plastik-ambalaj.com

Biyo-bozunur ambalajlar ve endüstrideki gelişmeleri

İçinde bulunduğumuz yüzyılda, sentetik polimerler özellikle ambalaj alanında birçok geleneksel malzemenin yerini aldı. Günümüzde ambalaj sektörü plastik kullanımında açık ara farkla önde. Son kullanıcı plastik atıklarının %60’dan fazlasını ev tipi; birçoğu tek kullanımlık plastik ambalajlar olan ürünler oluşturur. Ambalaj malzemesi olarak plastik kullanımının hızla gelişmesinin çeşitli sebepleri vardır.  Termoplastik polimerler, ağırlıkça hafif olmasının yanında suya ve su ile taşınan bakterilere karşı çok iyi bir bariyerdir. Cama kıyasla taşınma esnasında kırılmalara karşı mükemmel bir darbe dayanımı ve esnekliğe sahiptir. Geleneksel malzemelere kıyasla, ham petrolden endüstriyel bir ürüne çevrilmeleri sırasında çok daha düşük işçilik ve enerji gereksinimi duyar. Bunun yanında geri dönüşümün ve atık bilincinin tam yerleşmediği şehirlerde plastik atıkların direkt doğaya atılması çevre kirliliği açısından büyük bir risk oluşturmaktadır. Bu durumun bertaraf edilmesi için uzmanlar foto-bozunur ve biyo-bozunur plastikler üzerinde çalışmalarını yoğunlaştırmışlardır.

Biyo-bozunur plastiklerin ambalaj endüstrisindeki gelişmeleri

Ambalajlama polimerlerinin fiziksel karakteristikleri büyük oranda kimyasal yapıları, molekül ağırlıkları, kristallenme derecesi ve işleme koşulları tarafından belirlenmektedir. Ambalajlama için gereken fiziksel karakteristikler eşit oranda paketlenecek nesnelere ve ambalajın saklanacağı ortama da bağlı olmaktadır. Belirli bir süre dondurulacak olan ürünler özel ambalajlama gerektirir. Gıdalar dayanıklı ürünlerden daha sıkı ambalaj gerekliliğine sahiptir. Nişasta bazlı malzemelerin gıda ambalajı olarak kullanılabilirliğine dönük yoğun çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Holton ve arkadaşlarının yaptığı çalışma sonucu standart koşullar altında brokoli, ekmek ve biftek ambalajlama amacıyla normal PE film ve %5 mısır nişastası içeren PE filmi değerlendirmiştir. Öyle görünmektedir ki, paketlemenin tipi ekmeğin bayatlaması, brokolinin rengi ve lipid oksidasyonu gibi kalite parametrelerini etkilenmemiştir. Ancak nişasta içerikli PE filmin uzamasında ciddi bir düşüş kaydedilmiştir. Bu durum bifteğin donmuş depolanmasında lipid oksidasyon sırasında oluşan serbest radikallerle film arasındaki etkileşimden kaynaklandığını düşünmüşlerdir. Brokoli ve ekmeğin nişasta filmle ambalajlanmasında süreklilik göstermeyen sonuşlar elde edilmiştir. Bundan dolayı nişasta içerikli PE filmlerin nemli ve kuru düşük-lipid içerikli gıdalarda kullanılması gerektiği öne sürülmüştür. Ayrıca, filmle lipid oksidasyonundan kaynaklanan serbest radikaller arasındaki etkileşim nedeniyle bu malzemelerin yüksek yağ içerikli gıdalarda kullanılması önerilmemiştir, [1-3].

Geçtiğimiz yıllarda, ambalaj tedarikçileri temelde mısır olmak üzere çeşitli bitkilerden imal edilmiş biyolojik olarak çözünebilir çeşitli plastik formları piyasaya sürmüştür. Bu durum çevresel duyarlılığa sahip tüketiciler ve geri dönüşüm regülasyonları tarafından güçlendirilen bir trend olan çevre dostu ambalaj talebinin artan yansımasından kaynaklanmıştır [4]. Bazı şirketler pazarın yılda %20 büyüyeceğini tahmin etmekte ve biyo-tabanlı ambalajların, yaygın şekilde kullanılan polietilen terefitalat (PET), doğal gazdan üretilen polietilen (PE) reçine, ham petrolden türetilen polipropilen (PP) gibi petrol-bazlı plastiklerin yerini giderek daha fazla alacağını tahmin etmektedir. Bütün bu polimerler gıda ve içecek sektörleri için çeşitli kap ve filmlerin üretilmesinde kullanılmaktadır. Pet gibi, mısır bazlı plastikler de müşterinin ilgisini çeken çok çeşitli ve karmaşık şişe formları ve boyutlarına olanak tanımaktadır. 

Çoğu analist biyo-çözünebilir ambalajın parlak bir geleceği olduğuna inanmaktadır. Ön-ambalajlı tek kullanımlık öğünlerdeki hızlı gelişmenin büyüyen çevresel farkındalık ve müşteri gücüyle birleşmesi gıda üreticilerinin ve ambalajcıların çevresel performanslarını iyileştirmek için giderek daha fazla hedef alınması anlamına gelmektedir. Talep ayrıca kirlenme-karşıtı yasalar (örneğin geri dönüşebilir ve bozunabilir polimerlerin izlenebilirliği) nedeniyle de büyümektedir. 

Dünya genelinde biyoplastik ürün üreticilerinin sayısı hızla büyümekte ve rekabet sektörün gelişimine daha da ivme vermektedir. Süpermarketler ve işlemeciler dahil artan sayıda gıda endüstrisi şirketi çevre dostu ürünlerde artan müşteri talebini karşılama yolu olarak biyo-çözünebilir ambalajlamaya yüzünü çevirmiştir. 

Biyo-çözünebilir polimerler grubunda iki tip materyel yer almaktadır: 

 kolay bozunmayan yenilenebilir hammadelerden yapılan polimerler

 kolayca çözünen ve mikro-organizmalar tarafından mineral-leştirilen, kimyasal sentez reak-siyonlarıyla oluşturulan polimerler. 

