herhangi birinin bu “biyokimyasal olarak zorlu tepkimeyi” nasıl ilerlettiklerini bulamadılar. Bu bakterilerin laboratuvar koşullarında “toluen biyosentezini kopy alamak” amacıyla kullanılma girişimlerinin başarısız olduğunu ve belirli bir enzimin önemli bir rol oynadığından şüphelenmelerine rağmen, bugüne kadar sadece dolaylı kanıtların bulunduğunu açıkladılar.

16


Fotoğraf : Zürih Gölü Oscity Zürih Gölü’nü geride bırakarak, yeni araştırmacı ekibi, Berkeley’deki bir parkta, Jewel Gölü’nü gözlemlediler. Göldeki toluenin ve yakındaki bir kanalizasyon arıtma tesisinin örneklerinin bulunması, örnekleri nereden geldiğini açıklamaya yardımcı olabilecek herhangi bir biyokimyasal bileşeni tanımlamayı umarak bir metagenomik analiz yoluyla örneklediler. Başardılar! Her zaman iki spesifik enzimle eşleştirilmiş bir gen topluluğu buldular. Birincisi, PhdB, toluen üretim kimyasal reaksiyonunu katalize eden veya hızlandıran bir bakteri kökenli anahtar bir enzimdir. Diğeri PhdB’yi aktive eden PhdA, iki farklı oksijensiz mikrobiyal toplulukta bulunur. Bu enzimlerin sorumlu olduğunu teyit etmek için, ilgili genleri laboratuvarda yaygın bir bakteriyel türe soktular. Kimyasal bileşenlerin kimyasal olarak etiketlediler, enzimlerin toluen yapmak için çalıştıklarını gözlemlediler.

Bu keşif, belki de alışılmadık yöntemlerle gerçekleştirildi, ancak yapımda 30’dan fazla yıllık bir gizemi çözmüş görünüyor. Açıkça görülmeyen şey, bu mikropların neden ilk olarak toksik tolueni sentezleme zahmetine katlandıkları, ancak yazarlar birkaç olası açıklama sunmaktadır. Birincisi, rekabetçi türlerin çoğalmasını önlemek için kullanılar teknik bir terim olan “negatif allelopati” biçimi. Alternatif bir hipotez, bakterilerin kendisine asidik koşullara daha toleranslı bir şekilde fizyolojik değişiklikler yapmasına izin vermesidir. Ekip, bakterilerin kendi kendilerine bir enerji kaynağı sağlayabileceğini iddia ediyor. Bakteriler şu anda biyoteknolojimizden daha iyi olabilir, ancak ekibin makalesi, bu süreci kendimizin de kullanabileceğini, yeni bir yenilenebilir yakıt kaynağının söz konusu olabileceğini ima ediyor.

Haberi Çeviren : Nezih Tekin

17


AKRİLAMİD

AKRİLAMİD NEDİR? NASIL OLUŞUR? NERELERDE KULLANILIR? Akrilamid 1893 yılında ilk kez kimyasal bir bileşik olarak Almanya’da Christian Moureau tarafından bulunmuştur. Akrilamid (2-propenamid) ısı etkisi uygulanan besin kontaminantları içerisinde araştırılan en aktif bileşiktir. Daha sonra birçok araştırmacı çeşitli gıda maddelerinde değişik miktarlarda akrilamid saptadıklarını bildiren yayınlar yapmışlardır. Besinlerde kimyasal akrilamidin varlığı İsveç Ulusal Gıda İdaresi (SNFA) ve Stockholm Üniversitesi tarafından 2002 yılı Nisan ayında yapılan bir basın açıklamasına göre “karbonhidrattan zengin gıdaların” çeşitli kızarmış ve fırınlanmış gıdalarda kanser oluşturma potansiyeline sahip bir kimyasal madde olan “akrilamid”in yüksek miktarlarda oluştuğunu gözlemlenmiştir. Uluslararası Kanser Araştırma Merkezi (IARC, 1994) akrilamidi “2A Grubu (İnsanlar İçin Olası Kanserojen)” grubunda sınıflandırmıştır.[1,2] Akrilamidin monomerik ve polimerik olmak üzere iki formu bulunmaktadır . Sigara, endüstriyel uygulamalar ve termal işlem görmüş besinler akrilamidin oluşabildiği yerlerdir. Akrilamid, insan sağlığı açısından olumsuz etkilere sahip olan ve besinlerde ısıl işlem sonucunda oluşabilen ögelerden birisidir. Akrilamid, farklı fiziksel ve kimyasal özelliklerde polar fonksiyonel gruplar içeren poliakrilamidlerin sentezinde kullanılan ve

suda eriyebilen bir vinil monomerdir (besinlerde oluşan formu monomer formudur) . Bu monomer, doymamış çift bağ içeren bir amid olup sıvı halde iken beyaz bir kristal gibi görünmekte ve oda ısısında kararlılık göstermektedir. Kokusuz olup suda yüksek çözünürlüğe sahiptir. Eridiğinde veya oksidatif ajanlara maruz kaldığında hemen polimerize olabilmektedir. Erime sıcaklığı 84.56°C, kaynama sıcaklığı ise 1256°C’dir. Polimerik formu su geçirmez bir jel olması nedeni ile eşsiz bir bileşiktir. [3,4] Poliakrilamid ise (endüstriyel uygulamalarda oluşan formu) içme ve atık suların iyileştirilmesinde, sabun yapımında, zenginleştirilmiş petrolün geri kazanımında, plastik üretiminde, partikülleri ve diğer katışık maddeleri temizlemede, kâğıt ve kozmetiklerde yapıştırıcı madde yapımında ve ayrıca makromoleküllerin elektroforezinde olmak üzere çeşitli kimyasal ve çevresel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Akrilamidin monomerik formunun sinir sistemi üzerinde toksik etkiye neden olduğu, anemik etkisinin olduğu ve laboratuvar hayvanlarında da kanserojen olduğu gösterilmiştir . Diyetteki akrilamid düzeylerinin diğer bilinen kanserojenlere göre daha yüksek oluşması olasıdır. [5,6]

18


Akrilamid Oluşum Mekanizması

Akrilamid küçük ve basit yapıda ancak buna karşın yüksek derecede reaktif bir moleküldür. Akrilamid oluşumunun başlaması için ortam sıcaklığının 100°C’yi aşması gerekmektedir. Akrilamidin 120°C civarında kahverengileşme oluşumu sırasında (Maillard reaksiyonu) spesifik aminoasidin indirgenmiş şeker ile reaksiyona girmesi ile oluştuğu gözlemlenmiştir. Akrilamid oluşumu, pişme süresinden, besinsel kaynaktan, pişen besinin şeklinden ve pişme ısısından etkilendiği bilinmektedir. Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) ve Gıda ve Tarım Örgütü (FAO), yüksek ısıda işlenmiş veya pişmiş besinlerin dikkat çekici oranda akrilamid içerebileceğini ve bunun insan sağlığı için risk oluşturabileceğini bildirmiş durumdadır . Ortam sıcaklığı 180°C’ye çıkarıldığında ise akrilamid oluşumu en yüksek düzeye erişmektedir . Akrilamid doğal olarak bulunmamakla birlikte fırınlanmış ve pişmiş ürünlerde ise birkaç ppm’e(mg/kg) kadar bulunmaktadır. Besinlerin akrilamid içeriğinin analizi ile ilgili veriler sınırlıdır ancak yapılan çalışmalarda akrilamidin genel olarak kızarmış (patates, cips), fırınlanmış tahıl bazlı ürünler (ör. kraker, bisküvi, kahvaltılık gevrekler, bisküvi, ekmek) ve fırınlanmış patateste yüksek konsantrasyonlarda oluştuğu ve ısıl işlem görmüş kahve gibi diğer bazı besinlerde düşük konsantrasyonlarda oluştuğu, çiğ ve haşlanmış besinlerde ise akrilamid oluşmadığı bildirilmiştir. Şu ana kadar akrilamidin haşlanmış ve mikrodalgada pişmiş besinlerde bulunduğuna dair herhangi bir bulgu bulunmamaktadır. En yüksek akrilamid konsantrasyonunun cips ürünlerinde olduğu bildirilmektedir.[7,8]

