Hava Kabarcıklı Polimerik Ambalaj Filmlerinin Üretimi
Özet
Son yıllarda kargo sektörünün gelişmesi ve her çeşit ürünün son kullanıcılara ulaştırılmaya başlanması ile birlikte ürünlerin sağlam teslimatı büyük bir önem kazanmıştır. Bu bağlamda ürünlerin zarar görmeden ve kırılmadan taşınması amacıyla hava kabarcıklı polimerik ambalajlar oldukça sık tercih edilmeye başlanılmıştır. Ürünü korumasının yanı sıra hafif, kolayca bulunabilir, ucuz olmaları ve sonrasında insanlar tarafından stres atma amacıyla kullanılmaları ile hava kabarcıklı polimerik ambalajlar oldukça yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Birçok farklı sektörde kullanılan bu ambalaj malzemelerinin tesadüfen ortaya çıkışının üzerinden neredeyse 65 yıl geçmiştir. Günümüzde de sıkça kullanılan hava kabarcıklı polimerik ambalajların üretiminde kullanılan polimerler, üretim koşulları ve makine özellikleri bu çalışmada ele alınmıştır.
1.Giriş
Üzerindeki hava kabarcıklarının patlatılmaya doyulamadığı ve halk arasında “pat pat” olarak bilinen hava kabarcıklı polimerik ambalajlar, genellikle kırılgan ürünlerin korunmasında kullanılan esnek bir ambalaj malzemesidir. Hava kabarcıklı esnek ambalaj filmleri, içinde hava hücrelerini barındıran en az iki polimer film tabakasının özel bir silindir yardımıyla birleştirilmesiyle üretilmektedir. Şekil 1’de verildiği gibi son yıllarda taşımacılıktan (Şekil 1a) sağlığa (Şekil 1b), yalıtımdan (Şekil 1c) sanata (Şekil 1d) kadar birçok farklı sektörde yaygın bir şekilde kullanılan bu malzemenin hikâyesi 1957’li yıllara dayanmaktadır [1]. İki polimerik film arasında hava kabarcıkları olan duvar kâğıdı tasarlamak amacıyla çalışmaya başlayan araştırmacılar Alfred Fielding ve Marc Chavannes, elde ettikleri ürünün hafif ve yalıtım özellikleri açısından avantajlı olması ile bu yeni malzemenin hava kabarcıklı polimerik ambalaj olarak kullanılmasına karar vermişlerdir. Fielding ve Chavannes tarafından kurulan Sealed Air firmasının markası haline gelen “Bubble Wrap” ambalaj malzemesinin patenti 1959 yılında alınmıştır ve bu patente şuanda ulaşılamadığı için 1964 yılındaki patent incelenmiştir (Şekil 2) [2]. Genellikle polietilen filmin alt katman olarak kullanıldığı hava kabarcıklı polimerik ambalajlar; kolayca bulunabilmeleri, ucuz olmaları, hafif ve esnek olmaları, kullanımlarının kolay olması gibi özellikleri ile dikkat çekmektedirler. Ayrıca kullanılan filmin (kullanılan malzeme, üretim koşulları, katman sayısı) ve hava kabarcıklarının (boyut, katman sayısı, kabarcık şekli/yoğunluğu/hacmi) özelliklerinin değiştirilmesi ile birçok farklı kullanım alanına uygun hava kabarcıklı polimerik ambalajlar üretilebilmektedir.
2.Kullanılan Polimerler
Hava kabarcıklı polimer ambalajların üretiminde birçok farklı polimer kullanılabilmektedir. Bu alanda alınan ilk patentte polietilen (PE), polipropilen (PP), polivinil klorür (PVC) ve polivinil asetat, poliviniliden klorür, polivinil butiral gibi polimerlerin kullanıldığı belirtilmiştir. Günümüzde ise son üründen beklenilen özelliklere bağlı olarak yaygın bir şekilde PE (yüksek yoğunluklu PE, düşük yoğunluklu PE, lineer düşük yoğunluklu PE), PP ve bu polimerlerin geri dönüştürülmüş halleri bu ambalajların üretiminde yaygın bir şeklide kullanılmaktadır.
3.Üretimi
50 yılı aşkın süredir hayatımızda olan hava kabarcıklı ambalaj ile ilgili ilk bilgilere bu alanda 1964 yılında alınan patentte detaylı yer verilmiştir. Patentin çıkış noktası, plastiklerin laminasyonunun zor olması ve işlemin yapıştırıcı gerektirmesi gibi dezavantajları minimize etmek ve bu amaçla yeni bir uygulamayı geliştirmektir. Patentin bir diğer amacı tabakalı yapı oluştururken ikinci tabakanın hava geçirmez bir şekilde lamine edilip hava kabarcıklı yapı üretilmesidir. Bu bağlamda hava kabarcıklı filmlerin üretimi aşağıda görsellerle anlatılmıştır. Şekil 2’de hava kabarcıklı yapının üretilmesi için gerekli olan sistem verilmektedir. İlgili patentte 10 numara ile gösterilen silindir kalıplama silindiri olarak adlandırılmaktadır ve üzerinde geometrik şekiller bulunmaktadır. İki ayrı plastik film (11 ve 16 numara) ısıtıcı silindirlerden geçmektedir ve daha sonra üzerinde şekiller olan silindire ulaşmaktadır. Burada vakum etkisiyle alt film tabakası üzerinde hava kabarcıkları oluşturulmaktadır ve ikinci tabakanın silindirlerden geçmesi ile laminasyon gerçekleşmektedir. Hava kabarcıklı polimerik ambalaj 20 numaralı sarım silindirinden geçirilerek rulolar haline getirilmektedir [2].