Bazı önemli alanlardaki teknik gelişmeler, biyoplastik malzemelerin petrolden imal edilmiş konvansiyonel ürünlerin kalitesini sağlamasına olanak vermiştir. Yeni trend ticari biyo materyellerin birleştirilmesi, böylelikle yeni işlevsel karakteristikler ve özel getiriler elde edilmesidir. Diğer geliştirme çabaları, örneğin ambalaj malzemelerinin sınırlayıcı karakteristikleri gibi alanlarda iyileştirilmiş karakteristiklere sahip çok-katmanlı filmlere odaklanmıştır. Diğer bir faktör sektöre yasal destek sağlanacak olmasıdır. Yenilenebilir hammadelerden imal edilmiş ürünlere, yenilenebilir enerji ve biyo yakıtlardan daha az destek verilmektedir. Bozunabilir ya da biyo-çözünebilir plastik genelde fabrika bazlı nişasta ya da CO2 ve suya ayrışmasına olanak veren katkılar içeren fosil yakıttan imal edilmektedir. Testler bozunabilir ambalajın muz kabuğundan daha hızlı bozunduğunu göstermektedir, aynı durum plastik ambalaj ve taşıma poşetlerinde uzun yıllar almaktadır. 

Nişasta bazlı ambalaj malzemeleri 

Nişasta bazlı malzemeler genelde darı, mısır, şeker kamışı ya da patates nişastasından yapılmaktadır. Giderek daha fazla işleyicinin üründen veya diğer bitkilerden gıda ürünlerinin ambalajlanması için imal edilen biyo-çözünebilir malzemelere dönmesiyle Mısır bugün ambalajda kilit sözcüktür. Gıda şirketlerinin kullanımı için pazarda ortaya çıkmış olan bu tür ambalajlama malzemeleri doğal olarak bahçe kompostuna ayrışarak ambalaj ayıklama ve toprak dolgusu için gönderme gereksinimini ortadan kaldırır. Yüksek amilozlu mısır nişastasıyla (HACS) normal mısır nişastasından yapılmış filmlere göre daha yüksek sınırlayıcı özelliklere ve fiziksel dayanıma sahip filmler üretilebilir. 

InnoWare Atlanta, USA Expressions-ECO– verimli, yüksek performanslı konteynerlerin üreticisidir. Bunlar tipik bozunabilir ambalajlardan daha dayanıklıdır ve nakil ve depolamada önemli bir husus olan yüksek sıcaklıklara dayanma özelliğine sahiptir. Dolu taban ve kapaklar 49˚C, açık apaklar 41˚C dek güvenlidir. Bunlar salatalar, sandviçler, çerezler, tatlılar ve meyveler gibi soğuk uygulamalar için idealdir. Mısır hasat edilir ve dekstroza ayrıştırılır. Dekstroz laktik asite fermente ve destile edilir ki bu da daha sonra moleküler yapısının güçlendirilmesi için diğer biyo bazlı malzemelerle modifiye edilir. Sonuç Innoware’in Expressions-ECO besin konteynerlerine dönüştürülen çevre dostu reçinedir. Expressions-ECO konteynerler geri dönüştürülebilir ve tamamen çözünebilir. Konteynerler geride toksik kalıntı bırakmaksızın 60-180 gün içinde ayrışır.  

Belu Mineral Water İngiltere’nin IngeoTM alternatif biyoplastiğinden imal ilk şişe olan bozunabilir şişesini (Şekil 1) Mayıs 2006’da piyasaya sürmüştür. IngeoTM biyoplastikleri petrolden değil bitkilerden yapılan özgün materyellerdir. NatureWorks, IngeoTM ve Ingeo logo ABD ve diğer ülkelerde NatureWorks LLC’nin ticari ve tescilli ticari markalarıdır.  Devrimsel “Biyo-şişe” net karının %100’ünü temiz su projelerine adayan bir çevreci girişim olan Londra çıkışlı Belu’nun en son atılımlarındandır. WaterAid ile işbirliği üzerinden, İngiltere’de satın alınan her şişe Hindistan ya da Afrika’daki bir insanın bir ay süreyle temiz suya erişmesini sağlamaktadır. KPMG (bir denetleme, vergi ve danışmanlık şirketi) Belu’nun yardım katkılarını doğrulamakla yetkilidir. Şişe 12 hafta içinde ticari olarak bozunarak toprağa dönebilir. 

Şekil1: IngeoTM bozunabilir şişe

Amcor ve Plantic Technologies şekerleme sektörü için biyo-çözünebilir esnek ambalajlama geliştirme amacıyla bir araya gelmiştir. Plantic suyla temasta hızla çözülen patentli bir plastik olan materyeli sağlamıştır. Plantic çözünme için ideal bir biyo-çözünebilir ve yenilenebilir malzeme olan mısır ununa dayanmaktadır. Suyla temas olmadan Plantic malzemesi altı ay sonunda bozunmaya başlar (EN1343’e uygun olarak).

Amcor Plantic malzemesini bir ticari film uygulamasında reçine olarak kullanma denemeleri yapmıştır. Plantic malzemeleri şekerleme ve bisküvi kaplarında sağlam plastik olarak kullanılmıştır. Plantic’in Amcor ile işbirliğinin amacı çikolata ambalajı ve üst sarım gibi esnek gıda ve şekerleme ambalajları için kalın ve sağlam bir plastik geliştirmektir. Plantic ayrıca enjeksiyon kalıplama ürünlerini ekleme amacıyla reçine grubunu geliştirmektedir. Endüstri için doymamış sütler ve bitkisel yağlar için biyo-çözünebilir polimerlerden imal şişeler geliştirilmiştir. 

Avustralyalı bilim adamları tamamen biyo-çözinebilir olan devrimsel ambalaj malzemeleri geliştirmiştir. Diğer biyo-çözünebilir malzemelerle karıştırılmış buğday nişastasından imal alışveriş çantaları 30 ila 60 gün içinde tamamen bozunur. Alışveriş çantaları için olduğu kadar, bu malzemeler sebzelerin paketlenmesi için, fırınlanmış besinlerde polistren kaplar yerine ve tarım ve bahçe işlerinde malç film gibi diğer amaçlar için de kullanılabilir. 