oluşumu ile ilişkili olabilir. Sağlığı olumsuz yönde etkileyebilir ve karaciğerde toksik etki yapabilir. Sterilize süt ürünleri gibi bazı durumlarda birtakım tad bileşikleri oluştuğu için Maillard Reaksiyonunun oluşması istenmemektedir. Aşırı ısı uygulaması, yapı, tad ve koku bileşiklerini değiştirdiği için kalite kaybına neden olabilir. Amino asitlerden lizin, iki amino grubuyla, daha hızlı reaksiyona girer ve koyu rengin oluşmasına neden olur. Lizin gibi esansiyel aminoasitlerin Maillard reaksiyonu ile kaybı besinlerdeki proteinlerin biyolojik değerini önemli derecede etkileyebilmektedir . Glukoz, glisin ve sistein veya metionin aminoasitleri 185°C ısıtıldığında, akrilamid oluşmamaktadır (oluşma sınırı, 0.5 mg/mol). Glutamin ve aspartik asit ısıya maruz kaldıklarında sadece eser miktarlarda akrilamid oluşturmuşlardır (0.5–1 mg mol-1).[7,8] Isının neden olduğu besin toksikanları, tanımlama, niteleme ve risk minimizasyonunun araştırıldığı dünyanın birçok yerinde yürütülen kapsamlı HEATOX çalışmasında Maillard reaksiyonu veya lipit oksidasyonu sonucunda tanımlanan 800 bileşik oluştuğu bildirilmiştir. Çalışmaya göre bunların 40’a yakını kanserojendir.[8]

Maillard Reaksiyonu, karamelizasyon gibi enzimatik olmayan esmerleşmenin bir çeşididir. Isıl işlem görmüş gıdalarda Maillard Reaksiyonu sonucu lezzet ve renk oluşumu belirli koşullarda akrilamid

19


Peki Gıdalarda Akrilamid Ne Anlam Taşıyor?

Gıdalarda bulunan akrilamid içeriği ile ilgili veriler sınırlıdır. Enerjinin geri kalanını karşılayan gıda veya gıda gruplarının akrilamid içeriği ile ilgili veriler oldukça sınırlıdır. Birçok ülkede de belirli oranda veri bulunmaktadır. Bu gıdalar gelişmiş ülkelerde ortalama enerji alımının sadece bir kısmını karşılamaktadır. Bazı gıdaların (patates cipsi, kahvaltılık tahıl ürünleri vb) akrilamid içeriği genel olarak belirlenmiş ancak bu çeşitliliği belirleyici etken çok net olarak anlaşılamamıştır. Bu eksik veri nedeniyle, günlük beslenme ile akrilamid alımı tam olarak belirlenememekte, gerçek alımın altında verilere ulaşılabilmektedir. Bu nedenle de toplam akrilamid alımının ne kadar olduğu tam olarak tahmin edilememektedir.[5,6]

moleküllerin göreceli konsantrasyonları ve işleme teknolojilerinde kullanılan ısı, ısı yoğunluğu ve su aktivitesi akrilamid oluşumunu etkilemektedir. Her üç ürün için asparajin konsantrasyonları ve indirgen şekerler büyüme şartları (mevsim, sulama ve gübreleme), hasat zamanı ve depolama şartlarından etkilenmektedir. Tahıllar için indirgen şekerlerin çokluğu ve asparajinin konsantrasyonu akrilamid oluşumunu etkiler. Bunun tersine patateste asparajin daha fazladır ve indirgen şekerin konsantrasyonu akrilamid oluşumunu etkilemektedir.[5]

En çok akrilamide maruz kalan besinler patates, tahıl ve kahvedir. Patates ve tahıl temel besinlerdir ve diyette karbonhidratı en yüksek oranda ve bir miktar da protein sağlamaktadır. Kahve esansiyel bir besin değildir, içecek olarak kokusu, hedonik değeri ve kafein nedeniyle en fazla tüketilen içecektir. Akrilamid oluşumu asparajin ve indirgen şekerler arasında oluşan Maillard Reaksiyonunun bir sonucudur. Bu nedenle konsantrasyonu etkileyen besinlerdeki bu öncü madde besin hazırlama ve depolama işlemi esnasındaki işleme koşulları, besindeki akrilamidin son konsantrasyonunu etkilemektedir. Asparajin ve indirgen şekerler gibi öncü moleküllerin bulunması ve konsantrasyonu akrilamid oluşumunu etkilemektedir. Bu

20


İnsan Sağlığına Etkisi

İnsan denekler üzerinde yapılan çalışmalar kansere yakalanma riski açısından sınırlı ve tutarsız kanıtlar sağlamıştır. Ancak, laboratuvar hayvanları üzerinde yapılan çalışmalar diyet yoluyla akrilamide maruz kalmanın çeşitli organlarda gen mutasyonları ve tümör oluşma olasılığını artırdığını göstermiştir. Çalışmalarda akrilamidin, deney hayvanlarının midelerinde hızlı bir şekilde emildiği ve fetüs de dahil olmak üzere çeşitli dokulara yayıldığı ve yoğun olarak metabolize edildiği gözlenmiştir. Bu işlemin ana metabolitlerinden biri olan glisidamid,

hayvanlarda görülen gen mutasyonu ve tümörlerin en olası nedenidir. Kanser oluşumunun yanı sıra hayvan çalışmaları akrilamidin toksik etkisinin özellikle sinir sistemine yönelik olduğunu, sürekli maruz kalma durumunda toksik hasarın da sürekli artarak sinir sistemini etkilediğini göstermektedir. İleri aşamalarda beynin öğrenme, hafıza ve kavrama bölgelerinde dejenerasyonlara neden olabilmektedir. Ayrıca doğum öncesi ve sonrası gelişim üzerinde ve erkek üreme sistemi üzerinde olumsuz etkileri vardır.[3]

Nasıl Uzak Dururuz? Dengeli beslenme, daha geniş bir gıda çeşitliliği ( Et, balık, sebze, meyve gibi) akrilamid alımını azaltmak için yardımcı olabilir. Çalışmalar pişirilen yemeklerdeki bileşenlerin seçimi ve pişirme ısılarına dikkat edilmesinin akrilamid miktarını etkilediğini göstermektedir. Ayrıca şu önlemleri almak da faydalı olabilir: Fırınlama: Uzun süreli maya fermentasyonu, fırında pişen ekmeğin hamurundaki asparajin içeriğini azaltır, böylece akrilamid oluşumu da azalır. Kavurmak: Kahve evde veya restoranda demlendiğinde değil, kahve çekirdekleri kavrulduğunda kahvede akrilamid oluşur. Bilim adamları şu ana kadar kahvede akrilamid oluşumunu azaltmakta etkili bir yöntem bulamamıştır.

21


Yağda kızartma: Bu yöntem, en yüksek akrilamid oluşumuna neden olur. Kızartma sırasında akrilamid oluşumunu azaltmak için, daha düşük ısılarda kızartma yapın ve yiyeceği fazla sert yapmaktan veya yakmaktan kaçının.

