plastik-ambalaj.com

Aseptik karton ambalaj malzemesi üretimi

Üretimde kullanılan materyaller

Aseptik karton ambalaj piyasasında genelde iki sistem kullanılmaktadır. Bunlardan ilki “rulodan-kutu” sistemi, yani rulo halindeki laminat malzemeden kutu yapılmasıdır. Bu sistemde yararlanılan ambalaj malzemeleri baskılı ve kat yerleri yapılmış (creased) rulolar halinde hazırlanarak fabrikalara gönderilir.

Söz konusu malzeme, dolum aşamasında hidrojen peroksit ile sterilize edilerek bir boru şekline dönüştürülür. PE, PET ya da EVOH’dan üretilmiş çok katlı şerit ile boylamasına dikiş (yapışma) yapılır. Alt ve üst yapıştırma için yüksek frekans yapıştırma tekniği kullanılarak tuğla biçiminde ambalaj oluşturulur.

İkinci sistemde ise gövdelerin yan kaynağı yapılmış, alt ve üstleri ise kaynağa hazırlanmış ve gerekli form verilmiş yarı hazır kutular kullanılır. 

“Rulodan-kutu” sisteminde kullanılan çok katlı malzemenin yapısında; karton, polietilen ve alüminyum bulunur (Şekil 16.39). Örneğin uzun ömürlü süt ambalajlarının yapısı aşağıdaki gibidir.

* LDPE, 15-20 g/m²/Baskı boyası/Karton, 300-500 g/m²/LDPE, 15 g/m²/Al-folyo, 7 µm/LDPE, 15 g/m²/LLDPE 20 g/m².

* LDPE, 15 g/m²/Baskı boyası/Karton, 186 g/m²/LDPE, 25 g/m²/Al-folyo, 6,3 µm/LDPE, 15 g/m²/LLDPE 25 g/m².

1,2,4,6 : Polietilen

3 : Alüminyum folyo

5 : Karton

Söz konusu bu malzemenin taşıyıcı katmanı, rengi beyazlatılmış veya kısmen beyazlatılmış kartondur. Bu kartonun hamuru, İskandinav ülkeleri ve K. Amerika’dan ithal edilen çeşitli sert ve yumuşak cins kerestelerin bir karışımıdır. Kartonların beyazlatma işleminde klor kullanılmaması tercih edilmektedir. Ambalajlanacak ürünün özelliklerine göre, tek veya çift katlı, kil kaplamalı veya kaplamasız kartonlar üretilmektedir. Kil kaplamalı kartonlar, dış polietilen kaplamaların adhezyonunu (yapışma) az da olsa olumsuz yönde etkileyebilirler. Fakat buna karşın bu tür kartonların baskı tutma kalitesi iyidir. Süt ve süt mamulleri için genelde “dubleks”, meyve suları için ise “kil kaplamalı (clay coated)” kartonlar kullanılır.

Aseptik karton ambalajlarda kaplama ve laminasyon materyeli olarak çeşitli plastiklerden yararlanmak mümkünse de, tercih edilen plastik polietilendir. Özellikle kimyasal bakımdan inert ve stabil olması, suyu absorbe etmemesi, 100° C dolayında yumuşadığından kolay yapışabilmesi ve düşük yoğunluğu, en önemli tercih nedenleridir. Ancak bazı gıdaların belirli özellikleri, örneğin meyve sularının asidik özelliği, kutunun dolumundan bir süre sonra PE ile alüminyum folyo arasındaki adhezyonun bozulmasına yol açabilmektedir. İşte bu nedenle meyve suyu gibi ürünlerde PE yerine “Surlyn” marka adıyla tanınan ionomerler tercih edilmektedir. Önceki bölümlerde de açıklandığı gibi; ionomerler, etilenin doymamış karbon asitleriyle (%1-10) yüksek basınç polimerizasyonu ve magnezyum, çinko veya sodyum bileşikleriyle muamelesi sonucu elde edilen bir polimerdir. Ionomerlerin en tanınmışı, “Du Pont” firmasının “Surlyn” adıyla bilinen polimerdir. Kimyasal ve fiziksel özellik değerleri PE ve PP’e kıyasla belirgin ölçüde üstün olan bu polimerlerin yırtılma direnci yüksektir, kolay kolay delinmezler. Düşük sıcaklık derecelerinde (85°C) ısıyla kaynaklanabilirler. Isı dikişleri sağlamdır. Yağa dirençlidirler ve son derece üstün adhezyon özelliğine sahiptirler.

