Plastikler ve Plastik Malzemeler
PLASTİKLER VE PLASTİK MALZEMELER
Giriş:
İlk plastik 1862’de yapılmış olan selüloid’dir. Bunun aslı pamuk selülozudur. Bundan 35 yıl sonra esası süt kazeini olan bir diğer plastik üretilmiştir. Bunları belirli aralıklarla diğerleri izlemiştir.
1930’lardan itibaren gıdaların ambalajlanmasında plastiklerin rolü artarak devam etmektedir.ilk plastik ambalaj vinil’e kaplanmış selefondan yapılan torbadır.
Çeşitli plastik ambalajlar
Plastik nedir?
Plastikler sentetik organik polimerlerden bir gruptur. Petrolden elde edilirler. Polimer monomer adı verilen küçük moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlanmasıyla oluşturduğu iri moleküller olarak tanımlanır.
Polimerler ısı ve çözücüler karşısındaki davranışlarına göre 2 grupta incelenir: Termoplastikler ve termosetler.
Termoplastikler:
Isı ve basınç altında yumuşar ve akarlar; bu yüzden kolayca değişik şekillere dönüştürülebilirler.
Polimer zinciri doğrusaldır.
Polietilen, polipropilen, polistiren gibi plastik malzemeler bu gruba dahildirler.
Termosetler:
Çapraz bağlı polimerlerdir.
Ön maddeleri oda sıcaklığında sıvı veya katı durumda bulunurlar, ısıtıldıklarında çapraz bağların teşekkülü ile önce erir daha sonra ısı ve çözücü etkisiyle yumuşamayan ve erimeyen hale gelir. Bu durum, pişirme sonucu yumurtanın aldığı duruma benzer.
Bakelit, formika, üre-formaldehit bu gruba örenektir.
Plastik ambalajların üstünlükleri:
İstenen şekle kolaylıkla sokulabilir.
Kimyasal reaksiyonlara girmezler, inört özelliktedir .
Kırılgan değildirler, çatlama veya göçme göstermezler.
Hafiftirler.
Kolaylıkla renklendirilirler.,
Kısmi geçirgenlikleri faydalı olabilir.
Geriye döndürülerek yeniden kullanılabilirler.
Plastik malzemelerin noksanlıkları:
Isıya, bazı kimyasal madde ve çözücülere dirençleri yoktur.
Cam ve çelik kadar rijit değildirler. Sünek malzemelerdir, kolay delinirler.
Su, buhar ve gaz geçişine karşı yeterli engelleme sağlayamazlar.
Çevre kirlenmesine yol açabilirler.
Gıda ambalajlamada kullanılan başlıca plastikler:
Termoplastik gruptan olan plastikler (polivinil klorür-PVC), kalıplanmış veya ısıyla şekillendirilmiş şekilli ambalajlar yanında filmler, etiket stokları, kapaklar, kaplamalar, laminat ve adevizeler olarak gıda ambalajlamanın hizmetindedirler.
Termosetler gıda ambalajından ziyade kapak ve tepsi yapımında kullanılırlar.
Gerekli performansı sağlamaları açısından plastiklerin özellikleri; mekanik, ısıl, bariyer, optik ve uzun ömürlülük kategorilerine ayrılır.
Gıda ambalajlamada termoplastiklerin daha çok yer tutmasının sebebi kolayca şekillendirilebilmeleri ve geriye döndürülerek yada yakıt olarak değerlendirilebilmeleridir.
Gıda ambalajlamada kullanılan başlıca termoplastik sınıfları; poliolefinler, viniller, stirenler, polyesterler ve poliamidler. Bu polimerleri yumuşatmak için plastikleştiriciler kullanılır.
POLİOLEFİNLER
Polietilen(PE):
PE etilenin polimeridir esas yapısı (CH2CH2)n
PE gıda ambalajlamada ilk kullanılan olefinik polimerdir.
PE’nin ticari hayat girişi kalıplama ile imal edilen kaplar, filmler ve kapaklardır.
Üretimi sırasında gerdirilen PE film 70⁰C de kısmen yumuşar ve arkasından soğuduğunda içine konulan maddeleri sıkıca sarar (şirink ambalajlama).