Ekmeği, koyu kahverengi olana dek kızartmak yerine, hafif esmer bir renk alana dek kızartmak akrilamid miktarını düşürür. Yanmış kısımlar, tipik olarak en fazla akrilamidi içeren yerler olduğundan yenmemelidir.

Izgara yapma: Tüketicilere, kömürleşmeyi önlemek için yiyeceği ızgara sırasında sık sık çevirmeleri önerilir.

Pişirmeye hazır işlenmiş patates ürünlerinin, örn. dondurulmuş patates kızartmaları veya patates dilimleri, kahverengi bir renk yerine altın sarısı bir renge dönüşene kadar pişirilmesi, akrilamid oluşumunu azaltmaya yardımcı olur. Yanmış kısımlar daha fazla akrilamid içermeye eğilimlidir.

Kömürleşme meydana geldiği takdirde, yanmış kısımları yemeden önce çıkarın. Haşlama/Mikrodalgada pişirme: Haşlanmış patatesler veya mikrodalga fırında kabuğuyla birlikte bütün olarak pişirilmiş patatesler (“mikrodalgada fırın patates”) yüksek oranda akrilamid ihtiva etmezler.

Patatesleri buzdolabında saklamak, pişirme sırasında akrilamid miktarını artırabilir. Bu nedenle tüketicilere patatesleri buzdolabı dışında, tercihen kiler veya dolap gibi karanlık, serin bir yerde saklamaları önerilir.

Genel olarak, pişirme işlemi daha uzun süre veya daha yüksek ısıda yapıldığında, daha çok akrilamid oluşur. Kaynaklar [1] Kısabay, A., Korkmaz, T., Çakıroğlu, E., Selçuki, D., 2004. Kısa süreli akrilamid maruziyeti sonucu gelişmiş toksik polinoropati olgusu. Causa Pedia 3: 701-702 [2] Anonymous, 2002. What is acrylamide? Food standards agency study of acrylamide in food background information and research findings press briefing. www.food.gov.uk [3] Zhang, Y., Zhang, G., Zhang, Y., 2005. Occurrence and analytical methods of acrylamide in heattreated foods. Review and recent developments. Journal of Chromatography A 1075:1–21 [4] Vattem, D.A., Shetty, K., 2003. Acrylamide in food: a model for mechanism of formation and its reduction. Innovative Food Science and Emerging Technologies 4: 331-338. [5] Kaplan, O., Kaya, G., Ozcan, C, Ince, M., Yaman, M., 2009. Acrylamide concentrations in grilled foodstuffs of Turkish kitchen by high performance liquid chromatography-mass spectrometry. Microchemical Journal 93: 173–179. [6] FAO/WHO, 2002. Joint FAO/WHO Consultation on Health Implications of Acrylamide in Food (2002 : Geneva, Switzerland) Health implications of acrylamide in food : Report of a joint FAO/WHO consultation, WHO Headquarters, Geneva, Switzerland, 25-27 June 2002. [7] Friedman, M., 2003. Chemistry, biochemistry, and safety of acrylamide: a review. J. Agric. Food Chem. 51: 4504-4526. [8] Klaunig, J.E., 2008. Acrylamide carcinogenicity. J. Agric. Food Chem. 56: 6162–6166.

Erdi Gülşen Kimyager (Yüksek Lisans Öğrencisi) erdigulsen@gmail.com

22


DAHA VERİMLİ GÜBRELER İÇİN GRAFEN

Fotoğraf : Grafen oksit tabakalarına çinko yüklenmiş yavaş salınımlı gübre granülleri Adelaide Üniversitesi araştırmacıları yeni geliştirilen bir malzeme olan grafenin dünyada ilk kez gübre taşıyıcı olarak kullanıldığı daha az çevresel etkiye ve uygun fiyata sahip bir gübre geliştiriyor. Endüstri ortaklığında araştırmacılar grafen oksit tabakalarına esansiyel iz elementlerin yüklenmesiyle verimli yavaş salınımlı gübre üretilebileceğini kanıtladı. Grafenin taşıyıcı olarak kullanılması sayesinde artmış gübre verimi ve bitkilerin yüksek besin öğesi alımı, gübrenin daha hedeflenen biçimde kullanılabileceği anlamına gelmektedir. Şu ana kadar grafen bazlı taşıyıcılar, mikro besin öğeleri çinko ve bakır ile ispatlandı. Çalışmalar, azot ve fosfat gibi makro besin öğeleriyle devam ediyor. “Daha yavaş, daha kontrollü salınımlı ve daha yüksek verimli gübreler çevre üzerine daha az zarar verip daha uygun fiyatlı olmasıyla hem tarıma hem de çevreye önemli bir yarar sağlayacak,” diyor Waite Kampüsündeki Adelaide Üniversitesi Gübre Teknolojisi Araştırma Merkezi Başkanı Profesör Mike McLaughlin. “Araştırmamız bakır ve çinko mikro besin öğelerinin

grafen oksit tabakalarına yüklenmesinin, bitkilere bu maddeleri sağlamada etkili bir yol olduğunu gösterdi. Ayrıca gübre granüllerinin daha iyi taşınma ve yayılma kabiliyeti için dayanıklılığını da artırdı. “Grafen yalnızca 2004 yılında keşfedilmiş çok yeni bir madde ve çok geniş yüzey alanı, dayanıklılık ve farklı besin öğelerine bağlanma adaptasyonu gibi inanılmaz özellikleri var. Dört yıl önce grafenin uygulamaları üzerine geniş çaplı heyecanlı bir araştırmaya başladık. Grafen ilk kez gübre besin öğeleri için taşıyıcı olarak geliştiriliyor ” diyor Üniversitenin Kimya Mühendisliği Okulu nanoteknoloji lideri ve Üniversitenin Avustralya Araştırma Konseyi Grafen Etkili Endüstri Dönüşümü Araştırma Merkezi yöneticisi Profesör Dusan Losic. Araştırma doktora öğrencisi Shervin Kabiri tarafından Applied Materials and Interfaces dergisinde yayınlandı. Araştırma Adelaide Üniversitesi Gübre Teknolojisi Araştırma Merkezi ve Üniversitenin Avustralya Araştırma Konseyi Grafen Etkili Endüstri Dönüşümü Araştırma Merkezi işbirliğiyle yürütülüyor. Gübre Teknolojisi Araştırma Merkezi 2007 yılında daha verimli gübre ürünleri geliştirmek ve değerlendirmek için dünyanın en büyük fosfat ve potas birleşik üreticisi olan The Mosaic Company ortaklığında kuruldu. 2015 yılında, The Mosaic

23


Company ile yeni beş yıllık, 8.5 milyon dolarlık ortaklık anlaşmasına varıldı. Mosaic firması şu an bu yeni teknolojinin lisansını alma imkanına sahip ayrıca firma grafen bazlı maddelerin gübrelerde kullanımını inceliyor. “Bu on yıllık ortaklık üniversitenin bu araştırma alanındaki gücünün ve araştırmamızın daha geniş bir topluluğun yararlanacağı bir hale dönüşmesi yönünden endüstri başarısının kanıtıdır” diyor araştırma rektör yardımcısı vekili Profesör Mike Brooks. “Tesis araştırmasının yeni Grafen Araştırma Merkezimiz ile birleştirilmesi üniversitenin endüstriye yenilikçi çözümler getirmek için disiplinler arası

ekipleri nasıl bir araya getirdiğinin harika bir örneği.” “Kesin bir şey söylemek için erken ancak mahsul talebine daha uygun hale getirilmiş salınım hızına sahip gübrelerin ve daha yüksek fiziksel dayanıklılığa ve sağlamlığa sahip gübrelerin her ikisinin de bitkinin gübre uygulama ve besin öğesi alma verimini artıracağına hiç şüphe yok” diyor Profesör McLaughin. “Başarılı ticarileştirme grafen/grafen oksitin maliyetine, prosesin endüstriyel boyuta taşınma becerisine ve ticari gübre üretim prosesine entegre edilmesine bağlı.”