Bu tip malzemelerin en pahalı materyallerinden biri de alüminyumdur. Işık, gaz ve sıvı bariyeri olarak görev yapan alüminyum, mümkün olduğunca ince (~7 µm) folyo halinde kullanılır. Saflığının en üst düzeyde olması istenir.

Yardımcı üretim materyalleri

Yardımcı materyaller olarak çeşitli renklerde mürekkepler ve inceltici solventler (çözücü) ile klişeler kullanılır. Klişe, istenen kutu dizaynının kağıda aktarılması işleminde, mürekkebin kağıt yüzeyine geçmesini sağlayan baskı işleminin en önemli öğelerinden biridir. Genelde lastik klişe ve fotopolimer klişe olmak üzere iki çeşit klişe kullanılmaktadır.

Lastik klişe

Müşterinin yeni dizayn veya dizayn değişikliği istemi üzerine normal dizayn boyutundan %2 daha büyük boyutlarda negatif film hazırlanır. Bunun nedeni, lastik klişenin pişirme sırasında %2 kadar çekmesidir. Sonra bu filmden çinko kalıp hazırlanır. Çinko kalıptan lastik kalıplara döküm işlemi gerçekleştirilir ve pişirilir. Bu uygulamanın hatalı üretim oranı oldukça yüksektir. 

Fotopolimer klişe

Fotopolimer klişe flesko baskı tekniğinde kullanılan ve lastik klişeye göre daha gelişmiş bir klişe türüdür. Bu klişenin hazırlanması; (a) pozlandırma, (b) yıkama ve (c) kurutma olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilir.

• Pozlandırma : Fotopolimer, ışığa duyarlı ve yumuşak bir maddedir. Bu özelliğinden yararlanılarak fotopolimer üzerine negatif film konulur ve sonra ultraviyole ışınla etkileştirilir. Fotopolimerden ışın alan kısımlar sertleşir.

• Yıkama : Pozlanan fotopolimer, yıkama ünitesinde bazı kimyasal maddelerle yıkanır. Bu sırada, ışık almayan, dolayısıyla yumuşak kalan kısımlar çözülür. Ayrılan bu kısımlar fırçalama ve yıkama uygulamasıyla ayrılır.

• Kurutma: Yıkama işlemi tamamlanan polimer kurutma ünitesinde kurutulur ve daha sonra yapışkanlığının giderilebilmesi için özel işlemlere tabi tutulur.

Üretim akışı

Aseptik karton ambalaj malzemesinin üretim akışı Şekil 16.41’de gösterilmiştir. Belirtilen bu şekilden de izlenebileceği gibi üretim; baskı, laminasyon ve kesme olmak üzere üç aşamadan oluşmaktadır.

Baskı

Üretimin ilk aşaması baskı işlemidir. Tercih edilen baskı tekniği, flekso baskıdır (Bkz.: 11.1.4). Bu yöntemle dört renkli dizaynların baskısı yapılabilir. Dizayndaki her renk için ayrı bir klişe kullanılır. Dolayısıyla baskı işlemi dört aşamada gerçekleştirilmiş olur. Baskı işleminde aşağıda belirtilen ısra izlenir:

- Önceden hazırlanmış olan lastik ve fotopolimer klişeler kalite kontrolundan geçirilir,

- valsine yapıştırılarak monte edilir,

- Baskı makinesi temizlenir, mürekkeplerin viskozitesi ayarlanır, 

- Karton bobini makineye takılır,

- Klişe valsleri baskı makinesine monte edilir,

- Deneme baskısı alınır, uygunsa asıl baskıya geçilir.

Baskı makinesinde baskı işleminin yanı sıra, “crease” adı verilen ve dolum sırasında kutuların büküleceği yerleri belirleyen izler, kamış (pipet) delikleri, kutu açma yeri izleri (perforation) gibi işlemler de yapılır.

“Crease”, birinde erkek diğerinde dişi izler bulunan iki valsın arasından kartonun geçmesiyle oluşur. Bu iki valsın arasındaki uzaklık ayarlanarak crease’nin derinliği istenildiği gibi ayarlanır. Eğer crease’ler derin olursa, dolumdan sonra crease yerlerinden çatlama ve sızıntı oluşabilir. Ayrıca perforasyon yoluyla hazırlanan deliklerin uygun açılmaması da sızıntıya yol açabilir.

Laminasyon

Baskılı kartonun ve alüminyum folyonun ürün temasını kesmek amacıyla üzerlerinin alçak yoğunluklu polietilen ile kaplanması işlemi (laminasyon), bu tür ambalaj malzemelerinde iki aşamada gerçekleştirilir.

