TR202021086A1 - Güneş işiğindan etki̇lenebi̇lecek tüm gida maddeleri̇ni̇n işiğa karşi korunmasinda hi̇droksi̇apati̇t katkili poli̇eti̇len terafi̇talat i̇çeren bi̇r kompozi̇t ambalaj malzemesi̇ - Google Patents

Abstract

Buluş, süt ve süt ürünlerinin ile meyve suları gibi güneş ışığından etkilenebilecek tüm gıda maddelerinin ambalajlanmasında hidroksiapatit katkılı polietilen terafitalat kullanılan bir kompozit ambalaj ürünü ile ilgilidir. Buluşun amacı, süt ve süt ürünlerinin ambalajlanmasında, alüminyum iç kaplamalı karton ambalaj yapısından ileri gelebilen, içerisindeki gıda ürününe alüminyum migrasyonu şeklinde insan sağlığı için zararlı olan geleneksel uygulamalardan farklı olarak toksik olmayan ve aynı zamanda gıda güvenliği konusunda çok rahatlıkla kullanılabilecek bir ambalaj malzemesinin elde edilmesidir.

Description

TARIFNAME GÜNES ISIGINDAN ETKILENEBILECEK TÜM GIDA MADDELERININ POLIETILEN TERAFITALAT IÇEREN BIR KOMPOZIT AMBALAJ MALZEMESI Teknik Alan Bulus, süt ve süt ürünleri ile meyve sulari gibi günes isigindan etkilenebilecek tüin gida maddelerinin ambalajlanmasinda hidroksiapatit katkili polietilen terafitalat kullanilan bir kompozit ambalaj ürünü ile ilgilidir. Önceki Teknik Dünya üzerinde her yil litrelerce süt, süt ürünü ve meyve suyu gibi sivi gida ürünleri tüketilmekte olup, bunlarin Önemli bir kisminin günes isinlarindan olumsuz etkilenmesini önleinek ve ambalaj malzemesi maliyetini azaltmak adina bünyesinde alüminyum katmaninin da yer aldigi çesitli karton kutular ile ambalaj lanmaktadir. 1960'li yillarin sonlarina dogru içecek kutulari alüminyumdan yapilmaya baslanmis olup, özellikle alüminyuinun geri dönüsümü olarak kullanimini arttirmistir. Ancak içerecek kutularinda yer alan alüminyum insanlar için toksik metal olarak kabul edilen bir elementtir. Bu anlamda, teknigin bilinen durumunda çesitli arastirmalar gerçeklestirilmis ve süt ve süt ürünlerindeki alüminyum konsantrasyonlarini belirlemek, süt ve süt ürünleri tüketimi yoluyla alüminyum alimini tahmin etmek ve isleme ve saklama sirasinda alüminyumun kaplardan süt ürünlerine sizabilirligini (migrasyonunu) konu alan arastirinalar yürütülmüstür [1]. Teknigin bilinen durumunda günes isigindan olumsuz etkilenen süt ve süt ürünlerinin ambalajlanmasinda alüminyum iç kaplamaya sahip karton ve PS (PoliStiren) malzemeler kullanilmaktadir. Halihazirda kullanilan bu alüminyum kaplamali karton ambalaj lar sakladigi ürünü günes isigindan korumaktadir, ancak bu ambalajlarda insan sagligina zararli olabilecek alüminyum elementinin 3506222 migrasyonu, içerisindeki ürüne alüminyum elementinin geçisi söz konusu olabilmektedir. Ayrica, üretim yöntemi açisindan PET sise üretimine kiyasla hem daha maliyetli hem de geri dönüsüm maliyeti daha yüksektir. Diger taraftan; PET malzemenin mekanik dayaniminin yüksek ve nem, oksijen ve karbondioksit geçirgenliginin düsük olmasi nedeniyle PET gida ambalaj uygulamalarinda yaygin olarak tercih edilmektedir. Çesitli içeceklerin ambalajlanmasinda kullanilan PET malzemesi enjeksiyon yöntemiyle önce preform sonra sisirme kaliplama yöntemi olmak üzere iki asamada sise haline getirilir. Enjeksiyon asamasinda PET 260-2800C sicaklik araliginda eritilir ve bir Vida yardimiyla preforrn kalip içerisine sikistirilir. Sisirme kaliplama prosesinde ise hem gerdirme çubugu hem de hava