Haberi Çeviren : Sena Aşkım Temir

24


GIDA ÜRETİM PROSESLERİNDE ENZİM TEKNOLOJİSİ Enzimler, doğadaki tüm canlı organizmalarda mikroorganizmalar, bitkiler, hayvanlar ve insanlar – katalizör görevinde bulunan proteinlerdir. Katalizörler, biyolojik sistemlerde kimyasal reaksiyonların hızını arttıran bileşiklerdir. Enzimler, substrat ve ürün spesifikliği, orta reaksiyon koşulları, minimum yan ürün oluşumu ve yüksek verim nedeniyle endüstride büyük öneme sahiptir. Göreceli olarak az sayıda enzim, özellikle deterjan, et yumuşatıcıları ve bahçe kompostlama ajanları, doğrudan halka satılmaktadır. Çoğu sanayi tarafından, geliştirilmiş veya yeni ürünler üretmek,

uzun ve ilgili kimyasal sentetik yolları atlamak veya izomerik karışımların ayrıştırılması ve saflaştırılmasında kullanılmak üzere kullanılmaktadır. Serbest enzimlerin en kullanışlı, ancak en az anlaşılan kullanımlarının çoğu gıda endüstrisindedir. a Endüstride çok az miktarda enzim kullanımı, reaksiyon hızını on milyon katına kadar artırabilir. Enzimatik metotla yüksek termostabilite ve yüksek spesifite gibi özelliklere sahip olan süper bir enzim enzim mühendisliği yoluyla elde edilebilir (Walker., 1998; Kato et al.,1999).

Enzim Teknolojisi ve Uygulamaları 1970’lerin sonundan günümüze rekombinant DNA ve protein mühendisliği teknolojilerine ilişkin aydınlatılmış çalışmaların peşi sıra dünyada alternatif gıda kaynaklarını araştırmak için artan ihtiyaç, zaman içinde enzim uygulamalarını gıda endüstrisinde daha çekici hale getirmektedir. Enzimlerin endüstriyel proseslerde kullanılması anlamına gelen enzim teknolojisi; günümüzde

kullanımda olan ticari olarak geçerli enzimler üzerinde termostabilite, spesifisite ve katalitik verim gibi çeşitli özellikleri geliştirmek için günden güne yeni araştırmalar sunmaktadır. Öte yandan hidroliz, sentez veya biyokataliz ile gıda bileşenlerinin üretilmesi için enzimatik reaksiyonlarda kullanılmak üzere yeni ve benzersiz enzimler geliştirilmeye devam etmektedir. Yenebilir bitkilerden ve mikroorganizmaların (bakteri, mayalar ve mantarlar) ürettiği gıdaların dokularından elde edilen enzimler, gıda üretiminde yüzyıllardır kullanılmaktadır. Örneğin maya, sütü pıhtılaştırarak katı (peynir) ve sıvıya (peynir altı suyuna) ayrılmasına neden olan bir proteaz enzimi içerir. Alternatif olarak, yüzyıllar boyunca maya tarafından üretilen enzimler, üzüm suyunu fermente etmek için kullanılmıştır. Gıda enzimlerinin modern teknolojide üretimi, yirminci yüzyılda enzimlerin canlı hücrelerden izole edilerek büyük ölçekli ticari üretimde ve gıda endüstrisinde daha geniş uygulamalarda kullanılmasıyla başlamıştır.

Günümüzde mikroorganizmalar ticari enzimlerin en önemli kaynağıdır. Mikroorganizmalar bitki veya hayvanlarla aynı enzimleri içermese de, genellikle arzu edilen reaksiyonu katalize edecek enzim üreten bir mikroorganizma bulunabilmektedir. Enzim üreticileri, doğal seleksiyon ve klasik yetiştirme teknikleri ile enzim üretimi için optimize edilmiş

mikroorganizmalara sahiptir. Gıdaların kalitesini sağlamak ve çeşitliliğini arttırmak amacıyla gıda endüstrisinde kullanılan bazı enzim türleri ve uygulamaları şunlardır:

25


1. Amilazlar: Bakteriler ve mantarlardan üretilebilirler. Yiyecek ve içeceklerde, nişasta ve şeker sanayilerinde pişirme süreçlerinde önemli bir rol oynamaktadırlar. Karbonhidratları suda çözünür ve düşük moleküler ağırlığa sahip bir ürün olan glikoza hidrolize etmek için amilaz kullanılır; glikoz. Bu enzim, içecek endüstrisinde, örneğin Yüksek Fruktoz Şurubu (HFS) üretimi veya tekstil endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Amilazlar, özellikle Bacillus, Pseudomonas ve Clostridium ailesinden çeşitli mikroorganizmalardan üretlebilir. Alfa amilazların fırınlanmış ürünler üzerinde önemli etkileri vardır. Eğer içeriği zayıf ve kalitesiz ekmek elde ediliyorsa, tahılın eksikliklerini telafi etmek için, şeker veya alfa amilaz eklemek gerekir. 2. Katalazlar: Sığır ya da mikrobiyal kaynaklardan üretilebilen bir enzimdir. Hidrojen peroksitin su ve oksijen molekülleri haline gelmesi için kullanılır. Peynir üretiminde sınırlı miktarda kullanılabilir. Esas olarak gıda endüstrisinde ürünün peroksit içermemesini sağlamak amacıyla kullanır. Gıdaların korunması için glikoz oksidazla birlikte kullanılan antioksidanların etkisini arttırır. 3. Laktazlar: Laktoz, süt ve peynir altı suyunda bulunan bir şeker olup bu şekerin hidrolizinde laktazlar veya b-galaktosidazlar kullanılmaktadır. Bağırsak enzim yetersizliği nedeniyle laktoz intoleransı olan bazı bireyler, süt ve süt ürünlerini tüketmede zorluk çekmektedirler. Bu nedenle, düşük laktoz veya laktoz içermeyen gıda üretiminde kullanılır. Laktaz enzimi ile işleme tabi tutulmuş sütün bir başka avantajı sütün tatlılığıdır, bu sayede şeker eklenmesi gerekliliği de ortadan kaldırılmış olur. Ayrıca dondurma, yoğurt ve dondurulmuş tatlı üreticileri krema kalitesini arttırmak için laktaz kullanırlar. 4. Lipazlar: Suda çözünmeyen, lipit substratlarında ester bağlarının hidrolizini katalize eden ve suda çözünebilen bir enzimdir. Lipazlar serbest yağ asidi, gliserol ve çeşitli esterleri ile ucuz palm yağı ve modifiye edilmiş esterifiye yağ üretmek için biyo-katalizör olarak kullanılır. Bu ürünler eczane, kimya ve gıda endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