PE ,üzerine baskı yapmaya, süslemeye elverişli bir kağıt ve alüminyumla lamine edilerek süt ve meşrubat için kullanılan karton kutular(Tetra-pak, Tetra- brick) yapılmaktadır.
PE’ler yoğunluklarına göre:
Çok düşük yoğunluk(ÇDYPE)
Düşük yoğunluk(DYPE)
Orta yoğunluklu(OYPE)
Yüksek yoğunluk(YYPE)
DYPE
Su buharı geçirgenliği düşüktür, ancak oksijen ve karbondioksit, organik buhar ve sıvı yağları geçirgenliği fazladır. Işığı tam geçirmez dumansı görünüşü vardır. Isı ile kapanabilirlikte mükemmeldir ve maliyetinin düşük olması sebebiyle gıda ambalajlamada en çok kullanılan plastiktir.
YYPE
Bariyer özellikleri düşük yoğunlukludan yaklaşık 2 misli iyidir; daha rijit kaplar oluştururlar.
YYPE esaslı şişirme ile kalıplanmış şişeler deterjan, saç şampuanı, süt, gaz yağı, mayonez, ketçap ve diğer sıvılar için kullanılmaktadır.
Polipropilen(PP):
PP kimyasal yönden PE’e benzer. Ancak onlardan daha serttir ve daha mumsu his verir.
Işığı yarı geçirir ve yüzeyi parlaktır.
Isıya direnci iyidir, otoklav poşetlerinde kullanılabilir.
Gerilim çatlamasına PE’den dayanıklıdır.
Bükülme sıklığına dirençlidir.
PP rijittir ancak PS’den daha esnek ve elastiktir.
Şişe ağzına bastırılarak geçirilen kapak yapımına elverişlidir.
Rijitliği mükemmel olan ince cidarlı tepsiler yapılabilir.
Yağlara çok dirençlidir ve çözücülere DYPE’den daha dirençlidir.
Isı ile şekillendirilmiş PP ambalajlar ısıya ve yağa dirençli olduklarından süt bardağı, meyve suyu, yoğurt ve tereyağı kabı, tıbbı malzeme tepsisi vb. uygulamalarında kullanılır.
Plastikleştirici içermediğinden, kalıntı monomer ve bunun gıdaya geçiş sonucu oluşabilen sağlık tehlikesi, hidrojen klorür gazından ötürü hava kirliliği gibi problemler PP’de yoktur.
Otoklav poşetleri
VİNİL POLİMERLERİ
Polivinil Klorür(PVC):
PVC çok yönlüm bir polimerdir.
Işık, katı ve sıvı yağ ve kimyasal maddelere dirennçlidir.
Çarpmaya direnci yüksek ve saydamlığı iyidir.
Plastikleştirici artarsa geçirgenliği artar.
Mekanik kalitesi rijitten yumuşağa kadar değişir.
Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi(FDA) polimerleşmeye katılmayan yani kalıntı vinil klorür monomerinden kaynaklanabilen kanserojenlik ihtimali konusunda rapor yayınlayıncaya kadar PVC bir çok gıdanın saydam ambalajı olarak kullanılmıstır.
Önemli vinil klorür kopolimerleri polivinilden klorür(PVDC) ve etilen vinil alkol(EVOH)
PVDC kopolimerlerin dikkat çekici özelliği gaz ve su buharı geçirmezliğinin yüksekliğidir ve film yada kaplama maddesi olarak bu özelliğinden ötürü kullanılmaktadır.
EVOH’nın rutubet geçirmezliği düşüktür.
EVOH iki tarafından rutubete dirençli PP yada PE ile lamine edilebilir. Böylece enjeksiyon –şişirme işlemiyle elde edilen otoklanabilir kutular gıdaya 1 yıldan daha fazla raf ömrü sağlamaktadırlar.
STİRENLER
Polisitren(PS):
Stirenik plastikler, hakim unsur olarak stiren birimleri içiren yüksek molekül ağırlıklı reçinelerdir.
Gıda ambalajlamada en tanınmış PS ürünleri; yönlendirilmiş PS(OPS) film, tepsi(küvet-tray) ve bardak olarak şekillendirilen PS köpük levhalar ve çarpmaya dayanıklı PS’lerden yapılmış bardak ve tepsilerdir.
