plastik-ambalaj.com

Genel kullanıma uygun yapı kimyasalları için kullanılan ambalajlar

Özet

Silikon yapıştırıcılar ve mastikler günümüzde yapı kimyasalları endüstrisinin en önemli kalemlerini oluşturmaktadır. İnşaat sektöründe, modern inşaat teknolojileri ve görsel mimariye olan ilgilinin artmasıyla son yıllar içerisinde yapıştırıcı ve yapı kimyasallarının tüketiminde ciddi oranda bir artış yaşandığı bilinen bir gerçektir. Bu kimyasalların üretimi kadar depolanması ve kolay bir şekilde istenilen yüzeye uygulanabilirliği de oldukça önemlidir. Bu kapsamda yapı kimyasalları için birçok fonksiyona sahip özel ambalajlar gündeme gelmektedir. Sektörde “kartuş” olarak adlandırılan bu ambalajlar, yapı kimyasalları ve polimer sektörleri için oldukça önemlidir. Bu derlemede, genel kullanıma uygun yapı kimyasalları için kullanılan kartuş ambalajlar ele alınmıştır. 

1.Giriş

Yapı kimyasallarından en fazla pazar payına sahip olan ürünlerden olan silikon yapıştırıcılar ve mastikler, özelikle cephe ve çatı sistemlerinde, pencere ve kapılarda, küçük ev tamiratlarından büyük ölçekli yapı projelerine kadar her türlü bina ve inşaat bağlantı elemanını ilgilendiren uygulamada kullanılmaktadır. Yapıştırıcı yapı kimyasallarından olan silikon esaslı yapıştırıcılar temelde yüksek sıcaklıkta ve oda sıcaklığında vulkanize olan silikonlar olarak sınıflandırılmaktadır. Yapı sektörüne sağladığı avantajlar sayesinde yaygın bir şekilde kullanılan oda sıcaklığında vulkanize olan (RTV) silikon yapıştırıcılar tek veya çift komponentli şekilde bulunabilmektedir. Bu malzemelerin temel fonksiyonları; birleştirme, yapıştırma, boşluk doldurma, hava sızdırmazlık sağlama, su yalıtımı ve izolasyon sağlamaktır. Bu malzemelerin özelliklerini koruyabilmesi açısından kullanılan ambalaj oldukça önemlidir. Geleneksel ambalajlamada kullanılan esnek filmler veya rijit kapların aksine, bu tür malzemelerin ambalajlanmasında özel tasarlanmış ambalajlar kullanılmaktadır. Bu ambalajlara piyasada kartuş denilmektedir. Genellikle yazıcı kartuşlarla karıştırılan bu ambalajlar Şekil 1’de görüldüğü gibi özel bir tasarıma sahiptir.

2.Kartuşların Genel Özellikleri ve Sınıflandırılması 

2.1 Ambalajın türüne ve fonksiyonuna göre sınıflandırma

Kartuşları ambalajın türü ve fonksiyonuna göre kategorize edecek olursak;

• Kartuşlar ürün ile direk temasta bulunduğundan birincil ambalajlardır. Yani içlerinde ürünü barındırırlar ve genellikle ürünün depolanabileceği en küçük birimlerdir. 

• Üzerinde gerekli bilgiler, kapak, etiket bulunmaktadır ve aynı zamanda satış ambalajıdır. 

• Yaptıkları işe bakıldığında kartuşlar hem taşıma, hem depolama, hem koruma hem de uygulamaya imkân tanıyan fonksiyonel ambalajlardır. 

• Hareket etme kabiliyetleri dikkate alındığında, pistonlu yani hareket ettirilebilen, dozajlama yapabilen bir başka deyişle uygulama ambalajlarıdır. 

• Ambalajlanan ürün tipine bakıldığında, kimyasal malzeme ambalajları sınıfındadırlar. 

• Kullanılan ham madde dikkate alındığında, polimer esaslı ambalajlardır.

• Mekanik özellikleri dikkate alındığında, rijit ambalajlardır. 

• Kullanım sayılarına göre bakıldığında ise tek kullanımlık ambalajlardır. 

• Geri dönüşüm özelliklerine bakıldığında, kimyasal atık içerdiklerinden dolayı, geri dönüşümü mümkün olmayan, yakılarak bertaraf edilmesi gereken ambalajlar sınıfındadır.