Çapraz-bağlı nişasta, ikameli nişasta, asitle hidrolize edilmiş nişasta ve önceden jelatinize edilmiş nişasta gibi dönüştürülmüş nişastalar, çorbalar, soslar, fırınlanmış ürünler, mandıra ürünleri ve şekerleme gibi bir dizi alanda, viskozite dönüştürücüleri, kalınlaştırıcılar, doku değiştiriciler ve özüt kapsülleme ajanları gibi çeşitli işlevsel kullanım alanına sahiptir. Azalan yenilenemez fosil yakıt kaynakları ve plastik kullanımının olumsuz çevresel etkileri araştırmacıları, filmler, köpükler ve kalıplı ambalajlar dahil ambalaj malzemeleri üretimi için nişastayı biyo-çözünebilir ve teorik olarak sınırsız tükenmez bir kaynak olarak odak almaya yönlendirmiştir.

Biyo-çözünebilir plastik üretimi için TPS kullanımı son yıllarda artmıştır ve çok sayıda çalışmanın içeriği olmuştur. Ancak TPS iki dezavantaja sahiptir: suyla birleşme eğilimi ve düşük mekanik özellikleri. Bu sorunların üstesinden gelmek için TPS’ye başka malzemelerin eklenmesi gereklidir. Su direncini artırmak için TPS sentetik polimerlerle karıştırılır ve Ca ve Zr tuzları gibi çapraz bağlı maddelerle modifiye edilir. Mum ve odun özü gibi maddeler nişasta bazlı materyellerin su çekişini düşürmek için test edilmiştir. TPS’in mekanik özellikleri genelde etilen-akrilik asit ve etilen-vinil alkol kopolimerleri gibi senteik polimerlerin katılmasıyla iyileştirilmektedir. Diğer bir yaklaşım doğal lifler ve mineral liflerinin kullanılmasını gerektirir. Ancak lifler gibi takviye edici dolguların eklenmesi, erime viskozitesindeki artış nedeniyle termoplastik nişastasının ayrışmasını güçlendirmektedir[5-7] 

Ticari olarak işlenmiş bir TPS karışımının adı Mater–Bi’dir ve presleme ve ekstrüzyon teknikleriyle şekillendirilmektedir. Bu termoplastik polimer nişasta, doğal plastikleştiriciler ve hidrofilik biyo çözünür sentetik polimerlerden oluşmaktadır. Bu polimer oksijen mevcutken de mevcut değilken de çözünebilir. Diğer bir popüler TPS biyopolimer malzeme biyofleks malzemelerde yararlı olan BIOPLAST’dır. İşleme yöntemine bağlı olarak film-üfleme, ısıl şekillendirme ya da enjeksiyonla kalıplama olarak şekillendirilebilir[1,2].

PLA - Based packaging materials

PLA uygulamalarına çözünebilir şeker kamışı kaplarında ve meyve sepeti ya da paletlerinde kullanımı yer almaktadır. Bir nişasta türevi olan PLA darı ya da diğer bitkilerden üretilebilir ve biyo-çözünebilir, bozunan bir plastik malzemedir. Malzeme bir dizi karışım halinde sağlanabilir ve besin konteynerleri dahil farklı ürünlerde yaprak ya da film formunda kullanılabilir. PLA sağlam termoformlar, filmler, etiketler ve şişeler için kullanılabilir ama biyo-çözünebilirlik özellikleri nedeniyle bira ve sodalar gibi gazlı içeçeceklerde kullanılamaz. PLA ayrıca su, meyve suları gibi karbonsuz ürünlerde ve yenilen yağ ürünlerinde de kullanılabilir. PET tarafından sağlanan özüt ve aroma bariyerine yakın değerler sağlar ve kaplamaları, mürekkepleri ve yapıştırıcıları kabul eder. Sağlamlığı dayanımda herhangi bir kayıp olmaksızın PET ile elde edilenden daha az bir kalınlığa izin verir. Isı yalıtımları 80˚C gibi düşük değerlerde yapılarak daha hızlı ambalajlama zamanı ve artan üretim çıkışına götürür. Tek katmanlı PLA şişeler üretim hızından taviz vermeksizin PET ile aynı kalıplama ekipmanında enjeksiyonla kalıplama ve üfleme-kalıplama sistemleriyle şekillendirilebilir. 

Poli-L–laktik asit (PLLA) laktik asit monomerlerinin kimyasal kondensasyonuyla oluşturulur; bozulma gerilimi yaklaşık 47 – 70 MPa ve uzaması 85–105%’dir. PLLA özellikle çöp ve alışveriş poşetleri ya da yemek tabakları ve kupaları olmak üzere ambalajlama amacıyla kullanılabilir. Bugünlerde PLLA ile üretilmiş ambalajlar temelde manav ve çöp poşetleri, kaplamalar, altı-paketli halkalar ve fast-food kaplarını içermektedir. 

Purac potansiyel olarak gıda, eczacılık ve kozmetik endüstrilerine daha ucuz ve daha verimli biyoplastik ambalaj ürünleri sağlayacak yeni laktiklere yatırım yapmıştır. Gıda endüstrisi için laktik asit üreten Hollanda çıkışlı yeni laktiklerin L-(+)- ve D-(−)- laktik asitlerini içereceğini belirtmiştir. Yeni laktikler daha öncesine göre daha yüksek sıcaklığa dayanabilen biyoplastikler üretecek olan şirketlere satılacaktır. Yeni malzemeler sıcak-dolgu şişeler, mikrodalgaya sokulabilir kaplar, sıcaklığa dayanıklı fiberler ve elektronik malzemeler gibi yaygın uygulamalara uygun olacak ve 175˚C’ye varan sıcaklıklara dayanacaktır.