6. Peynir mayası: Peynir üretiminde peynir mayası kullanımı, gıda üretiminde işlenmemiş ekzojen enzimlerin en eski uygulamaları arasındadır. Peynir üretiminde, ekzojen bir enzim olarak maya kullanımı, gıda işlemede enzimlerin en büyük tek uygulamasıdır. Hayvansal maya (sığır kimozini), süt endüstrisinde süt ve pıhtılaştırma maddesi olarak iyi bir lezzet ve dokuya sahip kaliteli peynirlerin üretilmesi için geleneksel olarak kullanılmaktadır. Enzim teknolojisi, gıda üretim proseslerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi adına potansiyel birçok uygulamada, heyecan verici gelişmeler sunmaktadır. Doğrudan genetik modifikasyon (biyoteknoloji) ise enzim üretimi için mikroorganizmaların optimizasyonu için en kesin yöntemleri kapsar. Bu yöntemler, mikroorganizmalardan yüksek verimde üretim elde etmek için kullanılır. Enzim biyoteknolojisi uygulamaları aynı zamanda, ticari ölçekli enzim üretiminden yeterli verim alınamayan bir bitki, hayvan ya da bir mikroorganizmadan gıda kullanımı için güvenli ve yüksek verimde enzim üretimi yapabilen bir mikroorganizmaya gen transferinin yapılmasını da kapsar. Biyoteknoloji ile üretilen enzimler doğada bulunanlarla aynı özelliklere sahiptir. Yapılan araştırmalar bu potansiyel teknolojik gelişmelerin uygulanmasında geliştirilmesi gereken uzun bir yol olduğunu da göstermektedir. Örneğin; en iyi verimin elde edilmesi ve istenen proteinin verimli bir şekilde geri kazanılması gibi ekonomik faktörler, enzimlerin kullanımındaki ana caydırıcı maddeler olmakla birlikte son yıllarda yapılan çalışmalar, atık gıda maddelerinin değerlendirilebileceğini göstermektedir. Şekil 1’de yer aldığı gibi mikroorganizmalar tarafından üretilen enzimler, gıda üretiminde atık kaynaklardan ekonomik olarak elde edilebilir. Ancak kullanılmadan önce ekstraksiyon ve saflaştırılma gibi ön işlemlerden geçirilir.

5. Proteazlar: Peptidleri küçük peptitler ve amino asitlere bölen proteazlar sayesinde kas dokusunu korumak ve yenilemek için oldukça önemli bir protein olan süt kazeini elde edilir. Ayrıca fermente süt tadını geliştirmede kullanılır.

26


Şekil 1: Rekombinant DNA teknolojisi ve metabolik mühendislik uygulamaları ile biyoreaktörde enzim üretimi Endüstriyel ölçekte mevcut kullanılan enzim sayısındaki artışın avantajları arasında nispeten azalan maliyet görülmektedir. Gıda endüstrisinde son yıllarda enzimlerin potansiyel uygulamaları ile ilgili artan bilgi zenginliğindeki artışı kullanılma sıklığını da yansıtmaktadır. Araştırma ölçeğinde kullanım için enzimlerin maliyeti genellikle çok yüksek olmasına rağmen, bir enzime yönelik geniş kapsamlı bir

ihtiyaç söz konusu olduğunda, göreceli maliyeti artan üretim ile önemli ölçüde azalmaktadır. Örneğin yılda milyarlarca lira olan yıllık ciroları olan endüstriyel süreçlerle kıyaslandığında enzim maliyeti, nihai ürünün maliyetinin çok küçük bir yüzdesini temsil etmekte olduğu sonucuna ulaşılabilir.

Kaynaklar 1. http://eng.ege.edu.tr/~otles/Enzymes/enzymesused/enzymesused.htm 2. Shinde V.B, Deshmukh S. B., Bhoyar M. G. 2015. Applications of majör enzymes in food industry, Indian Farmer 2(6):497-502. 3. https://www.canada.ca/en/health-canada/services/food-nutrition/food-safety/food-additives/enzymes-usedprocessing.html 4. Ravindran R. and Jaiswal,A. K. 2016 . Microbial Enzyme Production Using Lignocellulosic Food Industry Wastes as Feedstock: A Review. Bioengineering 2016, 3, 30.

Nur Sabuncu Kimyager (Yüksek Lisans Mezunu) nur_sabuncu@hotmail.com

27


ATIK SU ARITMA TESİSLERİ ELEKTRİK ÜRETEBİLİR!

Litvanya’daki Kaunas Teknoloji Üniversitesi’ndeki araştırmacılar modifiye grafit keçe kullanarak mikrobiyal yakıt hücrelerinin (MFC) verimliliğini artırmak üzerine çalışıyor. İlk sonuçlar yeni mikrobiyal yakıt hücresinin alışılmış hücrelerden yüzde 20 daha yüksek voltaj üretebileceğini gösterdi. 20 yıldan fazla süredir insan kaynaklı emisyonların yaklaşık olarak dörtte üçü fosil yakıtlarının yakılmasından kaynaklanır. Çevre kirliliğinin artması ve fosil enerji kaynaklarının azalması bilim insanlarını yeni temiz ve sürdürülebilir alternatif enerji kaynakları arayışına teşvik etmektedir. KTU laboratuvarlarında da üzerinde çalışılmakta olan mikrobiyal yakıt hücreleri oldukça geniş kullanım olanaklarına sahiptir ve bilinen en temiz enerji kaynaklarından biridir. Mikrobiyal yakıt hücreleri yaşayan mikroorganizmalar ile çalışmakta olduğu için temiz ve sürdürülebilir özelliktedir; doğal koşullar altında çok çeşitli organik moleküllerden elektrik üretebilirler.

KTU’daki Kimyasal Teknoloji Fakültesi’nde araştırmacı olan Dr. Kristina Kantmnien “Mikrobiyal yakıt üretimi, muhtemelen oda sıcaklığında organik moleküllerin yükseltgenmesinden elektrik üretilen tek teknoloji. Diğer bir deyişle, hiç bir şeyin yanmasına gerek yok ve proses güneş ışığına bağlı değil” dedi. KTU araştırmacılarına göre, MFC teknolojisi çok işlevli kullanımından dolayı benzersizdir: örneğin, atık su arıtma tesislerinde biriken atık su ve balçık, bakteriler için gıda olarak kullanılabilir. MFC’nin atık su arıtma sistemine entegrasyonu elektrik enerjisinin kullanımını önemli ölçüde azaltacaktır ve tesisi kapalı bir ekosisteme dönüştürecektir. MFC tarafından üretilen enerjinin ihtiyaçtan fazla olması halinde elektrik şebekesine entegre edilebilir ve başka yerlerde kullanılabilir.

28


Mikroorganizmaların elektrik üretebileceği fikri 1911’de öne sürülmüş olmasına rağmen 2000’li yıllarda daha aktif bir şekilde araştırılmıştır. Dünyanın dört bir yanındaki araştırmacı grupları hücrelerin verimliliğini artırmaya çalışan MFC teknolojisi ile çalışıyor. KTU araştırmacıları mikrobiyal yakıt hücrelerinin verimliliğinin büyük kısmının bağlı olduğu MFC anotlarının kalitesini ve biyo-uyumluluğunu test ediyorlar. Disiplinler arası “Biyoelektriğin sürdürülebilir üretiminde yenilikçi mikrobiyal yakıt hücreleri” (MicrobElas) araştırma projesi kapsamında, KTU araştırmacıları modifiye edilmiş keçe grafitin anot olarak kullanıldığı bir MFC prototipi geliştirdi.

Kantimien, “Anotun modifikasyonu, alışılmış anotlarla kıyaslandığında hücre geriliminin yüzde 20 artmasına olanak sağladı. Bu teknolojiyi sadece bir yıldan beridir araştırıyor olmamıza rağmen, ilk sonuçlar oldukça ilham verici” dedi. Araştırmacılar MFC teknolojisinin, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının yerini alamayacak olmasına rağmen, küçük ölçekteki atık su arıtma tesislerinde ya da elektrik enerji temininin kısıtlı olduğu uzak bölgelerde yararlı olabileceğini öngörüyor. Araştırmanın sonuçları Mayıs ayında gerçekleşecek olan Vilnius’taki Uluslararası Elektrokimya Derneği Topikal Toplantısı’nda sunulacak.