2.2 Ambalajın boyutlarına göre sınıflandırma (Hacim, Et Kalınlığı, İç Çap, Boy, Ağırlık)

Kartuşlar, genel olarak içine doldurulan malzeme hacmi göz önüne alınarak sınıflandırılmaktadır. Aşağıdaki Tablo 1’de kartuş hacmine bağlı olarak et kalınlığı, iç çap, boy ve ağırlık değerleri verilmektedir.  Görüldüğü üzere et kalınlığı genellikle 1.4-1.5 mm arasında, iç çap 44.5-47.2 mm arasında, boy 211.5- 216 mm, ağırlık ise 37.5- 47 gr arasında değişmektedir. 

Tablo 1: Piyasada bulunan bazı kartuşlara ait hacim, boyut ve ağırlık değerleri [1]

Tablo 1’de belirtilen hacim aralıklarından piyasada en çok kullanılan 310 ml’lik kartuşlardır. Piyasada 310 ml’lik kartuşun ince cidarlısı da bulunabilmektedir. 400 ml, 900ml ve 1000 ml’lik kartuşlar;  dolum sonrasında daha ağır oldukları için taşıma, istifleme ve kullanım sırasında ergonomik olmamaktadır. Boyutların standart kullanıma uygun olmamasından dolayı bu boyutlara uygun uygulama tabancası ihtiyacı doğmaktadır. Ayrıca içindeki malzemenin paket açıldıktan sonra tamamen tüketilmesi gerekliliğinden ötürü, ekonomik açıdan da ufak çaplı uygulamalarda tercih edilmemektedir. Ayrıca ambalaj içerisine dolum yapan kimyasal firmalarına bu boyuta uygun dolum makinesi gerektiğinden yatırım maliyetini artırmaktadır. Bu sebeple dolum yapan firmalar tarafından da çok tercih edilmemektedir. 

2.3 Dolumu yapılan malzeme cinsine göre sınıflandırma

Kartuşlar, içerdikleri kimyasal malzemeler için bir ambalaj ve uygulama aparatıdır. Bunun yanında, kartuşların içerisinde bulunan kimyasal malzemelerin özellikleri, uygulama alanları ve hangi koşullar altında taşınması, depolanması gerektiği gibi kriterler kartuşun temel özelliklerini belirlemektedir. Kartuşlar genellikle silikon esaslı yapıştırıcılar ve mastikler için kullanılmaktadır. Bu yüzden silikon veya mastik kartuşu olarak sınıflandırma yapılmaktadır. Silikon yapıştırıcılar, yapılarında bulunan çeşitli fonksiyonel gruplar sayesinde farklı mekanizmalar yoluyla kürleşen, yapıştırma ve izolasyon uygulamalarında kullanılan kimyasallardır. Benzer şekilde mastikler, yüksek oranda dolgu maddesi içeren uygulama sonrasında yapılarında bulunan çözücü veya seyrelticinin uzaklaşmasını takiben kürleşen ve genelde dolgu ve yapıştırma işlemlerinde kullanılan malzemelerdir. Bu iki malzemenin ambalajlanmasında gündeme gelen en önemli kriter, ürünlerin dış ortam ile temasıdır. Yani silikon yapıştırıcının kartuş içindeyken kimyasal yapısında bir değişiklik olmaması gerekmektedir. Özellikle nem ile oda sıcaklığında kürlenen silikonların ambalajlarının su buharı geçirgenlik değerlerinin yeterli olması ve ambalajın sızdırmaz olması gerekmektedir. Ayrıca kimyasal malzemenin içinde bazı durumlarda organik çözgenler bulunabilmektedir. Bu durumda kartuş malzemesinin kimyasallara karşı da inert olması gerekmektedir. Bunların yanında dolumu yapılan malzemenin dolum basıncına dayanabilecek mekanik özellikler de kartuşun sahip olması gereken bir diğer özelliktir. Elastomerik yapıştırıcı ve dolgu malzemelere ilişkin bazı gereksinimleri ele alan ASTM C 920 standardına göre bu tür malzemeler kapalı bir şekilde 27°C’de depolandıklarında en azından altı ay boyunca özelliklerini kaybetmemelidirler. Aynı standartta dolumu yapılan kimyasalın adı, markası ve diğer özelliklerinin ambalajın üzerinde bulunması gerektiği bildirilmektedir. Ayrıca ambalajın üzerinde malzemenin hangi koşullarda kullanılacağı ve kürlenme koşullarının da belirtilmesi gerektiği önemle belirtilmektedir. İlgili standartta ambalajın şekli, malzemesi vb. diğer özelliklerine ilişkin herhangi bir ayrıntı verilmemektedir. [2]