İlk aşamada; önce, baskılı kartonun yüzeylerindeki lif ve kıymık gibi kaplama işlemini olumsuz yönde etkileyebilecek safsızlıklar, bobin boyunca yanan ve şiddeti ayarlanabilen alevden geçirilerek giderilir ve pürüzsüz  bir yüzey elde edilir. Sonra baskılı kartonun iç yüzeyi bir kat polietilen ile kaplanır. Bunun üzerine alüminyum folyo uygulanır. Alğminyum üzerinede yüksek sıcaklıkta bir kat polietilen kaplanır. Bu aşamada polietilen ile alüminyum folyo arasındaki adhezyonu güçlendirmek için sisteme bazı gazlar verilir. Belirtilen bu 1.kaplama aşaması sonrasında aşağıda sonuç elde edilir. (Şekil 16.40)

Yukarıda kısaca açıklanan işlem süt ve süt mamulleri için geçerlidir. Eğer meyve suyu kutusu için malzeme üretimi söz konusu ise; alüminyum folyo üzerine yüksek sıcaklıkta polietilen yerine, polietilenin bir izomeri olan ve “Surlyn” markasıyla tanınan bir ionomer kullanılır. Bunun nedeni, önceden de denildiği gibi, meyve sularının asidik özelliğinin, alüminyum ile polieitlen arasındaki adhezyonu zamanla bozması ve katların ayrılmasına yol açmasıdır. Oysa “Surlyn”, içerdiği güçlü “C-Zn” bağları nedeniyle daha iyi adhezyon yapma özelliğine sahiptir ve asitten etkilenmez. Surlyn’in alüminyum folyo üzerine kaplanmasından sonra bir kat polietilen, Surlyn üzerine uygulanır.

Laminasyonunu ikinci aşamasında: İlk kaplama işlemi tamamlanan ve sarılan malzeme bobini, laminasyon makinesine tekrar verilerek ikinci iç kaplama işlemi yapılır. Bu kaplama işleminde, kartonun mürekkep baskılı yüzü, su gibi çözgenlerden ve dış etkilerden korumak ve malzemeye albeni kazandırmak amacıyla ince bir PE tabakasıyla kaplanır. Ayrıca, birinci işlemde alüminyum folyo üzerine kaplanan PE üzerine bir kat daha  ve öncekine göre oldukça daha soğuk PE kaplanır. Bu uygulamanın nedeni şu şekilde açıklanabilir: Alüminyum folyo üzerine kaplanan 1.polietilen yüksek sıcaklıkta oksitlenir. Bu oksitlenmiş PE, ürünün çabuk bozulmasına ve kötü kokuya sebep olabilir. Bu nedenle üzerine daha soğuk bir PE tabakası daha kaplanır. Son kat PE, aynı zamanda kutunun dolum anında ısıl yapışmasını sağlar ve ısının alüminyum folyoya kadar ulaşıp onun olumsuz etkilenmesini önler.

Laminasyon işlemi süresince, laminasyon makinelerinin ve ortamın temiz ve tozsuz olması büyük önem taşır. Gerçi kaplanan PE tabakaları, yüksek sıcaklık uygulamaları nedeniyle nedeniyle steril ise de, ileriki işlem basamaklarında (kesme, doktor makinesi) bunların mikrobiyal bulaşmalardan korunmaları gerekir.

Laminasyon sürecinde kaplamaların kusursuz yapılıp yapılmadığını kontrol etmek amacıyla bilgisayar destekli lazer ışını tarama sistemi, sarılan bobini enine olmak üzere her an denetler ve belli boyutlar arasında kalan kaplama hatlarını – ki bunların pek çoğu sinek ve iri toz parçalarıdır – belirleyerek ileriki aşamalarda giderilmek üzere işaretler. Mümkün olan en az hatalı üretim için lazer düzeneği vazgeçilmez bir ünitedir.

İkinci kaplama işlemi tamamlanan bobinin katmanları Şekil 16.41’deki gibidir:

Dış polietilen

Karton

Laminasyon polietileni

Al-folyo

1.iç polietilen (okside)

2.iç polietilen

Şekil 16.41. Aseptik karton ambalaj üretiminde laminasyon işleminde ikinci kaplama sonucu

Şekil 16.42. Aseptik karton ambalaj malzemesi üretim basamakları (Anon, 1994)

Kesme

Kesme işleminin amacı; laminasyonu tamamlanan yaklaşık 1300 mm enindeki bobini, kutu enlerine göre ayırmak ve rulolar oluşturmaktır. Kutu enleri, kutuların dolumu ve sıcak yapıştırma sırasında büyük önem taşır. Bu ölçümlerdeki en küçük hata, kutu dizaynının kayık yapışmasına ve istenmeyen sonuçların ortaya çıkmasına yol açar. Kesme işleminde üzerinde önemle durulması gereken konu, kesme bıçaklarının ayarıdır. Bıçak ayarı yapıldıktan sonra bobinler kesilerek metrajdaki rulolar elde edilir.