Haberi Çeviren : Berna Kuzu

29


ÖRÜMCEK İPEĞİ VE KEVLAR LİFİ DOĞANIN GÜCÜ

Dergimizin 56. sayısında örümcek ağının protein yapısı hakkında bilgi vermiştik. Bu yazımızda ise savunma kuvvetleri tarafından kullanılan kurşun geçirmez yeleklerde kevlar lifi ile örümcek ipeğinin temel malzeme olarak yer değiştirmesi ele alınacaktır. Sertlik, kurşun geçirmez bir yelek tasarımının baskın parametresidir. Kurşun geçirmez yelek, her bir bileşeninin aynı malzemeden çok katmanlı olması gereken NIJ (Ulusal Adalet Enstitüsü) standartlarına göre yapılmalı ve tüm dünyada eşit kalınlıkta olmalıdır. Ceketin toplam ağırlığı 6.31 Kg (standart ölçü için) ve 6.62 kg'ı

(büyük boy için) geçmemelidir. Vest testi, NIJ'nin III-A tehdit seviyesine göre yapılır, ceketin çalışma sıcaklığı -50 ° C ile 50 ° C, nem oranı ise 40 ° C'de % 95'dir. Örümcek ipeği kevlar'dan 10 kat daha fazla elastiktir. Merminin malzemeye nüfuz etmesini önleyen malzemenin özelliği sertliğidir ve örümcek ipliğinin dayanıklılığı, kevlar fiberin sertliğinin 3 katıdır. Böyle güçlü bir yapının nedeni, örümcek ipeğindeki aminoasit bileşimidir; farklı aminoasit bileşimi farklı uygulamalara sahip olan farklı örümcek ipeği türlerine yol açar

Örümcek İpeği Örümcek ipeği, örümcek tarafından üretilen lifli bir protein lifidir. Yüksek oranda konsantre bir formda ipek bezinde depolanan uzun zincir tekrarlı protein dizilerinden oluşur. Örümcek ipliğinin eşsiz özellikleri, protein dizisinden kaynaklanır. İpek bezi, kanalın içindeki iplik oluşumunu engelleyen yüksek konsantre bir tuz içerir. Yaklaşık 70 mg ağırlığındaki bir örümcek, 50 ile 100 cm2'lik bir yakalama alanına sahip bir ağı üretebilmek için sadece 180 mikrogram protein kullanır. Bu, sadece birkaç mikron veya çapta olan lifli malzeme nedeniyle elde edilir[6]. Örümcek ipeği hakkında daha detaylı bilgi için dergimizin 56. Sayfasında “Örümcek İpeği : Protein Yapısı” adlı yazımıza bakabilirsiniz.

Kevlar Lifi Kevlar hakkında akla gelen ilk şey kurşun geçirmez yelek olmakla birlikte, kevlar elyafının bisiklet lastikleri, yarış yelkenleri gibi pek çok başka uygulama alanlarının olmasına rağmen, bu tür uygulamalarda yüksek çekme mukavemetine ağırlık oranı uygulanmaktadır. Malzemenin yüksek mukavemetinin nedeni, moleküller arası hidrojen bağlarıdır. Kevlar için kimyasal formül [-CO-C6H4-CO-NH-C6H4-NH-] n'dir[7]. Uygulama tipine bağlı olarak 46 adet çeşitli Kevlar sınıfı mevcuttur. Savunma için en çok kullanılan Kevlar sınıfları; •

Kevlar K-29

Kevlar K129

30

Kevlar AP

Kevlar KM2


Örümcek İpeğinin ve Kevlar Lifini İşleme Şartları Kevlar sentezi, bir yan ürün olarak hidroklorik aside yol açan bir yoğunlaştırma reaksiyonuyla monomer 1,4-fenilen-diamin (parafenilendiamin) ve tereftaloil klorürden oluşan bir çözelti halinde gerçekleştirilir, bu da sıvı-kristalin davranışı ve mekanik çekme pozisyonu ile sonuçlanır. , Kevlar'ın üretimi, sentez ve eğirme sırasında suda çözünmeyen polimeri çözelti içinde tutmak için gerekli olan konsantre sülfürik asit kullanılarak meydana getirilir. Kevlar'da UV degradasyonu olarak bilinen bir problem görülebilir. Bu, kevlar'ın güneş ışığının ultraviyole bileşeni tarafından ayrıştırıldığı fenomendir, dolayısıyla güneş ışığına karşı korunmadan genellikle dış mekanlarda kullanılmaz. a)Kevlar K119 b)Kevlar K29 Ağ inşaatı sırasında örümcek, normal 1 cm / sn hızının 10 katına kadar ipek üretebilir. Son kanaldaki valf, ipeğin çapını kontrol eder. Örümcekler tarafından% 30'a varan sıcaklık ve % 70'e varan nem oranı kabul edilebilir[8]. İpin sertliği, eğirme hızı ile düzenlenirken, ipliğin çapı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Örümcek ipeği, spesifik, intra spesifik ve intra bireysel düzeyde olmak üzere 3 farklı seviyede değişebilir.

Örümcek İpeği Yapısı, Türü, İşlevleri ve Kompozisyonu Spesifik vakalar için örümcek ipeğinin çapı Bausch & Lomb mikroprojektörü [4] ve 10 KV'da [3] Cambridge S4-10 taramalı elektron mikroskobu kullanılarak ölçülebilir. Örümcek ipeğinin ortalama çapı yaklaşık 2-7μm'dir. Bu nedenle, tek bir kalem genişliğindeki ipin uçuş sırasında bir Boeing 747'yi durdurabileceği önerilebilir. Örümceğin ağırlığı küçük bir aralıkta üretilen ipeğin çapı üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Farklı örümcek ipeğinin bezleri ve işlevleri ile aminoasit bileşimi aşağıdaki gibidir [2].

Nephila clavipes

31


Örümcek ipeğinin özellikleri üzerinde aminoasit bileşimi, beslenme koşulları, böcek boyutu, çevre sıcaklığı, çekme hızı türleri, nem ve diğer çeşitli parametrelerin de büyük bir etkisi vardır. Gerilme hızındaki artışla, kayma ipinin sertliği ve dayanıklılığı artar, bu da avın yakalanmasında veya örümceğin yıkanmasında vazgeçilmez bir ölçektir.

Atomik kuvvet mikroskobu, örümcek astarlı ipeğin yapısal analizi için kullanılır; lifin çekirdeğinde, uzantı ile açılabilen, kıvrımlı fibrilleri olan bir fibril yapısını açığa çıkarır. Elyaf çapındaki değişime bağlı olarak, modül değerlerini ölçmek zordur ve Nephila clavipes ipeğinin hesaplanan başlangıç modülü yaklaşık% 3.0'lık bir elastik gerilim ile 12.70 Gpa civarındadır. Örümcek ipliği, örümcek ağırlığının yaklaşık 6 katı ve klişe örümcek ağırlığının lineer olarak yükseldiği ipek kırılma mukavemetini kırar. Örümcek ipeğin gerilme mukavemeti yaklaşık 200000psi (1.3GPa) iken kırılma sırasındaki uzama, orijinal uzunluğunun% 40'ı kadardır. Nephila clavipes'in dragline ipeği için kaydedilen en yüksek mukavemet 1.7 ile 2.9 GPa'dır. Nephila clavipes örümcek ipeği, en iyi mukavemet ve dayanıklılık dengesini sağlar. Örümceğin yaşam çizgisi olarak yardımcı olmak için, çekme çizgisi durumunda yüksek burulma kararlılığı vazgeçilmezdir. 2.38GPa'nın kayma sertliği ile, örümcek ipeği yüksek bir burulma direnci sergiler. Örümcek ipek sertliği 30Gpa'ya kadar olabilir. Herhangi bir kırılma veya ip dolaşması oluşumu kanıtı olmaksızın, örümcek ipeği büyük gerilme ve basınç deformasyonlarına maruz kalabilir[5].

