plastik-ambalaj.com

Çok katlı ambalaj malzemeleri

Genel bilgiler

Genelde ambalajlar: cam, teneke ve ahşap malzemelerin yanı sıra; çeşitli tip, kalınlık ve gramajda kâğıt, karton, alüminyum folyo ve plastiklerden veyahut bunların birbirleriyle laminasyonu ve plastiklerin koekstrüzyonundan elde elden fleksibıl (esnek) folyolardan oluşurlar. Bunlar, baskılı veya baskısız olarak üretilirler ve kullanım amacı doğrultusunda tek veya çift taraflı laklanarak ya da kısmen yahut tamamen kaplanarak; şekillenme, yapışma, baskı tutma, koruma ve bariyer özellikleri geliştirilmiş ambalaj malzemesi haline dönüştürülürler. 

Gerçekte çok katlı ve esnek ambalaj malzemesi tanımını kesin bir çizgi ile sınırlamak güçtür. Çünkü esnek folyoların fiziksel özelliklerinin sınırlarını belirlemek; rijidliğin nerede başladığını saptamak; her türlü kaplama uygulamalarını, bazı koekstrüde filmleri ve özel lak uygulanmış malzemeleri çok katlılık çerçevesinde değerlendirmek ve daha pek çok etken kesin tanımı zorlaştırmaktadır.

Komposit malzemeler ya da çok katlı kombinasyonlar olarak da bilinen bu tür malzemelerdeki kombinasyon sözcüğü; laminasyon, ekstrüzyon, koekstrüzyon veya kaplama yoluyla birleştirilmiş iki veya daha fazla sayıda plastik, alüminyum folyo ve kâğıt tabakasını ifade etmektedir.

Yalnız bir materyal kullanımı ile yeterli sonuç alınamayacak durumlarda başvurulan kombinasyon uygulamalarında temel amaç, çeşitli materyallerin üstün özelliklerini bir araya toplamaktır. Örneğin alüminyum folyo gazlara karşı üstün bir geçirmezlik sağlar. Oksijenden kesin korunma isteyen ürünlerin ambalajlarında folyo kullanımı kaçınılmazdır. Ayrıca alüminyum folyo yağlara karşı da geçirmezlik özelliği gösterir. Ancak folyonun bu özelliklerinden ambalajda tam bir yarar sağlanabilmesi için, ambalajın dış çevre ile ilişkisi tamamen kesilecek şekilde kapatılması gerekir. Bu da alüminyum folyonun, iyi ısıl yapışma yapabilen, örneğin alçak yoğunluklu polietilen film ile bir kombinasyonda kullanılmasıyla mümkün olur.

Diğer bir örnek olarak, ambalajında pişirilen hazır gıdalar için yüksek sıcaklığa dayanıklı PET ilk akla gelen materyallerden biridir. Ancak ambalajın bir poşet şekline dönüştürülüp kapatılabilmesi için, yine iyi ısıl yapışma yapan materyallerin kombinasyonda kullanılmaları gerekir. Bu açıdan en önemli kombinasyon ortağı olan termoplastiklerden: PA, PET, PC, HDPE, PP gibi polimerler yüksek sıcaklıklara dayanırlar; PET, PA, PP, PS (ABS) sağlam ve dayanıklıdırlar; PVdC, PP, HDPE, LFPE’nin su buharı geçirgenlikleri düşüktür; PVdC, PVAL ve PA’din ise oksijen geçirgenlikleri düşüktür. Çok katlı esnek ambalaj folyolarından sınırsız sayıda kombinasyon oluşturulabilir. Özel lakların, vaksların uygulandığı, ters veya dış yüzeye baskıların yapıldığı ikili, üçlü ve hatta daha fazla katmanlı bu malzemelerde, ürün-ambalaj ilişkisi bağlamında ve ambalajlama makinelerinde kullanıma yönelik birçok özellik sağlanabilmektedir.

