Selüloz nanokristallerinin odun atıklarından eldesi ve blok kopolimer vezikülleri ile sıcaklık duyarlı kompozitleri

Döngüsel ekonomiye ulaşmanın önemli hedeflerinden biri farklı atık türlerinin yeniden kullanılmasıdır. Odun atıkları, tüm katı atıkların önemli bir kısmını oluşturduğu için günümüzde giderek büyüyen bir sorun haline gelmiştir. Odun atıklarının tekrar değerlendirilmesi, yakma ve depolama gibi mevcut atık yönetimi yöntemlerine göre birçok fayda sağlar ve daha sürdürülebilir bir çevreye ulaşma potansiyeline sahiptir. Selüloz nanokristalleri (CNC), yüksek yüzey alanı, en boy oranı, biyo uyumluluğu, doğadaki bolluğu ve üstün mekanik özellikleriyle karakterize olan, yüksek değerli ve gelecek vaat eden sürdürülebilir bir malzemedir. Bu nanopartiküller, reoloji değiştiricilerinden biyosensörlere, hidrojeller, flokülantlar, enerji depolama ve ilaç iletim sistemlerine kadar geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılmaktadır. Ancak büyük ağaç yongalarından başlayan CNC ekstraksiyonu ve bunun sonucunda elde edilen sert ağaç ve yumuşak ağaç CNC özellikleri ayrıntılı olarak araştırılmamıştır. Ayrıca, CNC'lerin uyaranlara tepki verme özelliği bulunmadığından, bu malzemeyi akıllı sistemlere dönüştürmenin zorlukları hala devam ediyor. Bu tezin ilk bölümünde, panel üreten bir tesisin atık hattından alınan çam (yumuşak odun) ve meşe (sert odun) yongalarından CNC izole edilmiştir. Atık ağaç yongaları alkali işlem ile muameleye tabi tutularak selülozik olmayan içeriğin çıkarılması ve selüloz hamuru eldesi için ağartıldı. Ortaya çıkan selüloz hamuru asit hidroliz işlemine maruz bırakılarak nanokristal elde edildi. Üretilen nanokristaller morfoloji ve fizikokimyasal özellikler açısından karşılaştırıldı. Sert ağaç ve yumuşak ağaç CNC'leri aynı kimyasal süreçten geçmiş olmalarına rağmen özellikle boyut, zeta potansiyeli ve kristallik açısından farklı özellikler sergilediler. Sonuçlar, sert odun CNClerinin yumuşak odun CNClerine kıyasla daha yüksek kristalliğe sahip olduğunu gösterdi. Ek olarak, sert ağaç CNCleri, yumuşak ağaç CNClerine göre daha büyük zeta potansiyeline ve daha küçük hidrodinamik çaplara sahiptir. İkinci bölümde, ağaçtan elde edilen CNC'ler ve sıcaklığa duyarlı geri dönüşümlü şekilde polimerzom oluşturan Pluronic L121 PEO-PPO-PEO blok kopolimeri ile sıcaklığa cevap veren bir nanokompozit inşa edildi. Elde edilen kompozitin morfolojisi, faz davranışı ve mekanik özellikleri detaylı olarak incelendi. Unimerlerin ve polimerzomların CNC ağı üzerindeki etkisini anlamak için L121 konsantrasyonu %1 ila %20 arasında değiştirilerek iki farklı CNC konsantrasyonu (ağırlıkça %4 ve %5) incelenmiştir. Sonuçlar, Pluronic L121'in seyreltik ve yüksek konsantrasyonlarının CNC jelleşme davranışı üzerinde farklı etkilere sahip olduğunu gösterdi. %5 konsantrasyona kadar Pluronic L121 eklenmesi, kompoziti geçiş sıcaklığının altında yumuşatır. %10'dan %20'ye kadar L121 ilavesi ise kompoziti daha da güçlendirerek geçiş sıcaklığının üzerinde bir jel sisteminin oluşmasını sağladı. Yüksek gerilmelerde CNC hidrojel ağının büyük boyutlu polimerzomların sisteme dahil edilmesi nedeniyle mikroyapısal bozulmaya karşı daha fazla deforme edilebildiği ve daha dirençli hale geldiği anlaşıldı. Sonuçlar, CNC-Pluronic L121 hidrojellerinin termo-geri dönüşümlü reolojik davranış gösterdiğini ve bu sistemlerin biyomedikal uygulamalar için kullanılabilecek uyaranlara duyarlı fonksiyonel malzemeler geliştirmekte potansiyel adaylar olduğunu göstermektedir.