Poli laktik asitin (PLA) düşük uzama ve darbe dayanımından kaynaklanan doğal kırılganlık sorununu çözme amacıyla Michigan State Üniversite araştırmacıları yakınlarda nano ölçekli hiper-dallanmalı organik partiküllere (örn. İsveç firması Perstorp’tan BoltrornTM H2004) ya da polilaktik asit (PLA) matrise (örn. Alman firması Biomer tarafından sağlanan Biomer® L9000 kalitesi) dayanan biyo-çözünebilir malzemeler geliştirmiştir. Bu yenilikçi modifiye PLA malzeme, kopma dayanımı ve modülü zerinde minimum etkiyle, geleneksel PLA kalitelerine göre kopma uzamasında % 800 - %1000 iyileşme sergilemektedir.  

NEC Corporation kişisel bilgisayar kasası uygulamalarına uygun biyo-çözünebilir plastik kompozit geliştirmiştir. Kompozit malzeme yükseltilmiş dayanım ve ısıl direnç sağlama amacıyla pamukla akraba olan birbitki olan kenaf bitkisiyle polilaktik asitten yapılmaktadır. Malzemenin ısıl direnci, işlenebilirliği ve dayanımı fiber-katkılı polikarbonatla karşılaştırılabilir durumdadır. Deforme olmaya başlamadan önce 120˚C sıcaklığa dayanabilir ve bu değer normal polilaktik asitten %80 yüksektir. Malzeme ayrıca eğme kuvvetlerine dayanım yeteneği kapsamında %70 daha güçlüdür. NEC plastiği dizüstü bilgisayar kasalarında kullanmayı planlamaktadır ve 2010 yılında dizüstü bilgisayar grubunun %10’unun biyo-çözünebilir yapmayı hedeflemektedir. NEC çeşitli imalatçılardan alınan ticari PLA kullanmaktadır. Şirket Avustralya’daki bir kenaf elyaf kaynağını kendine bağlamıştır ve plastiğin imalat maliyetini düşürmeye çalışmaktadır.  

Bilim adamları petrol bazlı plastik ürünlerin çözünmek için binlerce yıl gerektirdiğini tahmin ederken, PLA ticari bozunma şartlarında 75 ila 80 günde bozunmaktadır. Kompozit bir sonraki yıla ait mısır mahsülünün gübrelenmesinde kullanılabildiğinden tamamen geri dönüşebilir bir ürün olarak çevrimi tamamlamaktadır. NatureWorks PLA’nın ortaya çıktığı 2000’den beri, Avrupa pazarı yenilenebilir kaynaklara dayalı ürünlerin adapte edilmesinde erken bir lider oldu.  İtalya, Fransa, Almanya, Belçika ve İngiltere dahil Avrupa ülkelerindeki yüksek çevresel farkındalık doğaya dayalı plastiklerin öne çıkmasında anahtar rol oynadı. 

Yeni Bio Peel soyulabilir film kap ve potlarda kullanılabilir. Film Cargill’in parçası ve biyo-çözünebilir ambalajlama trendindeki ana öncülerden biri olan Amerika çıkışlı NatureWorks tarafından mısır tabanlı olarak yapılmaktadır. NatureWorks’ün arkasındaki konsept göreceli olarak basittir.  Cargill karbonu mısırdan hasat eder ki bitkiler fotosentez sırasında havadan ayrılır ve mahsül nişastasında depolanır. Bu nişastanın doğal bitki şekerine ayrıştırılmasıyla gerçekleştirilir. Bu doğal şekerlerdeki karbon ve diğer elementler daha sonra basit bir fermentasyon, ayrıştırma ve polimerizasyon prosesiyle PLA yapımında kullanılır. NatureWorks tarafından yapılan ambalajlar dolayısıyla %100 doğaldır. 

PLA biyo-çözünebilir ve bozunabilir ve genetiği değiştirilmiş maddeler içermeyebilir. Bu nedenle PLA gıda ambalajcılarına EU atık hedeflerinin karşılanmasında yardımcı olarak ambalaj endüstrisinde geniş bir kullanım alanı bulmaktadır. ABD’de bir kaç şirket (örn. Naturally Iowa) PLA’yı organik süt gibi ürünlerin ambalajlanmasında kullanmaktadır.  

BioPeel açık, soyulabilir bir PLA folyo ya da sarma filmidir ve soğutulmuş ya da dondurulmuş meyve, sebze, salatalar ve sandviçler gibi ürünleriçin uygundur. BioPeel geniş bir yalıtım aralığına sahiptir, buğulanmaz olarak sağlanabilir ve delinebilir. BioPeel her tür kabın yalıtılması ve sarılmasında kullanılabilir. 

Almanya çıkışlı BASF da çevre dostu ambalaj konusunda artan talebi karşılama amacıyla yenilenebilir hammaddelere dayanan biyo-çözünebilir bir plastik sunma niyetinde olduğunu ilan etmiştir. BASF’ın Ecovio plastiği %45 oranda NatureWorks PLA’sı ile üretilir. Ecovio biyo-çözünebilir taşıma torbalarının ya da diğer ambalajların üretilebileceği esnek film imalinde kullanılabilir. Yoğurt gibi ürünlere dönük gıda ambalajları Ecovio’ya başka bileşenler eklenirse üretilebilir. Biyo-çözünebilir plastikler bozunma koşullarında birkaç gafta içinde tamamen bozunur ve hem petrokimyasallardan hem de yenilenebilir hammaddelerden üretilebilir. Diğer bileşen petrokimyasallardan türetilen mevcut biyo-çözünebilir plastik Ecoflex’tir. 

Uluslararası bir tüketim malları ambalajları imalatçısı olan Huhtamäki Oyj pazarda birilk olmak üzere yenilenebilir ve bozunabilir malzemelerden kullan-at ve tek kullanımlık ambalajlar olan BioWare ürünlerini sunmuştur. BioWare Huhtamäki Oyj’in biyo-çözünebilir ürünler grubudur (Şekil 2). BioWare taze ürün konteynerleri (içecek kapları ve salata tabakları) NatureWorks® mısır nişastası biyopolimerlerinden imal edilir.  NatureWorks® PLA’nın teknolojisi nişastanın doğal şekerlere dönüştürülmesinin ardından fermentasyon ve ayrıştırma’ya dayanmaktadır; bozunma sonrası ürünler su, karbondioksit ve organik malzemelere dönüşür. Bunlar standart teknolojik üretim hatlarında üretilebilir. 