Bu özelliklerden bazıları şunlardır:

• Isı ile kolay şekillendirilebilme,
• Dolum ve kapatma makinelerinde kolay kullanım,
• Isı ile yapışabilme (heat sealing)
• Isı gerekmeksizin basınçla kapanma (cold sealing),
• Baskı yapılabilme,
• Lamine transparan, sedef ve metalize filmlerin kullanımı ile yüksek yüzey parlaklığı ve albeni,
• Özellikle alüminyum folyo ile sağlanan ışık geçirmezlik,
• Uygun bariyer malzeme kullanımıyla yağ geçirmezlik,
• Ürün aromasını koruma,
• Su buharına karşı geçirgensizlik,
• İnert gaz uygulamaları ile dolum olanağı,
• Darbelere ve çatlamalara karşı dayanıklılık,
• Çeşitli sterilizasyon yöntemlerinin uygulanabilirliği,
• İşlenmiş uzun ömürlü ürünlerin ambalajlanabilmesi,
• Dondurulmuş gıdaların ambalajlanabilme olanağı,

Ters baskı olanağı ile ilişkili olarak; ambalajlama, taşıma ve kullanım sırasında dış etkenlerden, sürtünmeden baskılı yüzeyin etkilenmemesidir.

Bir kombinasyona girecek materyalleri doğru olarak belirleyebilmek için, ambalajlanacak ürünün ambalajlanma anındaki nem oranı, kritik nem oranı, oksijene duyarlılığı gibi çeşitli özelliklerinin iyi bilinmesi gerekir. Ayrıca, ürünün ambalajda kalma süresi yani raf ömrü, depolama koşulları, ambalajın taşıyacağı ağırlık gibi etmenlerin de göz önünde bulundurulması gerekir. Kombinasyona girecek materyalin iyi bilinmesi gereken özellikleri ise: nem, gaz ve ışık geçirgenliği, yağlara karşı dayanıklılığı, filmden gıda maddesine geçebilecek plastifiyan ve stabilizatör gibi maddeler, sağlamlık ve baskı özellikleridir.

Gofret, hazır çorba, puding gibi gıdaların ambalajlanmasında yaygın olarak kullanılan “Kâğıt/Polietilen/Al-folyo/Polietilen” gibi herhangi birçok katlı malzeme örneğinde kombinasyonun yazılışı belirli bir kurala bağlı olup, ilk yazılan katman en dıştakidir. Sonra gelen materyaller, ambalajda izledikleri sıraya göre; ürün ile temas eden katman ise en son yazılacak şekilde belirtilir. Yukarıda örnek verilen kombinasyonda kâğıt, sağlamlık, mukavemet ve baskı yüzeyi; Al-folyo, nem ve gaz geçirmezlik; aradaki PE katmanı, kâğıt/folyo arasında yapıştırıcı, sondaki ise ısıl yapışma işlevlerini yerine getirirler.

1.Kaplamalar

Bir kâğıdın veya plastik filmin geçirmezlik özelliklerini iyileştirmek amacıyla başvurulan en basit yöntem, onun başka bir malzeme ile kaplanmasıdır. Laminasyondan daha ince bir tabaka içeren ve daha ucuza mal olan kaplama; asal bir ambalaj malzemesinin, kaplama tekniklerinden birini veya birkaçını uygulayarak, gereken ya da istenen bir başka özelliğe kavuşturulmasıdır. Böylece, örneğin kağıtlara, su ve yağ geçirmeyen bir özellik kazandırabilmekte; tenekeler korozyona karşı korunabilmekte ve yapışmayan özellikte kızartma tavası ve benzer mutfak araçları üretilebilmektedir. Kaplama prosesleri genelde aşağıdaki ana başlıklar altında toplanabilir;

• Vaks, parafin ve hot-melt kaplamalar
• Lak kaplamalar
• Dispersiyon kaplamalar
• Ekstrüzyon kaplamalar
• Metal kaplamalar (metalizasyon)
• Silikon kaplamalar
• Cold seal kaplamalar (soğuk yapışma)