2.4Ambalaj üretiminde kullanılan hammadde cinsine göre sınıflandırma

Dolumu yapılacak kimyasalın içeriğine ve istenilen mekanik, optik, bariyer özelliklerine göre piyasada farklı hammaddeler kullanılabilmektedir. En yaygın olarak yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) kullanılırken, piyasada ve patent literatüründe düşük yoğunluklu polietilen (LDPE), polipropilen (PP), polyamid (PA) ve bunların kopolimerlerleri ve farklı oranlardaki karışımları karşımıza çıkabilmektedir.  

2.5Kartuş Bileşenleri  

Kartuşlar temelde dört bileşenden oluşmaktadır. Bunlar; gövde, piston, uç (kanül) ve tıpadır. 

2.6Gövde

Gövde, kartuşun en ağır bileşenidir ve silikon yapıştırıcının depolandığı kısımdır. Silindirik yapıda olan bu kısmın temel fonksiyonları istenen hacimdeki malzemeyi depolamak, bu malzemeyi müşteri kullanıncaya kadar dış etkenlerden korumak, rafta stabil bir şekilde sergilenmesini sağlamak, depolama sırasında malzemenin dışarıya sızmasını veya hava ile temas etmesini önlemek ve kartuşun düşme, çarpma gibi darbeye maruz kalma durumunda gerekli dayanımı göstermektir.Bu yüzden gövdenin belirli duvar kalınlığına sahip olması gerekmektedir. RTV silikon su buharı ile vulkanize olduğu için, kartuşun bariyer özellik gösterme fonksiyonu da oldukça önemlidir. Gövde aynı zamanda ürün hakkında teknik bilgi, reklam, pazarda konumlandırma, hizmet etmek gibi fonksiyonları da yüzeyine yapılan baskı ve/veya üzerine yapıştırılan etiket ile sağlanmaktadır. Bu sayede ürünün müşteri tarafından, diğer benzer ürünlerden en kısa sürede ayrıştırılabilmesi sağlanmaktadır. Gövde teknik açıdan incelendiğinde boyutlarına, dolumu yapılan malzeme cinsine, üretim sırasında kullanılan hammadde cinsine ve gövde geometrisi ve sayısına göre sınıflandırılabilmektedir. 

Şekil 2: Kartuş gövdesi [3]

2.6.1Tek gövdeli ve çift gövdeli kartuş

Dolumu yapılacak olan kimyasal malzemenin kürleşme özelliğine bağlı olarak kullanılacak kartuş gövdesinin geometrisi, tek gövdeli veya çift gövdeli olarak değişebilmektedir. Kürleşme için gerekli madde miktarına göre gövdeler hacimsel olarak da 1:1, 2:1, 5:1,10:1 değişmektedir. Şekil 3’de görüldüğü gibi çift bileşenli yapıştırıcılar için piyasada yan yana veya iç içe (coaxial) gövdeli olmak üzere farklı çift gövdeli kartuşlar üretilmektedir. 

2.6.2 Koaksiyal (Eş eksenli) kartuş

Tek veya çift gövdeli kartuşlara ek olarak iki kimyasalın eş eksenli olarak beslendiği koaksiyel kartuşlar da bulunmaktadır. Şekil 4’te de görüldüğü gibi, gövde temelde iki kanaldan oluşmaktadır. Bu tür gövdeler için tasarlanmış özel pistonlar kullanılmaktadır. Çıkış kısmında karıştırıcı bir uç kullanılmazsa, kimyasallar bikomponent şekilde çıkmakta ve istenilen bölgeye uygulama yapılmaktadır. 

 2.7Piston

Piston gövdenin alt kısmında bulunan ve uygulama sırasında hareket ettirilerek malzemenin belirli oranda akmasını sağlayan kısımdır. Pistonun temel fonksiyonu malzemenin iletimi gibi görünse de dolum ve depolama sırasında malzemenin hava ile temas etmesini önlemesi de diğer fonksiyonlarındandır. 