Şekil2 Bioware Ürünleri

İngiltere’de Europackaging PLA’dan film ekmek torbaları yapmaktadır. Torbalar buharın kaçmasına izin vererek fırıncıların ürünleri sıcakken paketlemesine olanak verir. İngiltere kökenli Stanelco tarafından Starpol 2000 adı verilen nişasta bazlı, doğal biyo-çözünebilir bir gıda ambalajı da üretilmektedir. 

Treofan PLA’yı Biophan marka adına sahip ambalaj filmi üretmekte kullanmaktadır.  Şirket Biophan’ı gıda, kozmetik ve ofis malzemeleri pazarlarında pazarlama ve Biophan’ı “olağanüstü” parlaklık ve şeffaflık, baskı yapılabilirlik ve yüksek yalıtım karakteristiklerine sahip bir ürün olarak tanıtma niyetindedir. Biophan lamine film şu anda AB’de gıda ambalajı olarak kullanılmaktadır. Malzeme ayrıca etiketlemede kullanılmaktadır: örneğin ABD’de şişelerde. Biophan bir endüstriyel kompost tesisisnde 45 gün içinde tamamen karbondioksit ve suya dönüştürülebilir. 

Selüloz bazlı ambalaj malzemeleri

Innovia Films, taze gıdaların paketlenmesinde kullanılabilen NatureFlex NVS grubunu kullanmaktadır. Biyo-çözünebilir olması yanında, film ayrıca bozunabilirdir. Soğuk koşullarda yüksek boyutsal kalıcılık sağlar. Bu yüksek parlaklıklı şeffaf film doğal bir anti-statik niteliğe sahiptir ve neme karşı yarı-geçirgen olduğundan iyi bir buğu karşıtı özellik sergiler. NatureFlex filmleri (Şekil 3) yüksek orman yönetim standartlarında işletilen kağıt hamurundan türetilen selülozdan üretilir. NatureFlex filmleri ayrıca ambalaj hattında iyi performans gösterir ve perform 0˚C - 200˚C aralığında iyi bir ısıl yalıtım sağlar. Bu da ambalaj filminin yalıtım performansında kayıp olmaksızın daha hızlı üretim hatlarında kullanılabileceği anlamına gelmektedir. NatureFlex filmleri bazı başka biyopolimerlerden daha sağlam ve daha yönlenmelidir ve şirkete göre bu da onları standart sarma ve dolgu-yalıtım formlarında kullanılmaya uygun hale getirir. Bunlar ayrıca kolay kullanım için statik yükten arıdır. Innovia filme özel formüllü biyo-çözünebilirkaplamalar ekleyerek işleyicilere farklı gıda ürünlerinin gerekliliklerini karşılamak üzere farklı kalınlıklarda ambalajlama seçeneği vermektedir. Film bozunabilir ambalajlarla ilgili hem AB hem de ABD standartlarını karşılar. Filme ürün gereksinimlerine uygun gaz geçirgenliğinin oluşturulması için mikro-delme işleminden önce bozunabilir logosu ve referans numaraları basılır. Film çok farklı özel markalıorganik meyve ve sebzelerin sarılmasında kullanılabilir.

Innovia Films tarafından şekerleme sektörüne yönelik metalize biyo-çözünebilir bir film sunulmuştur. Bunun nedeni artan plastik fiyatlarının tedarikçilere daha fazla yansımaya başlaması nedeniyle biyo-çözünebilir ve geri dönüşümlü ambalajlamanın yakın zamanda daha fazla gıda şirketi için geçerli bir çözüm olabilecek olmasıdır. NatureFlex NM yenilenebilir kağıt hamurundan üretilen selüloz bazlı bir filmdir ve tesiste metalize edilir. Filme solvent ve su bazlı ve UV mürekkeplerle baskı yapılabilir ve mükemmel bir parıltı ve ışıltıya sahiptir. NatureFlex NM uzun süreli selüloz performansına dayanmaktadır ve polimerik filmlerdeki sık görülen sorunların üstesinden gelmek üzere dizayn edilmiştir. Film ayrıca iklimsel koşullar ya da makine veya şeker tozuyla temastan bağımsızolarak statik yükten uzaktır. Bu sadece hatta statik yük giderme ekipmanı kullanılmasının gerekli olmaması anlamına gelmez, ayrıca sarılan şekerlerin birbirine ve konveyör sistemine yapışmasını önler. Bu anti-statik performans, filmin doğal sağlamlığıyla birleştirildiğinde daha iyi bir paket dolgusu sağlar, çünkü şekerleme gibi ürünler paketin alt kısmına yerleşmez. 

Montpellier, Fransa’da bilim adamları tarafından gerçekleştirilen araştırmalara göre  Beyaz gluten içeren selüloz kağıdından imal edilen biyo-çözünebilir malzeme kültür mantarlarının raf ömrünü uzatmaktadır. Ambalaj biyo-çözünebilir, gaz-seçmeli ve geçirgendir. Fransa Tarım Araştırmaları Enstitüsü’ne (INRA) göre kültür mantarlarının bu malzemeyle ambalajlanması konvansiyonel sentetik filmlerdeki bir günlük değere nazaran 20˚C‘de dört günlük depolamaya olanak vermektedir. Sıralı paketlenen kültür mantarları yüksek miktarda nem dışarı verir ve karbondioksite karşı hassastır, bu iki durum da hızla başlığın açılmasına ve renk bozulmasına yol açar. Şu anda kültür mantarlarının paketlenmesinde kullanılan sentetik çözümler bu sorunları çözmez. Sentetik filmlerin düşük su geçirgenliği yoğuşmaya ve mantarlar üzerinde kahverengi izler görülmesine yol açar. Avignon’daki bir birim tarafından gerçekleştirilen ön çalışmalar, düşük O2 ve karbondioksit seviyeli bir atmosferi koruyabilmeleri sayesinde gluten filmlerin bitkisel ürünlerin depolanmasında yararlı olduğunu ortaya koymuştur. 