PS kuvvetli asit ve alkalilere dirençlidir, alifatik hidrokarbonlar da ve alkalilerde çözünmez, ancak esterler, aromatik hidrokarbonlar, yüksek alkoller, ketonlar ve klorlü hidrokarbonlarda çözünür.
Su buharı ve gaz geçirmezliği poliolefinlerden zayıftır. Bu özelliği ile meyve- sebzelerin ambalajlama ve depolamalarında, fide,çiçek saksısı olarak kullanımında PS,PE ve PP den üstündür.
Çevresel stres ile çatlamaya meyillidir ve tereyağı,margarin ve diğer yemeklik yağlarla uzun sureli temastan zarar görür.
Portakal kabuğundaki alfalimonenden etkilenir.
Dış hava şartlarına dayanıklılığı zayıftır.
Mükemmel bir elektrik izolatörüdür. Bu yüzden toz ve yabancı maddeleri çeker üzerinde toplar.
PS levha ile çarpmaya direnci yüksek PS’nin koekstrüzyonla birleştirilerek tek levha haline getirilmesi sonucu elde edilen parlak yüzeyli malzeme yoğurt kabı olarak çokça kullanılmaktadır.
Yönlendirilmiş genel amaçlı PS’nin çekme oranı 0.5 iken çarpmaya dirençli PS(HIPS)’nın ki 2-2.5 dur. Bu sebeple HIPS, yumurta tepsisi, dondurma kapları, meşrubat bardakları gibi derin-çekme gıda ambalajlarının yapımında yaygın şekilde kullanılır.
Ayrıca koruyucu paketleme, yumurta kartonları, soğutucular, tepsiler, fast-food paketleme kapları, video ve ses kaset kapları, çatal ve bıçak takımı, su bardağı, kapaklar, küçük botlar ve köpek kapları polistiren plastiklerden yapılmaktadır.
Akrilonitril-stiren(ANS):
Kopolimeri %20-30 akrilonitrille stiren’in kopolimeridir.
Amorftur, mükemmel parlaklık ve saydamlığı vardır.
Isı, kimyasallar ve yağlara diğer Pslerden daha dirençlidir. Gerilim çatlamasında daha dirençlidir.
Yüksek nitrilli kopolimerin karbondioksit ve oksijen geçirmezliği, yağlara ve kimyasallara direnci mükemmeldir. Sodalı meşrubat şişesi yapımına çok uygundur.
POLYESTERLER
Polietilen tereftalat(PET):
Polyesterler gıda ve meşrubat ambalajlamada çokça kullanılan çok yönlü bir plastik sınıfını oluştururlar.
Özellikle gazlı meşrubat pazarında ün yapmışlardır.
PET, doğrusal yapılı bir termoplastiktir.
Kuvvetlidir, serttir, yinede yeterince esnektir.
Üflenerek şişirilmiş termoset kaplar sıcak dolum uygulamalarında rahatlıkla kullanılabilmektedirler(meyve sularının sıcak dolumu).
PET’in ışığa, ısıya ve kimyasal maddelere dirençli olması,çarpmaya dirençli olması, hafif olması gıda ambalajı olarak süratle yayılmasında etkili olmuştur.
PET meşrubat şişeleri gerdirme –şişirme işlemiyle elde edilir.
Polikarbonat(PC):
Çarpmaya ve ısıya mükemmel direnç gösteren amorf ve saydam bir polimerdir.
Zayıf asit ve alkalilere dirençlidir; aromatik ve klorlu hidrokarbonlarda çözülür.
Yüksek sıcaklıklardaki performansı iyidir, sıcak dolum uygulamalarında kullanılabilir.
Gaz ve buhar geçirmezlikleri yeterli değildir.
Pastörize süt, puding, reçel, jöle gibi sıcak gıdalar ambalajlama hattında doğrudan PC kaplara koyulabilirler
Poliamidler(PA=naylon)
Hafif mekanik yükler altında PA’ların yüksek ısıya dirençleri diğer plastiklerden farklı şekilde yüksektir, kuvvetlidirler ve esnektirler.