Yukarıda belirtilen ve çoğunlukla, kullanılan kaplama maddelerine göre tanımlanan kaplama işlemlerinin yanı sıra kaplamalar ayrıca, aktarma tekniği açısından da sınıflandırılırlar. Çünkü farklı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip kaplama maddelerinin kaplanacak yüzeye aktarılma niteliklerinin değişken olması, farklı aktarma proseslerinin kullanılmasını gerektirmektedir. Bu nedenle kaplama tekniklerinin bazıları, kullanılan yöntemlere göre belirtilmiştir. Bunlar:

• Silindirle aktarma (dispersiyon kaplamalar)
• Ters silindir aktarması (ısıl eriyik kaplamaları)
• Tramlı silindirle aktarma (tramlı silindirle dozlanan kaplamalar)
• Sürme yoluyla aktarma (termoplastik kaplamalar)
• Daldırma yoluyla aktarma (empirenye=emdirme işlemleri)
• Daldırma yöntemiyle bar rakleli aktarma (parafin kaplama)
• Ekstrüzyon yoluyla aktarma (PE, PP, vaks kaplama)
• Air-Knife (hava bıçağı) ile aktarma (PE, hot-melt kaplama)
• Perdeli kaplama (coldseal kaplama)
• İki taraflı aktarma (termolak kaplama)
• Vakumda buharlaştırarak aktarma (metalizasyon)
• Kâğıt malzemelerin kaplanmasında genelde iki yöntem kullanılır. Bunlar: (a) Dispersiyon ve emülsiyonlarla kaplama ve (b) eriyik kaplamadır. Bu amaçla; PVdC-karışık polimerizatlar, ionomerler (Surlyn ionomer), polivinilasetat, organopolisiloksan (silikon) ve florkarbon reçine dispersiyonları yaygın ölçüde kullanılmaktadır. Özellikle PVdC kaplamalarla malzemeye hem mükemmel bir geçirmezlik, hem de ısıl yapışabilirlik özelliği kazandırılabilmektedir. Kaplama işleminde, kâğıt çeşidine göre farklı aktarma yöntemlerinden yararlanılmaktadır.

Kâğıtların eriyik kaplanmaları ise, vakslar, hot-melt karışımlar ve LDPE gibi polimerler ile gerçekleştirilmektedir.

Kâğıt ve kartonların kaplanmasında metalizasyon uygulamaları ve laklama da yapılmaktadır. Kâğıt metalizasyonunda çoğu kez, kâğıt yüzeyine doğrudan uygulama ve transfer yöntemleri kullanılmaktadır. Yüzeye doğrudan uygulama ile önemli bir bariyer etkisi sağlanamamakta ve fakat belirli düzeyde puslanma ve matlık kazandırılabilmektedir. Transfer yönteminde ise ince bir metalizasyon katmanı, bir plastik taşıyıcı aracılığıyla, yapıştırıcı sürülmüş kâğıda nakledilmektedir.

Kâğıt ve karton malzemelerin laklanması işlemi ise; bunu izleyecek bir dispersiyon kaplama öncesi bir bariyer katmanın oluşmasını sağlamak, baskı kalitesini iyileştirmek, ısıl yapışabilirlik özelliği kazandırmak ve parlaklığı artırmak amacıyla yapılmaktadır.

Aynı şekilde kaplama uygulamalarıyla plastik folyolara da belirli özellikler kazandırılabilmektedir. Bu amaçla sulu emülsiyonlar veya dispersiyonlar ve çözeltilerden yararlanılmaktadır. Bu tür kaplama uygulamalarında, yüzeye iyi tutunmasını sağlayıcı, adhezyonu güç lendirici madde ve malzemelerin kullanımı gerekmektedir. Ayrıca vakslar veya hot-melt karışımlar, ısıyla sıvılaştırılarak, özel sürme makinelerinde merdaneler ve düzeler (meme) aracılığıyla plastik folyolara sürülmektedir.