Ancak malzemelerin zayıf mekanik özellikleri ambalajlamada kullanılmalarına izin vermemektedir. Substrat olarak kağıt kullanımı buğday gluteni filminin mekanik özelliklerini ciddi oranda iyileştirirken biyo-çözünebilirliği korumaktadır. Kültür mantarlarının bu kompozit malzemeyle paketlenmesi, düşük O2 ve karbondioksit seviyesi içeren bir atmosfer sağlamaları ve yoğuşmayı önlemeleriyle, “modifiye edilmiş atmosferde paketleme”ye karşılık düşmektedir. 

Termoplastik selüloz asetat Bioceta 170˚Cde işlenen ve asetilselülozun komple biyo-çözünürlüğünü iyileştirmek için yüksek miktarda bitkisel plastikleştirilerle modifiye edilen şeffaf bir granüldür. Bioceta yavaşça ancak tamamen biyolojik olarak bozunur. Şekil verme enjeksiyon, presleme, ya da film üretimi söz konusu olunca, kalenderleme veya film üflemeyle gerçekleştirilebilir.

Pullulan – bazlı ambalajlama malzemeleri 

Pullulan temelde a-1,6 formunda bağlantılı maltotrioz birimlerinden meydana gelir ve bazı mantarların hücre dışı ikincil yan ürünü olarak üretilir. Pullulan Japonya’da doğal kökeni nedeniyle ticarileştirilmiş bir gıda ürünüdür ve gıdalarda bir kaplama malzemesi olarak kabul görmüştür. Gıdalar için düşük oksijen geçirgenlikli şeffaf filmler sağlayan suda çözünebilir bir polimerdir. Film %1-20 sulu pullulan solüsyonunun metal bir bir plaka ruloya dökülmesiyle elde edilebilir, ya da nişasta gibi Pullulan plastikleştirici olarak yeterli miktarda su eklenmişse ısı ve suyla kalıplanabilir[8,9]. Biyo-çözünebilir ambalajlama malzemelerinin zorluğu film ya da laminatlar için sentetik polimerlerin niteliklerine benzer özelliklere sahip tamamen biyo-çözünebilir polimerlerin geliştirilmesidir. Gıda uygulamalarında pullulan sınırlı oksijen geçirgenliğiyle sargı olarak ve yenilebilir film olarak kullanılabilir. Pullulan’ın PHBV’ye eklenmesi oksijen geçirgenliğini azaltabilir ve pullulan suda çözündükten sonra PHBV yüzeyini arttırdığından ürünün biyo-çözünülürlüğünü arttırabilir. 

Film ve kaplama üretimi için başka bazı polisakkaritler de incelenmektedir. Buna bir örnek Asya’da yetişen uzun ömürlü Amorphophallus bitkisinin yumrularından elde edilen conjac unudur. Un B-1,4 bağlantılı yaklaşık 1.6 mannoz birimiyle 1 glikoz birimi ve rastgele dağılmış asetil gruplarından meydana gelir. Un olarak elde edilen bu polisakkarit Nuticol R conjac unu olarak adlandırılır. Conjac unu (1%) blender’da 15 dakika süreyle sulu gliserol ile (%1) 60 santigratta karıştırılır ve daha sonra film haline getirilir. Conjac unu/glisterol karışımının döküm öncesi %0.1 potasyon karbonat ya da %0.2 sodyum karbonatla işlemden geçirilmesi film karakteristiklerini değiştirebilir. Üretim prosesine bağlı olarak bir film şeffaftan opağa, jelatinden sıcak su içinde kalabilmeye dek değişkenlik gösterebilir ve düşük ya da yüksek kopma dayanımı sağlayabilir. Filmlerin fiziksel ve kimyasal özellikleri tamamen incelenmemiştir ama conjac unu ABD Federal Gıda, İlaç ve Kozmetik yasasına göre güvenli olarak tanımlanmıştır ve gelecekte gıda kaplaması ya da ambalajı olarak kullanılabilir(8).

Bir PHA formu geliştirmiş bir biyoteknoloji şirketi olan ADM and Metabolix yeni nesil yüksek-performanslı doğal plastik olarak adlandırdıkları bir ürünün üretimine başlama niyetindedir. PHA’lar – polihidroksialkanoat- bir fermentasyon tesisinde mısır şekeri gibi glükozlarla beslenen bakteriler tarafından sentezlenen polimerlerdir. Süreç kullanım sırasında kalıcı ama aynı zamanda bozunabilir ve biyo-çözünebilir olan bir dizi plastik üretir. ADM’nin tesisi şu anda petrokimyasal bazlı plastiklerden imal edilen kaplamalı kağıt ve kalıplanmış ürünler dahil doğal polihidroksialkanoat PHA plastikleri üretecektir. 

Diğer Biyo-ambalaj çözümleri

Zip - Pak kolay depolama için bas-kapa formatının gereksinimlerini karşılamada yardımcı olabilecek ambalajlar üretmek için film ve çanta dönüştürücülerine yenibirdizi biyo-çözünebilir fermuar sunma niyetindedir. Marka sahipleri artık kuruyemiş, ekmekler ve peynirler gibi gıda ürünleri için fermuarlı bozunabilir ambalajlar tanımlayabilir. 

RPC tarafından önerilen ambalaj PHA’lar – polihidroksialkanoatlar, organik şekerlerden yapılan ve toprakta, kompost tesislerinde, atık işleme tesislerinde, ırmak suyunda ve deniz ortamında bozunan polimerlerden üretilmiştir. Bozunma sırasında ortaya çıkan ürünler sadece karbondioksit ve sudur. Bu da, bu maddeler malzemeninüretiminde kullanılan maddeler olduğundan, yaşam çevrimi etkili şekilde kapalı çevrimdir. Ortaya çıkan ürünler bugüne dek bildik biyo-çözünebilir polimer PLA’dan çok daha fazla ısıl-dengeli olduğunu kanıtlamıştır ki bu da RPC’ye göre PHA’nın kozmetik ambalaj pazarına uygunluğunu ortaya koymaktadır. Başarılı PHA uygulamaları tamamen biyo-çözünebilir kozmetik ambalajlarının gerçeğe dönüşebileceğini göstermektedir. 