Kesme aşamasında gerçekleştirilen diğer bir işlem; laminasyon sırasında lazer ışının işaretlediği hataları izleyip, bu hataların kaçıncı sarım metresinde olduğunu bulmak, mümkünse bu hataları keserek gidermek, giderilemeyenleri bir sonraki aşama olan “doktor makinesine” bildirmektir.

Doktor makinesi

Doktor makinesi, laminasyon sistemindeki lazerle belirlenen hatalı kısımların çıkarılması için geliştirilmiş bir makinedir. Bu makine, adından da anlaşılacağı gibi, rulolarda önceki aşamalarda giderilemeyen ve gözden kaçan hataları, ruloya ikinci bir kez sararak giderir. Adhezyonu bozuk kısımlar, lekeli bölgeler, baskı hatası olan yerler ve benzerleri gibi hatalı bölümler kesilerek atılır. Bu işlem, ambalaj malzemesi üretiminin son aşamasıdır. Buradan çıkan temiz rulolar, shrinkleme makinesinde, sıcak hava yardımıyla PE folyo ile kaplanırlar, paletler üzerine yerleştirilirler ve sevkiyata hazır duruma getirilirler.

Pipet makinesi

Genelde 200 cc’lik süt ve meyve suyu kutularının üzerinde pipet deliği bulunmaktadır. Bu kutular için hazırlanan pipetlerin çevresi, pipet makinesinde ince bir PE folyo ile kaplanır. Dolum anında bu pipetler kutuların ön yüzüne diagonal olarak mumla yapıştırılır.

Karton bazlı laminat malzemeden dolum sırasında üretilen kutularda yapılan kontroller

Dolum makinesi operatörü tarafından yapılacak ambalaj kontrolleri

Kontrol edilecek ambalaj örneklerinin ilki, dolum işlemine başlandıktan hemen sonra, diğerleri ise her 20 dakikada bir alınır. Ayrıca, doldurulan ürünün değişmesi ve kutu yapımında yararlanılan çok katlı ambalaj malzemesi bobininin yenilenmesinin hemen ardından da örnek alınır.

a) Dolum makinesi çıkış hattından bir dolu kutu alınır.

b) Bastırılarak, her iki enine dikişin sızdırmazlık kontrolü yapılır.

c) Kutu içindeki ürün boşaltılır ve uzun dikiş (boyuna dikiş) kontrolü için kesilir. Bu sırada uzun dikişe zarar verilmemelidir.

d) Uzun dikiş, iç kısımdaki kağıt kenarının dibinden kesilir.

e) Dikişleri üst üste bindiren bant çekilerek açılır ve ısıl yapışmanın kusursuz olup olmadığı kontrol edilir. Ambalaj materyelinin dış katmanı, çekilerek açılan bantta kalmalıdır.

f) Uzun dikiş bandının yapışması her iki bant yarısının çekilmesiyle kontrol edilir. Bu bant yaklaşık 45°’lik bir açıyla çekilmelidir.

a) Dolum makinesi çıkış hattından ardı ardına gelen iki paket alınır.

b) Paketin alt ve üst kulakları çekilerek kulak yapışma kontrolü yapılır. Kulaklar kutu yüzeylerine kusursuz yapışmış olmalıdır. Kulak ve paket birbirinden ayrılırken, birinin üzerinde diğerinin parçasının kalması gerekir.

c)İki paket, alt ve üst enine dikişleri birbirine karşı gelecek şekilde tutularak, uzun dikişin durumu kontrol edilir. Uzun dikişlerin üst üste gelen kısımları tam karşılıklı olmalıdır.

d)Paketlerden birinde uzun dikiş boyunca üst üste binen kağıt katman dikkatli bir şekilde çekilerek sıyrılır. Böylece uzun dikiş bantının bir kısmı görünür. Uzun dikiş bantındaki hava boşluğunun yaklaşık 1 mm genişliğinde olması gerekir.

e) Pakete bastırılarak, uzun dikiş kusurlarından kaynaklanan her hangi bir sızıntının olup olmadığı kontrol edilir.

f) Her iki paketteki enine ve boyuna dikişler, içeriden kolayca görülebilecek şekilde, dikişlere zarar vermeden 25 mm genişliğinde kesilir.

g) Enine dikişler dikkatli bir şekilde çekilerek birbirinden ayrılır. Dikişlerin iyi yapıştığı durumlarda, alüminyum folyonun bir tarafındaki PE-tabaka sökülüp ayrılır ve parlak alüminyum yüzey görünür. 