 Şekil 6’da gösterilen noktalar piston kullanımı için en kritik noktalardır. A ile gösterilen nokta, pistonun kartuş için bulunan kimyasal dolgu malzemesinin ileri itilebilmesi için özellikle konveks olmalıdır. Ayrıca kartuşun üst kısmı, pistonun açısına uygun olarak tasarlanmalı ve böylece kimyasal dolgu malzemesinin kartuşun içinden tamamen boşaltılması sağlanmalıdır.

B ile gösterilen nokta, pistonun kartuş iç cidarına temas ettiği bölgedir. B noktasının fonksiyonu, kartuş içerisinde bulunan tüm kimyasal dolgu malzemesinin cidarda kalmadan sıyırmak, sızdırmazlık sağlayarak ortam havasının içeri girmesini engellemek, su buharı ile etkileşimini ve kürleşmesini engellemektir. C ile gösterilen nokta, pistonun üst ve alt taban arasında kalan bölgesidir. C bölgesi kimyasal dolgu malzeme dolumu esnasında kritik öneme sahiptir. Çünkü dolum bittikten sonra pistonun gövdeye adapte edilmesi işlemi yapılırken, kartuş içerisinde kalan havanın dışarı çıkması gerekmektedir. İçerideki hava tahliye edilemeyip sıkıştırma işlemine devam edilirse, gövde duvarlarına uygulanan basınç ve gerilimde artış meydana gelebilmektedir. Ayrıca kartuş içerisinde kalan havanın içinde bulunan serbest haldeki su molekülleri yüksek basınç altında sıvı hale geçebileceğinden ambalajlama sırasında kürleşmeye de sebep olabilmektedir. Bu sebepten C noktasından havanın dışarı atılması ve havanın tahliyesi sırasında dışarı sızacak olan kimyasal dolgu malzemesinin bu alanda kürleşerek ince bir conta görevi görmesi istenilmektedir. D ile gösterilen nokta, dolum sonrasında piston yüksek basınçlı havayla kartuş içerisine itilirken ve son tüketicinin uygulama için tabanca kullanırken kuvvete maruz kalan noktadır. D noktası, piston iç cidarında bulunan kuvvetin vektörel olarak ayrılmasını ve X ve Y eksenlerine kuvveti bileşenlerine ayırarak kartuşun içerisindeki kimyasalın kolay atılmasını ve cidarda kimyasal kalmamasını sağlamaktadır. E ile gösterilen nokta ise, pistonun son noktası olup ortam havasının kartuş içerisine girmesini engelleyen sızdırmazlığı sağlayan noktadır. Şekil 6b’de verilen piston kuvvet analizinde görüldüğü gibi, pistona uygulama sırasında doğrusal olarak uygulanan kuvvetin hem kimyasalın dışarı çıkması hem de cidardaki ürünü sıyırması beklenmektedir. Basınç altında kartuşa takılan pistonların, yüksek montaj kuvvetlerinden dolayı kırılmaması için kuvvet analizi pistonun iç yüzeyindeki federlerin geometrisi ve kalınlıkları hem piston tasarımı hem de elde edilecek mekanik özellikler açısından önemli ürün parametrelerindendir.

Tablo 2: Piyasada bulunan bazı pistonlara ait boyut ve ağırlık değerleri [8,9]

Pistonlar HDPE, LDPE, HDPE+LDPE, PA hammaddeler kullanılarak plastik enjeksiyon yöntemi ile üretilmektedir. Ambalaj içerisindeki muhteviyatın özelliğine göre kartuş hammaddesi seçiminin kriterlerinin aynısı piston seçimi içinde geçerlidir. Kartuş ve piston hammaddeleri, dolumu yapılan kimyasalın ambalaj hammaddesiyle olan kimyasal etkileşimi düşünülerek büyük çoğunlukla aynı hammaddeler seçilmektedir. Bunun yanında dolumu yapılan kimyasalın viskozitesi de kullanılacak hammadde ve piston tasarımını etkileyebilmektedir. Viskozitesi yüksek olan kimyasalın kartuş ucundan akıtılabilmesi için yüksek kuvvet uygulanması gerektiğinden elastik modülü yüksek olan LDPE ya da LDPE+HDPE karışımları kullanılabilmektedir. Piston boyutları standart olmayıp, kullanılacak kartuş iç çapına, kullanılan yapıştırıcı yapı kimyasalları viskozitesine, dolgu malzemesinin öz kütlesinden dolayı kapladığı hacme bağlı olarak değişmektedir. 