Çok yaygın yapılan bir kaplama uygulaması da, ekstrüzyon kaplamadır. İleride daha ayrıntılı bilgi verilecek olan bu çeşit kaplama uygulamasında da, adhezyonu güçlendirici maddelere veya bazı özel fiziksel muamelelere gereksinim duyulmaktadır. Bazı polimerler de kaplama materyali olarak kullanılarak yapıştırıcı katman görevi yapmaktadır. Etilenvinilasetat (EVAC) veya Etilen akrilik asit kopolimer (EAA) veya Etilen vinil alkol (EVOH=EVAL) bunlara örnektir.

Son yıllarda, vakumda buharlaştırarak kaplama uygulamaları da büyük önem kazandırmıştır. Bunlardan en yaygın olanları, silikon (SiOx) kaplamalar ve alüminyum ile metalizasyon uygulamalarıdır.

Günümüzde kullanılan başlıca kaplamalardan örnekler aşağıdaki başlıklar altında verilmiştir:

1.1.Vakslar ve Vaks Kaplamalar

1.1.1. Vakslar

Çoğunlukla kağıt esaslı ambalaj malzemelerinin kaplanmasında, empirenye edilmesinde (emdirme) ve laminasyonunda kullanılan bu tür maddeler: Sert parafinler, mikrokristalin vakslar ve bunların reçinelerle ve plastiklerle karışımları olmak üzere dört grupta toplanabilir.

Doğal kaynaklı sert parafinler

Bu ürünler; petrol ve kömürden kazanılan, katı, temizlenmiş, çoğunlukla düz zincirli doymuş hidrokarbon karışımlardır. Katılaşma sıcaklıkları, 43-75ºC derece arasındadır. Ancak, başta süt olmak üzere sıvı gıda ambalajlarında bu sıcaklık derecesinin 52ºC’nin altına düşmesi gerektiği vurgulanmaktadır. Kinematik viskozitesi ve diğer değerler ile saflığına ilişkin parametreler, ilgili tüzüklerde verilmiştir. Bu tür maddelerin, özellikle flor ışımayı olumsuz yönde etkileyici maddeler içermesine izin verilmemekte ve 3,4-Benzopiren miktarının <0,1 mg/kg olması gerektiği belirtilmektedir.

Mikrokristalin vakslar (mikrovakslar)

Bunlar; katılaşma sıcaklıkları 50- 90ºC arasında olan ve petrolden kazanılan, katı, temizlenmiş, çoğunlukla dallanmış, doymuş mikrokristalli hidrokarbon karışımlardır.

Sentetik sert parafinler

Yüksek moleküllü, katı, temizlenmiş, çoğunlukla düz zincirli hidrokarbon karışımlarıdır. Katılaşma sıcaklıkları 92-105ºC derece arasındadır.

Bağıl mol kütlesi 2500-6000 arasında olan alçak moleküllü polipropilen

Yukarıda belirtilen maddeler birbirleriyle karıştırılabilirler. Ayrıca bunlara diğer polimerler ve reçineler de ilave edilebilir. Bu bağlamda katılabilecek maddeler: PE, PP, alçak moleküllü poliolefinler, politerpenler (monomer terpen hidrokarbonların polimerizasyonuyla elde edilen alifatik ve sikloalifatik hidrokarbor karışımları), poliizobutilen, butilkauçuk, dammar reçinesi, kolophoniumun reçine asidinin gliserin ve pentaeritritesteri, polyolefin- reçineler (doymamış, dört ve daha fazla C-atomu içeren monomerlerin, özellikle oliefin, diolefin ve dienlerin karışık polimerizatları), polisiklopen-tadien reçinesidir.

*** Bu yazı ASD-Ambalaj Sanayicileri Derneği tarafından yayınlanan Gıda Ambalajlama Teknolojisi isimli kitaptan alınmıştır. Ayrıntılı bilgi için www.ambalaj.org.tr

Prof. Dr. Mustafa ÜÇÜNCÜ