Tüm enine dikiş boyunca kusursuz bir yapışmanın sağlanmış olması gerekir. Üst üste gelen kısımlarda ve köşelerde yapışma genişliği biraz daha azdır. Ancak söz konusu genişlik 3mm’den az olmamalıdır.

h)Uzun dikiş bantının durumu kontrol edilir. Çizgi ortada olmalıdır. Aşırı ısıtmaya ilişkin herhangi bir belirti bulunmamalıdır.

Dikişlerdeki “yırtılma testi” yırtma pensesi olarak bilinen özel bir kıskaç ile (Şekil 16.45-a) ya da elle gerçekleştirilebilir. Değerlendirme yırtılma sırasında yapılır. Yırtma pensesi kullanılırken, test örneği pensenin çeneleri arasına yerleştirilir. Pense sıkılır ve dikiş yavaşça çekilerek gerilir. Elle yırtmada ise enine dikişe dik yönde kuvvet uygulanarak germe işlemi yapılır (b). Bu sırada dikiş bölgesinin nasıl gerildiği ve yırtıldığı izlenir (c). Çekmeye devam edilir. Bu durumda dikiş bölgesinde gerilmiş plastik film ortaya çıkar (d). Örnek tamamen açılıncaya kadar çekme işlemi sürdürülür (e). Her test örneği de tüm dikiş boyunca çekilerek değerlendirilir. İşlem sırasında enine dikiş uçlarına ve enine dikişin boyuna dikişle kesiştiği yere özellikle dikkat edilir (f).

Test sırasında iyi bir dikişin ilk işareti, gerilmiş bir filmdir. Şekil 16.46’daki örnekte (üst) plastik film, kopmaya başlayıncaya kadar gerilmiştir. Plastik film tüm dikiş boyunca gerildiği için bu dikiş iyi bir dikiştir. Gerilmiş plastik film veya ambalaj malzemesi katmanlarındaki kopmalar, dikişin ambalaj malzemesinden daha kuvvetli olduğunu gösterir ki bu durumda dikiş iyidir. Söz konusu şekilde ortada yer alan ikinci örnekte, ambalaj malzemesinin plastik kısmında bir yırtılma meydana gelmiştir. Üstü açılan alüminyum folyo (1) görülmektedir. Ayrıca, gerilmiş ve kopmuş plastik film parçalarına da rastlanmaktadır. Üçüncü örnekte ise (alt) malzemenin dikiş boyunca yırtıldığı görülmektedir.

Kötü dikişe örnekler ise Şekil 16.47’de gösterilmiştir. Örneklerin testi sırasında dikiş ayrılmıştır. Plastik filmde bir gerilme veya ambalaj malzemesinde bir yırtılma görülmemektedir. Bu tür kötü dikiş genelde “soğuk dikiş” olarak tanımlanır. Söz konusu bu dikiş bölgesinde dikiş, ambalaj malzemesinden daha zayıftır. Soğuk dikiş genellikle yapıştırma çenelerinde yeterince ısı ve basınç uygulanmamasından kaynaklanmış olabilir. Diğer yandan çenelerde gereğinden yüksek ısı basınç uygulaması yapılmışsa, dikişte eriyip sertleşmiş plastik kümeleri oluşur. Bu da kötü bir dikiştir. Bu durumda; ısıtıcı ünite ayarının kontrol edilmesi, aşırı çene basıncının azaltılması ve çenelerdeki soğutma suyu noksanlığının giderilmesi gerekir.

• Üst: Gerilmiş plastik film (1), plastik yırtılmaya başlamış (2), dikiş (3).

• Orta: Parlak Al-folyo (1), gerilmiş ve kopmuş plastik film parçaları (2).

• Alt: Ambalaj malzemesi dikiş boyunca yırtılmış. Parlak Al-folyo (1), plastik film (2), kağıt liflerinden kopma (3).

• Üst: Soğuk dikiş (1), kağıt liflerinden kopma (2).

• Orta: Soğuk dikiş (1), gerilmiş plastik film (2).

• Üst: plastik kümeleri (1), gerilmiş plastik film (2), kağıt liflerinde kopma (3).

Prof. Dr. Mustafa Üçüncü