Ticaribiyo-çözünebilir polyestere bir örnek Biopol’dür – şeker pancarı şekerlerinin, glükozu polimere dönüştüren bakterilerin varlığında fermentasyonu sırasında elde edilen bir hidroksibutrik ile hidroksivalerik asit kopolimeri. Biopol karbondioksit ve suya bozunmasıyla ideal bir biyo-çözünebilirlik pofiline sahip olan polimerlerden biridir. Sağlam yapısı sayesinde şişeler ve tüpleriçin uygundur. 

Kısmen biyo-çözünebilir ambalaj malzemeleri

Tamamen biyo-çözünebilir polimerlere ek olarak, nişasta katılmış sentetik polimer karışımları gibi kısmen biyo-çözünebilir polimerler de sağlanmaktadır. Bu malzemelerin dezavantajı sadece nişastanın biyo-çözünebilir olması ve kalanın çevreye karışmasıdır. Sentetik filmin bozunması dolgu olarak kullanılan nişasta yoluyla hızlandırılabilir. Düşük Yoğunluklu ve %10 darı nişastası içeren Polietilen (LPDE) karışımları konvansiyonel tekniklerle üretilmiş ve nihai ürünler alışveriş ya da çöp poşetlerinde kullanılmıştır(10).

Biyo-çözünebilir ambalaj geliştirme alanındaki bir zorluk tamamen biyo-çözünebilir polimerlerin sentetik polimerlerle aynı niteliklere sahip film ya da lamine film karışımlarıyla kombine edilmesidir. Örneğin gıda alanında kullanım için, ürünler çok düşük oksijen geçirgenliğine sahip olan ve yüksek esneklikle bir dış ambalaj olarak kullanılarak bir nem bariyeri görevi yapan pullulan ile kaplanabilir. Pullulan film üretilebilir çünkü o ve karıştırılan polimer kontrollü nem koşulları altında eritildiklerinde aynı proseste işlenebilir. Katkı olarak Pullulan oksijen geçirimini azaltır. Polisakkarit bazlı bazı biyo-polimerler kaplama malzemeleri ya da ambalaj filmi olarak uygulanır. Bunlar nişasta, pullulan ve kitosan içerir.

Danimarka kökenli Danisco sertleştirilmiş hintyağı ve asetik asit kaynaklı bir katkı üretmektedir. Renksiz, kokusuz ve tamamen biyo-çözünebilirdir. Toronto - kökenli Diamant orijinal olarak kendi polistren bazlı streç filmini çevre dostu ve geri dönüştürülebilir plastikleştirilmemiş gıda sargısı olarak piyasaya sürmüştür. Şirket bu teknolojiyi 10 yıl süre içinde PVC’ye alternatif olarak geliştirmiştir. Biyoplastikler tamamen biyo-çözünebilir olan ürünlerin imalatı için yeni ürün ve teknolojiler amacıyla oluşturulmuştur. Diamant EPI Environmental Technologies’in TDPA ( Tamamen Bozunabilir Plastik Katkı) ürününü palet sargı üretmekte kullanmaktadır. Polipropilen (PP), polietilen (PE) ve polistren (PS) gibi yaygın reçinelerle birleştirildiğinde, TDPA katkıları plastikleri bozunabilir ve en nihayetinde biyo-çözünebilir duruma getirmektedir. Bu ürün bozunacak ve nihayetinde biyo-çözünecektir, biyo-çözünme tamamlandığında ise kalan sadece karbondioksit, su ve tümü normal biyolojik çevrimin parçası olan biyokütle olacaktır. 

Kaliforniya kökenli şirket Cereplast biyopropilen reçinesinin endüstride bir ilk olduğunu ve pek çok uygulamada geleneksel polipropilenin yerini alabileceğini iddia etmektedir. Bu biyo reçineler, ciddi miktarda petrol bazlı katkının yerine tapyoka, mısır, buğday ve patates gibi ürünlerden elde edilen nişastayı getirmekte, sürdürülebilir plastiklerde tüketici ve imalatçıların ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Ayrıca Cereplast’ın mısır, buğday ve patates nişastaları gibi biyo-tabanlı nişasta ürünlerinin neredeyse %100 oranda petrol bazlı katkıların yerini aldığı bozunabilir reçineleri bulunmaktadır. Bu durumda ticari işletmelerde arkada kimyasal kalıntı bırakmadan 180 gün içinde çözünecek ürünler ortaya çıkmaktadır. 

Cereplast Compostables® reçineleri geleneksel plastiklerdeki petrol bazlı katkıların yerini %100 oranda alan yenilenebilir, ekolojik olarak sağlam ürünlerdir. (Şekil4). Cereplast Compostables® reçineleri temelde Orta Batı’dan gelen mısır, tapyoka ve patatesten üretilen nişasta bazlı reçinelerdir. Reçine imalatı Cereplast üretim takımı yenilenebilir, uygun maliyetli kaynaklardan elde edilen doğru biyopolimeri seçtiğinde başlar. Bu polimerler polilaktikasit (PLA), soya proteinleri, PHA, PHB’ler ya da mısır, buğday veya patates nişastası içerir. Seçilen biyopolimer Cereplast tarafından geliştirilmiş olan özel bir prosesle moleküler yapısının güçlendirilmesi için diğer biyo-çözünebilir bileşenlerle karıştırılır. Karışım daha sonra polimerize edilir ve yüzey optimizasyonu ve ekstra dayanım için nano-kompozitlerle işlenir. Tamamen yeşil olan proses yüksek hızlı ve düşük maliyetlidir. Son ürün daha sonra paketlenir ve reçineyi geleneksel ekipmanlarla işleyebilecek olan dönüştürücülere gönderilir. Cereplast çeşitli uygulamalar için on farklı nitelikte üretim yapmaktadır: enjeksiyon kalıplama, ekstrüzyon ve diğerleri. Cereplast özel reçineleri geleneksel fosil yakıt bazlı reçinelerle maliyet olarak rekabet edebilen bir alternatiftir. Cereplast üretimde çok farklı uygulamaların yerinialabilir. İmalatçılara hali hazırda sağlanabilen 12 reçine formülü mevcuttur. Tüm Cereplast reçineleri yenilenebilir kaynaklardan üretilir ve %100 bozunabilir olarak sertifikalıdır. 