Günümüzde ise hava kabarcıklı ambalajların üretimi, ekstrüzyon ile üretilen filmin delikli silindirlere sarılarak hava kabarcıklı polimerik ambalajlar elde edilmesi ile iki ana aşamadan oluşmaktadır (Şekil 3). Öncelikle kullanılacak olan hammadde ekstrüzyon hunisine beslenmektedir ve belirlenen besleme hızında vidaya iletilmektedir. Hammaddenin erime sıcaklığına uygun olarak ayarlanan vida sıcaklıkları ile hammadde eriyik hale getirilmektedir ve vidanın hareketi ile kafa bölgesine doğru ilerlemektedir [7]. Kafa bölgesinin hemen altında bulunan silindirlere iletilen film, silindirlerden geçirilerek üzerinde delikler bulunan silindire iletilmektedir ve bu esnada vakum etkisi ile deliklere yapışması ile hava kabarcıklı yapı elde edilmektedir. Silindirler üzerinde farklı şekiller bulunabilmektedir (Şekil 4). Daha sonra bu tabakanın üzerine film kaplanması sonucunda iki tabaka arasında hava kabarcıkları hapsedilerek hava kabarcıklı polimerik ambalaj oluşturulmaktadır.
Hava kabarcıklı polimerik ambalajların tabaka sayısı üretim prosesine bağlı olarak arttırılabilmektedir. Şekil 5’te tek ve çift katmanlı hava kabarcıklı ambalajların görüntüsü verilmiştir. Şekil 6’dan da görüldüğü gibi çift katmanlı hava kabarcıklı polimerik ambalaj üretim hattı verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi ekstrüder sayısı arttırılarak ambalajın tabaka sayısı arttırılabilmektedir.
Hava kabarcıklı polimerik ambalajlar farklı bir malzeme üzerine lamine edilerek üretilebilmektedir. Genellikle kraft kâğıt, alüminyum folyo gibi malzemelerin üzerinde laminasyon yapılmaktadır. Şekil 7’de laminasyonlu hava kabarcıklı ambalaj üretim hattı verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi laminasyon malzemesi üzerine hava kabarcıklı film lamine edilmektedir.
4.Sonuç
Hava kabarcıklı esnek ambalaj filmleri, içinde hava hücrelerini barındırıan en az iki polimer film tabakasının özel bir silindir yardımıyla birleştirilmesiyle üretilmektedir. Yapılarındaki hava kabarcıkları sayesinde ambalajlanmış ürünün darbe karşısında dayanımını artırmaktadır. Ürünlerin tüketicilere ulaştırılmasında zarar görmesini engelleyen hava kabarcıklı filmlerin kullanımı birçok uygulamada her geçen gün artmaktadır. Bu artışın sebebi, temelde kolay üretim, hafiflik ve düşük maliyet olarak verilebilir. Gereksinimlere göre polimerik, kâğıt ve metalize film veya aluminyum folyo tabakalardan oluşabilen hava kabarcıklı filmler dayanıklı yapıları ve defalarca kullanılabilir olmaları ile de dikkat çekmektedir.
Kaynaklar
[1]https://www.sealedair.com/company/our-company/who-we-are.
[2]https://patents.google.com/patent/US3142599A/en.
[3]https://www.sealedair.com/products/protective-packaging/bubble-wrap-bags#.
[4]https://www.thesun.co.uk/news/1298506/one-of-britains-most-premature-babies-born-at-weighing-1lb-3oz-at-24-weeks-survives-after-being-covered-in-bubble-wrap/ .
[5]https://www.english.sulcopassion.be/greenhouse.html.
[6]https://artstormer.com/2013/06/21/injection-bubblewrap-paintings-by-bradley-hart/.
[7]Rauwendaal C. Polymer extrusion. Carl Hanser Verlag GmbH Co KG; 2014.
[8]http://jd-machinery.com/a/products/Bubble_making_machine/2019/1012/4.html.
[9]http://jd-machine.com/4b-pe-air-bubble-machine.html.
[10]https://bubblewrapsupplier.com/product/single-layer-bubblewrap-0-5-meter-x-100-meter-clear/.
[11]https://shopee.com.my/Air-Bubble-Wrap-(Single-Layer-Double-Layer)-1m-x-1m-x-10mm-i.135651792.5229060706.
[12]http://www.tinyard.com/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=16&id=85.
[13]https://www.wedoimport.com/production-line/multi-layer-double-screw-air-bubble-film-wrap-sheet-making-machine/.
Mukaddes Şevval Çetin1, 2, Aysu Çavuşoğlu1, Sibel Üney1,
Ozan Toprakçı1, 2, Hatice Aylin Karahan Toprakçı1, 2*
1 Yalova Üniversitesi Polimer Malzeme Mühendisliği Bölümü
2 Yalova Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