Örümcek ipliğinin basınç modülü yaklaşık 0.58GPa iken, enine sıkıştırma kevlar 29 ve naylon 5 gibi aynı kategorilerdeki diğer malzemelere göre daha düşüktür. Örümcek ipek elyafının esnekliği % 35 civarındadır. Örümcek ipek lifi kasılması orijinal uzunluğun % 30-40'ı arasındadır [1]. Yukarıdaki tabloda, lif suya batırıldığında uzunluktaki azalma yüzdesini gösterir. Dolayısıyla araştırmacılar, süper

kasılmanın zamanla bir ilişkisi olmadığı sonucuna varabilirler. Şimdiye kadar ölçülen süper büzülmenin maksimum kapsamı % 60'tır. Örümceğin ipeğinde çeşitli kırılma davranışı türleri vardır, zira seramiklerde sayısız kırılganlık hatası ve uzamada başarısızlık gibi bir yerde kırılgan bir başarısızlık söz konusudur.

Kevlar Yapısı Kevlar'ın moleküler yapısı, karboksilik grup ve NH merkezleri arasındaki moleküller arası hidrojen bağlanmasını gösterir. Kevlar elyafı, 1.44 nispi yoğunluğa sahiptir ve eğrildiğinde yaklaşık 3.62GPa'lık bir gerilme mukavemetine sahiptir. Polimerin yüksek mukavemeti esas olarak karbonil

grubu ve NH merkezleri arasında oluşan moleküler hidrojen bağıdır. Sert moleküller nedeniyle oluşan düzlemsel tabaka benzeri yapı, kevlar yapının ana bileşenidir. Kevlar fiberin ortalama çapı 13 µm'dir.

32


Kevlar fiberin mekanik özelliklerinde güçlü bir anizotropi, yüksek oranda yönlendirilmiş molekül zincirlerine bağlı olabilir. Lifin birçok yönünün incelenmesi, kumaşın deformasyon sürecini anlamak için gereklidir. İncelenecek farklı yönler, malzeme özellikleri, kumaş yapısı, mermi geometrisi, verme hızı, vb. şeklindedir.

Kumaş yapısının incelenmesi, kumaş eksenine dik yön arasında önemli bir sapma olmadığını, kevlar elyafının genellikle izotropik olarak kabul edildiğini belirtmektedir. Diğer birçok yüksek performanslı lif gibi, gençlerin boyuna doğrultudaki modülü, enine yönde olandan çok daha yüksektir [10]. Yukarıdaki tabloda, malzemenin genel mukavemetine vurgu yapan kevlar lifi'nin çeşitli diğer mekanik özelliklerini göstermektedir. Kevlar fiberin karakterizasyon özelliklerinde sıcaklık önemli bir rol oynar, sıcaklıktaki değişim fiberin gücünü artırabilir veya azaltabilir. Sıcaklık arttıkça

lifin bozunması başlar ve lifin gücü % 10-20 azalır. Kevlar'ın şaşırtıcı bir özelliği düşük sıcaklıkta deneyimlenebilir, bu da düşük sıcaklıkta kevlar elyafının biraz daha kuvvetli olduğu ve kriyojenik sıcaklığa (-196 ° C) dayanıklılığını ve esnekliğini koruduğu sonucuna varır. Kevlar fiberin farklı yönde termal genleşme katsayısı değerleri eksenel yönde 30 °C, eksenel yönde ise 66,3 x 106 ° C-1'dir [9]. Kurşun geçirmez yelek uygulamasında önemli olan kevlar'ın diğer bazı termal özellikleri aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.

33


Örümcek İpeği ile Kevlar Lifinin Karşılaştırılması Farklı koşullar altında liflerin çeşitli özellikleri ve davranışları kevlar lifi ve örümcek ipeği elyafı için incelendiğinden, aralarında uygun materyalin bulunması kolaydır. Uzun ve karşılaştırmalı bir çalışmadan sonra, örümcek ipeğinin kurşun geçirmez yelek tasarımı için kevlar fiberden daha uygun olduğu sonucuna varabiliriz. Örümcek ipeği, kinetik enerjiyi ısıya ve dönüştürülmüş enerjinin % 70'e varan oranlarda yayılmasına dönüştürme yeteneğine sahiptir. Bir materyalin bir mermi tokluğunu durdurabilme

Yukarıdaki karşılaştırma tablosundan, örümcek ipeğinin nispi yoğunluğu ve ortalama çapının kevlar lifinden daha az olduğunu ve örümceğin ipek gücünün kevlar'ınkinden daha az, yani neredeyse aynı veya daha az miktarda örümcek ipeği olduğunu söyleyebiliriz bu da yeterli güç sağlamak için gereklidir. Ayrıca, örümcek ipeği kevlar'ınkinden 100 kat daha fazla uzar, dolayısıyla örümcek ipeğin kevlar'dan daha fazla mermiye direnebileceğini söyleyebiliriz. Örümcek ipeğinin cam geçiş sıcaklığı -50 ° C ile -60 ° C arasında iken kevlar'ın cam geçiş sıcaklığı ise 83 ° C ila 90 ° C'dir; bu da örümcek ipliğin düşük atmosferik sıcaklıkta ani şoku emmesini sağlar. Örümcek ipeği kırılmadan önce yaklaşık % 40 uzar, kevlar ise kırılmadan önce sadece % 3.6 uzar, bu da malzemenin darbe dayanım kapasitesinin daha fazla olduğunu ve dolayısıyla kurşun geçirmez yeleğin tasarlanması için daha uygun olduğunu gösterir. Ayrıca kevlar'ın güneş ışığının ultraviyole bileşeni ile ayrışmasını önlemek için doğrudan güneş ışığında kullanılamaz ya da kurşun geçirmez yeleğin ağırlığını artıracak başka bir malzemeden koruyucu bir tabaka kullanılır, ancak örümcek ipeğinde bu tür bir ultraviyole bozulması meydana gelmez.

kabiliyeti göz önünde bulundurulduğunda, diğer birçok malzeme özelliği arasında öne çıkan faktör ve örümcek ipeğinin dayanıklılığının, kevlar lifinden 7 kat daha fazla olmasıdır. Kevlar'ın gücü, örümcek ipeği’nden biraz daha yüksek olmasına rağmen, örümcek ipek yoğunluğu ve ortalama çapı, kevlar'ınkinden daha azdır, bu nedenle gücün etkisi tersine çevrilebilir ve dolayısıyla kurşun geçirmez yeleğin ağırlığı önemli ölçüde azaltılabilir.

Sonuç olarak; kurşun geçirmez yeleklerin tasarlanması için daha uygun malzemenin uygunluğu ile ilgili olarak karşılaştırmalı veriler sonrası şu öncüllere ulaşabiliriz: * Örümcek ipeğin mükemmel fiziksel ve kimyasal özellikleri, mevcut doğal ve sentetik elyafların çoğundan daha zor koşullara dayandığı kabul edilebilir. * Örümcek ipeğinin ortalama çapı kevlar elyafından daha azdır, bu nedenle yelek ağırlığı daha sonra azaltılabilir. * Örümcek ipliğinin yoğunluğu daha az kevlar olduğundan, aynı miktarda ipek kevlar'dan daha güçlüdür. * Örümcek ipeğinin düşük cam geçiş sıcaklığı ani şoku absorbe edebilme yeteneğindedir. * Kurşun geçirmez yeleğin ana amacı çok yüksek hızda yansıtılan merminin etkisine ve tokluk malzemenin plastik ve elastik deformasyona direnme yeteneğinde olmasıdır. Ayrıca, örümcek ipeğinin dayanıklılığı daha fazla olduğundan kurşun geçirmez yelek için daha uygundur.