2.8 Uç

Uç, malzemenin kontrollü ve istenilen debide akmasını sağlayan, gövdeye takılarak kullanılan, kesik koni geometrisindeki parçadır. Uçlar, teknik özellikleri, boyutları, fiziksel formları, kullanılan hammadde türü ve kullanım alanına göre farklılık göstermektedir. Uç üretiminde kullanılan hammadde ise genellikle poliolefin grubu polimer hammaddelerdir. Uçlar, temel olarak standart uç, kulplu uç ve alimiyum uç olarak çeşitlendirilmektedir. Ancak son yıllarda üretim teknolojilerinin gelişmesiyle yükselen ürün çeşitliliğindeki artış, yapıştırıcı yapı kimyasallarının çeşitlenmesiyle, kartuş ve pistonlarda olduğu gibi uçlarda da gözlenmektedir. 

Bu sebeple çift komponentli yapı kimyasallarının fazları arasında homojen karışımın gerçekleşebilmesi için statik karıştırıcılı uçlarda pazarda yerini almaya başlamıştır. Şekil 8’de ve Tablo 3’de verildiği gibi, uçlar farklı renk, boyut ve ağırlıkta üretilebilmektedir. 

Türkiye’de üretilen uçlara ilişkin bazı fiziksel boyut değerleri aşağıda yer almaktadır. 

Tablo 3: Piyasada bulunan bazı uçlara ait boyut ve ağırlık değerleri[9]

2.9 Tıpa

Tıpa, kullanım sırasında çeşitli sebeplerden ötürü oluşan duruşlarda malzemenin bozulmaması için ucun kapatılması amacıyla kullanılan, kanül olarak da adlandırılan parçadır. Temel fonksiyonu bariyer özellik gösterip, malzemenin hava ile temasını önlemek, açılmış olan malzemenin bozulmadan taşınmasına olanak sağlamaktır. Tıpalar diğer ambalaj kartuş ve aksesuarlarında olduğu gibi plastik enjeksiyon teknolojileriyle üretilmektedir. Tablo 4’de tıpaya ait boyut ve ağırlık değerleri verilmektedir.

Tablo 4: Piyasada bulunan bazı tıpalara boyut ve ağırlık değerleri [9]

Sonuç

Kimyasal malzemelerin ambalajlamasında ürün kalite, performans ve raf ömrü dikkat edilmesi gereken en önemli kriterlerdendir. Özellikle yapı kimyasallarından piyasada yaygın bir şekilde kullanılan silikon yapıştırıcılar ve mastikler için kullanılan kartuş ambalajlar ürün performansının sürdürülebilir olmasını sağlayan önemli ürünlerdir. Temelde gövde, piston, uç ve tıpa olmak üzere dört kısımdan oluşan kartuş ambalajlar, yapı endüstrisindeki ilerlemelere paralel bir şekilde her geçen gün büyümektedir. Bu çalışma, literatürde daha önce ayrıntılı bir şekilde değinilmemiş olan bu konuya ilişkin temel bilgiler vermesi açısından önem taşımaktadır.

Kaynakça

1.Fischbach KG Engelskirchen, http://www.fischbach-fi.com/page_en/kartuschen.php, ET: 10.04.2018

2.ASTM, Standard Specification for Elastomeric Joint Sealants ASTM C 920

3.İz Baskı San.Tic. A.Ş.  , www.izbaski.com.trE.T. : 17.04.2018

4.http://www.ritter-cartridges.de/en/products/2-component-cartridges ; ET: 19.04.2018 

5.https://www.sulzer.com/en/shared/products/2017/03/28/12/17/q-system-peeler-cartridges ; ET: 22.04.2018 

6.İz Baskı San. Tic. A.Ş. . Ar-Ge Merkezi fotoğraf arşivi 

7.İz Baskı San. Tic. A.Ş. Ar-Ge Merkezi teknik çizimleri

8.Fischbach KG Engelskirchen,  http://www.fischbach-fi.com/page_en/kolben.php

E.T.  11.05.2018

9.İz Baskı San.Tic. A.Ş.   http://www.izbaski.com/products.html  E.T.  11.05.2018

Hatice Aylin KARAHAN TOPRAKÇI*

Kemal Cihan TANIK**

Ziya Kadir ŞAKAK**

Yonca KARTAL**

Bulut PEHLİVANOĞLU**

Sevim KARASUNGUR**

* Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü

**İz Baskı San. ve Tic. A.Ş.