Cereplast Hibrit ReçineTM ürünleri biyo-tabanlı, geleneksel plastik ürünlerdeki %50 ya da daha petrol içeriğinimısır, tapyoka, buğday ve patates nişastaları gibi biyolojik malzemelerle yer değiştiren ürünlerdir. Cereplast Hibrit Reçine TM ürünleri geleneksel plastiklerle aynı çevrim sürelerinde işlenebilir ama imalat sürecinde büyük oranda daha düşük olan makine sıcaklıklarının kullanılması sayesinde daha az enerji gerektirir. Cereplast Hibrit ReçineTM ailesinden ilk ürün (BiyopoliolefinTM), %50 petrol ve %50 nişasta bazlı olan ve geleneksel polipropilene benzer fiziksel karakteristikler gösteren Biyopropilen 50TM’dir (CP-BIO-PP-50). Biyopropilen TM reçine enjeksiyon kalıplama, termoform, profil ekstrüzyon ve ekstrüzyon üfleme kalıp gibi çeşitli imalat proseslerinde kullanılabilir. 

Genpak (ABD)’den Harvest CollectionTM, mısır, pirinç ve buğday gibi doğal olarak oluşan, her yıl yenilebilen kaynaklardan üretilmiş yeni ve heyecan verici bir bozunabilir tabak, bozunabilir gıda kabı ve bozunabilir bardak ürün grubudur. Bunlar ticari olarak işletilen bir kompost tesisinde tamamen bozunur ve biyo-çözünür. Harvest CollectionTM grubundaki bozunabilir ürünler tamamen geleneksel üst kalite plastik ürünler gibi görünmektedir, ancak yıllık olarak yenilenebilen kaynaklardan üretilme ek avantajına sahiptirler.  Harvest ürün grubu gıda servis uygulamaları için bozunabilir gıda kapları, bozunabilir bardaklar ve bozunabilir züccaciye ürünleri dahil çok çeşitli biyo-çözünebilir ürünler sunmaktadır. 

Polietilenle karıştırılmış nişasta biyo tabanlı (hidro bozunabilir) malzeme olarak da bilinmektedir ve 180 günden az sürede %60 oranda bozunabilmesiyle Amerikan Malzeme Test Standartları Avrupa bozunabilirlik normlarını da karşılamaktadır. 

Genelde nişasta kullanan polimerler polikaprolakton (PCL), polivinil alkol (PVA) ve polilaktik asittir (PLA) ve tümü de sadece mikroplar, ısı, nem ve uygun havalandırma gibi geleneksel kompost yığınlarında bulunan şartların varlığında bozunmaya izin vererek mikrobik bozunma kontrolünde kullanılır. Diğer yandan katkı-bazlı plastik torbalar belirli koşullar altında kolayca bozunmalarını sağlamak için özel kimyasal düzenlemeler içeren geleneksel plastik torba filmleridir. Bozunmanın ilk aşamasında oksijen, ışık, ısı ve/veya gerilim moleküler düzeyde görülerek filmi suyun moleküllerini ıslatabileceği ve çevreleyebileceği ve bu yolla da onu hızla biyo-çözerek mikroorganizmalar işini tamamladığında geriye sadece CO2, su ve biyokütle kalacağı şekilde bozundurur. Bu oksit-bozunabilir/foto-bozunabilir plastik torbalar tüketicinin yaşam şeklinde fazla değişikliğe yol açmadan süreçleri kolaylaştırabilir ve şu anda biraz daha az maliyet gerektirmektedir. Bugünlerde nişasta içeren kısmen biyo-çözünebilir polimerlerin endüstriyel işlenmesi şunları içermektedir: Novamont tarafından Mater-Bi, Biotec tarafından Bioplast, Yukong LTD tarafından Greenpol and Eslon Green ve Cheil Synthetics Int., İngiltere kökenli Stanelco tarafından Starpol 2000, Cargill tarafından NatureWorks, ve daha pek çok diğeri.

Bu makalenin hazırlanmasında “Thermoplastic Starch, A Green Material for Various Industries, WILEY-VCH, Edited by Leon Janssen and Leszek Moscicci” kitabından faydalanılmıştır.

1 Bastioli , C. ( 1998 ) Properties and application of mater - Bi starch - based materials . Polymer Degradation and Stability , 59 , 263 – 72 .

2 Bastioli , C. ( 1995 ) Starch polymer composites , in Degradable Polymers (eds. G. Scott and D. Gilead ), Chapman & Hall, Cambridge , Chapter 6.

3 Holton , E.E. , Asp , E.H. and Zottola , E.A. ( 1994 ) Corn starch containing polyethylene used as food packaging . Cereal Foods World , 39 , 273 .

4 Stevens , E.S. ( 2002 ) Green Plastics: An Introduction to the New Science of Biodegradable Plastics , Princeton University Press , USA .

5 Carvalho , A.J.F. , Curvelo , A.A.S. and Agnelli , J.A.M. ( 2002 ) Wood pulp reinforced thermoplastic starch composites . International Journal of Polymeric Materials , 51 , 647 – 60 .

6 Carvalho , A.J.F. , Zambon , M.D. , Curvelo , A.A.S. and Gandini , A. ( 2003 ) Size

exclusion chromatography characterization of thermoplastic starch composites 1. Infl uence of plasticizer and fibre content . Polymer Degradation and Stability , 79 , 133 – 8 .

7 Roper , H. and Koch , H. ( 1990 ) The role of starch in biodegradable thermoplastic

materials . Starch/St a rke , 42 , 123 – 30 .

8 Chandra , R. and Rustgi , R. (1998) Biodegradable polymers . Progress in Polymer Science , 23 , 1273

9 Sugimoto , K.J. ( 1990 ) Journal of the Fermentation Association (Japan) , 36 , 98 .

10 Gage , P. ( 1990 ) Tappi Journal , 73 , 161 .

Reha Yelken

Polimer Technics