34


* Örümcek ipeği, güneş ışığı altında stabil halde kalırken, kevlar lifinde UV degradasyonu gözlenir. Örümcek ipeği, kurşun geçirmez yelek sistemi için uygun ve balistik koruma için pasif olan aşırı

zorlanma oranlarında enerjiyi dağıtma yeteneğine sahiptir.

Kaynaklar [1] Alfred, T.F. (2001). Tribology of spider silk polymer composite. [2] Saravanan, D.(2006). Spider silk- structure, properties and spinning. Journal of Textile Apparel Technology and Management, 5, pp.1-20. [3] Griffiths, J.R.,Salanitri, V.R., (1980). The strength of spider silk. journal of material science, 15, pp.491-496. [4] Stauffer,S.L.,Coguill, S.L. and Lewis, R.V.(1994).Comparision of physical properties of 3 silk from nephilaclavipes and Araneus Gemmoides. The journal of Arachnology, 22, pp.5-11. [5] Frank, K.Ko., Kawabata, S.,Inoue, M.,Niwa, M.,Fossey, S., and Song, J.W. (2001). Engineering properties of spider silk. In: MRS Proceedings, 702. [6] Cunnif, P.M., et al. (1994). Mechanical and thermal properties of dragline silk from spider nephilaclavipes. polymer for advanced technologies,5, pp.401-410. [7] Deteresa, S.J., Allen, S.R., Farris, R.J., Porter, R.S. (1984). Compressive and torsional behaviour of Kevlar 49 fibre.journal of materials science. 19, pp.57-72. [8] Sharma, A. and Dwivedi, V.K. (2017). Structure and properties of spider silk as a super material. In:International conference on Materials & Manufacturing Concerns in Production of Quality Engineering Goods. HBTU Kanpur, India, pp. 111-116. [9] Rojstaczer, S., Cohn, D., Marom, G.(1985). Thermal expansion of Kevlar fibres and composites.Journal of materials science letters,4, pp.1233-1236. [10] Cheng, M.,Chen, W. (2005). Mechanical Properties of Kevlar® KM2 Single Fiber. Journal of engineering materials and technology, 127, pp.197-203.

Hayri Koru Biyolog (Yüksek Lisans Öğrencisi) koruhayri@gmail.com

35


KARBON NANOTÜP AĞI BATARYA ÖMRÜNÜ UZATABİLİR

Fotoğraf : Bir SWNT ağı, pil malzemesinin küresel bir parçasının etrafına sarılmakta ve PPBT polimeri sayesinde oraya sabitlenmektedir. Bilim adamları, lityum-iyon pillerin ömrünü ve kapasitesini artırmaya çalıştıklarında, bir problemle karşı karşıya kalmaktadırlar. Pillerin daha fazla enerji depolamasına yardımcı olan malzemeler, şarj döngüsü sırasında çatlama ve toz haline gelme eğilimindedirler. Lityum iyonları, şarj sırasında malzemeyi genleştirmekte ve batarya boşalırken malzemeyi daraltmaktadır. Bu durum sürekli tekrarlandığı için, malzemenin etrafında aktif olmayan bir tabaka oluşmakta ve pil performansı düşmektedir. Pil tasarımına moleküler düzeyde yaklaşan bir kimya ekibi tarafından, anot materyallerindeki bu bozulmayı önlemek için bir strateji geliştirilmiştir.

Sistem, manyetit nanopartiküller ve silikon nanopartiküller olmak üzere iki farklı tipte anot batarya malzemesiyle çalışmaktadır. New Orleans’daki Amerikan Kimya Derneği ulusal toplantısında Polimerik Malzemeler: Bilim ve Mühendislik (PMSE) bölümünde çalışmalarını sunan Reichmanis “Bu stratejinin, hacim değişikliklerini en aza indirmek için genel bir yöntem olabileceğini ve daha fazla optimizasyon ile bunun, lityum-iyon pil performansını ve bu pillerin ömrünü uzatmak için etkili olabileceğini söylemiştir. Teksas Üniversitesi’nde, Austin’deki enerji uygulamaları için nanomateryalleri inceleyen Guihua Yu” “Bu, yeni nesil yüksek enerjili batarya teknolojilerindeki pratik zorlukların çözümü için polimer kimyasının kullanışlılığının harika bir kanıtıdır” demiştir.

Georgia Tech’de Elsa Reichmanis ve Stony Brook Üniversitesi’nden Amy C. Marschilok tarafından yönetilen ekip, poli[3- (potasyum-4-butanoat) tiyofen] ile pil malzemesine sabitlenmiş tek duvarlı karbon nanotüp (SWNT) ağları oluşturmuştur. Bu karbon nanotüp ağı PPBT olarak da bilinmektedir. Elektronlar SWNT-PBBT ağı üzerinden akabilmektedir. Batarya malzemelerinin etrafında oluşan nanotüp ağı, lityum iyonlarının malzemenin üzerinde ve dışında hareket etmesini sağlarken aynı zamanda bataryadaki genişlemeyi de önlemektedir.

36


Illinois Üniversitesi’nde (Urbana-Champaign) polimer ve elektronik malzeme uzmanı olan Paul V. Braun, bu çalışmanın bir kanıt olduğunu belirterek; “Performansı en üst düzeye çıkarmak için pil elektrotlarının iyon ve elektron iletkenliğinin, serbest hacim ve spesifik kimyasal etkileşimlerin hesaba katılarak tasarlanması gerekiyor” demiştir.

Stratejinin pil teknolojisinde yararlı olması için Reichmanis, çalışmaların anodun ötesine ve tam bir pil hücresine taşınması gerektiğini söylemiştir. Ayrıca, bileşenlerin hepsinin ticari bir süreçle uyumlu olacak şekilde düzgün ve güvenilir bir şekilde üretilmesini gerektiğini eklemiştir.

Haberi Çeviren : Başak Sultan Doğan

37


Kristal Manzara Demir tuzları reaksiyona girer ve ardından bir petri kabında nehirlere, ağaçlara ve tepelere benzer bir şekilde üretilmek üzere kritallendirilir. Alexis Ostrowski'nin Bowling Green State Üniversitesi'ndeki laboratuarı, demir (III) komplekslerinin ışıkla indirgendiği bu reaksiyonları inceliyordu. Bu incelemede kap orijinalde demir (III) amonyum sitrat (yeşil) ve potasyum ferrisiyanür (turuncu ve sarı kristaller) çözeltileri içeriyordu. Ostrowski'nin grubu laboratuarda yerleşmiş kaptan ayrılırken, oda ışığında demir (III) iyonları, demir (II) iyonlarına indirgendi ve daha sonra ferrosiyanür ile reaksiyona girerek Prusya mavisini oluşturdu, kimyasal formülü ile Fe4[Fe(CN)6]3. Bu, mavi kopyaları basmak ve mavimsi siyanotip fotoğrafı yapmak için kullanılan reaksiyonla aynıdır. Kaptaki su buharlaştırıldıktan sonra, mavi ürün ile tepkimemiş başlangıç malzemeleri karışımı, bu düzenlemeyi yapmak için kristallendirildi.

Zeliş Girgin

Inovatif Kimya Dergisi Sayi 58  

İnovatif Kimya Dergisi Sayi 58

Inovatif Kimya Dergisi Sayi 58  

İnovatif Kimya Dergisi Sayi 58

Advertisement