PA ‘ler içerdikleri karbon sayısına göre naylon-6,-66,-11,-12 diye isimlendirilirler.
Kuru şartlardaki geçirmezlik özellikleri, dayanıklılığı, ısıya ve yağlara direncinden ötürü gıda ambalajlamada en çok kullanılan naylon -6 dır.
Yarı-kristalin PA reçineleri aromaca zengin kuru gıdaların, mesela kahve, baharat, sucuk gibi gıdaların çok katlı ambalaj malzemelerinde yer almaktadırlar.
Plastiklerin ambalaja işlenmeleri:
Bu bölümde plastik malzemenin kutu, şişe ve film gibi gıda ambalajına dönüştürülmesinde kullanılan önemli işlemleri kısaca yer verilmektedir.
Amaç, belli bir ambalajlama uygulaması için hem ucuz hem de sürekli olarak uygun kalitede ambalaj üretmektir.
Başlıca metotlar şunlardır:
Tek katlı levha ekstrüzyonu,
Tek katlı döküm film ekstrüzyonu,
Tek katlı şişirme film ekstrüzyonu,
Tek katlı levha ve filmlerin ısıl şekillendirilmesi,
Çok katlı levha ve filmlerin ısıl şekillendirilmesi
Kalıplama ,
Tek katlı levha ekstrüzyonu: Ekstrüzyon katı polimerin eriyik hale gelmesi ve bunun basınç altında bir kafa yada kalıptan zorla geçirilerek şekillendirilmesidir.
Kalıplama: Uygun kalıp içinde veya etrafında malzemenin ısı ve basınç etkisi ile şekillendirilmesidir. Baskılı enjeksiyon ve emme işlemleriyle kağıt hamurdan, yumurta kartonları, şişe ve kavanoz kılıfları ve mekanik etkiye hassas her türlü gıda için uygun ambalajlar üretilmektedir.
Başlıca kalıplama tipleri şunlardır:
Ekstrüzyon şişirmeyle kalıplama,
Koekstrüzyon şişirmeyle kalıplama,
Enjeksiyon şişirmeyle kalıplama,
Koenjeksiyon şişirmeyle kalıplama,
Plastiklerin kaplanması ve laminasyonu:
Kaplama ve laminasyon, ambalaj malzemelerinin tek başına gösteremediği performansın, iki veya daha fazlasının bir araya getirilmesidir.
Kalıplama: Bir malzemenin üzerine bir veya birden fazla akışkan yada eriyik tabakası uygulama işlemidir.
Laminasyon: iki veya daha çok levhanın birbirine yapıştırılması işlemidir.Çoğu kez kaplamayla birlikte yapılır.
Kalıplama ve laminasyon ile geliştirilen iyi özellikler şunlardır:
Kuvvetlilik ve sertlik gibi mekanik özellikler,
Gaz ,gıda bileşeni, su ve su buharı geçirmezliği,
Yırtılmaya , delinemeye ve katlanma yerinden kopmaya direnç,
Yazı basma ve etiketlenmeye el verişlilik,
Yüksek hızda çalışan ambalaj makinelerinde düzgünce ilerleme yeteneği,
PLASTİK VE ÇEVRE İLİŞKİSİ
Dünyamızda 1980 yılında toplam 61 milyon ton plastik üretilmiş, bu miktar 1990’larda % 130 artışla 140 milyon tona ulaşmıştır.
Üretilen bu plastik malzemenin büyük çoğunluğu kullanıldıktan sonra fonksiyonu kaybetmekte ve plastik atık olarak atılmaktadır
Ülkemizde de sayıları yaklaşık 2500 dolayında olduğu tahmin edilen plastik işleyen firmalar en yaygın olarak AYPE, YYPE, PP, PVC, PS ve PET gibi plastik maddeleri tüketmektedirler.
Plastikler işlenmeleri sırasında dikkate değer bir kirlilik göstermekte ancak kullanıldıktan sonra atılması ile çevreyi önemli boyutlardaki kirletmektedir.
Yoğunlukları düşük olduğundan atıklar içinde göze en fazla çarpanlar plastik ürünleridir. Bunun sonucu olarak da önemli bir çevre kirliliği oluşmaktadır.
…