yardimiyla sise kalibi içerisine sisirilir [2]. Her iki proseste PET malzeinesi hem mekanik etkilerden hem de termal etkilerden dolayi kimyasal bozunmaya ugrar ve insan sagligi için zararli kimyasallar açiga çikarir. Hidroksi apatit, asitler hariç organik ve inorganik çözücülere karsi dayaniklidir. Dogal ve sentetik olarak elde edilebilen hidroksi apatit'in biyomalzeme özelliginden dolayi ambalaj malzeme içerisinde katki maddesi olarak kullanilmasinin insan sagligina zarari olmayacaktir [3]. Bulusun Kisa Açiklamasi Bulusun amaci, süt ve süt ürünlerinin ambalaj lanmasinda insan sagligi için zararli olinayan ve ayni zamanda gida güvenligi konusunda çok rahatlikla kullanilabilecek bir ambalaj malzemesi elde edilmesidir. Bulusun diger amaci, geleneksel alüminyum iç kaplamali karton ambalaj yapisindan ileri gelebilen, içerisindeki gida ürününe alüminyum migrasyonu olasiliginin ortadan kaldirilmasidir. 3506222 Bulusun amaçlarindan bir digeri de %100 isik geçirgenligine sahip PET malzemenin hidroksiapatit katkisi ile üzerine gelen isigin önemli bir kismini sogurarak isik geçirgenliginin azaltilmasidir. Bu sayede PET malzemenin kimyasal bozunmasi sonucu insan sagligini tehdit eden migrasyon azaltilabilecektir. Bulusun Ayrintili Açiklamasi Bu bulusun amacina ulasmak için gerçeklestirilen "Günes Isigindan Etkilenebilecek Tüm Gida Maddelerinin Isiga Karsi Korunmasinda Hidroksiapatit Katkili Polietilen Terafitalat Içeren Bir Kompozit Ambalaj Malzemesi" ekli sekillerde gösterilmis olup; bu sekillerden: Sekil 1 - Bulus kapsaminda gelistirilen hidroksiapatit katkili polietilen terafitalat kullanilan bir ambalaj ürünü ile elde edilen bir sisenin (175 cc) preform yapisinin yandan ve perspektif görünümüdür. Sekil 2 - Sekil 1 üzerinde gösterilen preforrn üzerinden elde edilen bir sisenin (175 cc) yandan gösterimidir. Sekil 3 - Gerdirme-sisirme-kaliplama yöntemi (SBM) proses parametrelerinin grafiksel gösterimidir. Sekil 4 - Preform sicaklik profilinin fotografik gösterimidir. Sekil 5 - Saf PET ve bulus kapsaminda deneysel gelistirilen PET/HAP kompozitlerinin UV geçirgenlik spektrumlarinin grafiksel gösterimidir. Bulus, süt ve süt ürünlerij meyve sulari gibi günes isigindan etkilenebilecek tüm gida maddelerinin ambalajlanmasi için kullanilan ve hidrosiapatit (trikalsiyum fosfat (Ca5(PO içeren bir kompozit ambalaj malzemesidir. Bulus kapsaminda PET/Hidroksiapatit sise üretiminde, viskozite degeri 0,84±0,02 dlf g ve AA içerigi en fazla 1 ppm olan PET ile birlikte PET içerisine %l"den daha fazla miktarda HAp toz olarak ilave edilerek kullanilmaktadir. Ilk olarak herhangi bir çift burgulu ekstrüder yardimiyla 3506222 PET/Hidroksiapatit kompozit hazirlanmakta, ardindan enjeksiyon kaliplama ya da ekstrüzyon film çekme yöntemiyle kullanilacagi teknik alana göre sise veya film seklinde ambalaj malzemesi üretilebilmektedir. Bulus kapsaminda gelistirilen ambalaj malzemesi, geleneksel uygulamalardan farkli olarak içerisinde barindirdigi gida ürününe migrasyona sebep olabilecek ve insan sagligi için tehdit olusturabilecek herhangi bir kimyasal içermemektedir. Tamamen biyouyumlu olan bulus konusu ambalaj malzemesi, mevcuttakilere kiyasla daha basit bir üretim yöntemi ve ilave ekipman gerekmeksizin nihai ürün elde edilebilmektedir. Bulus konusu ambalaj malzemesi, hidroksi apatit (HAp) katkili PET matrisli kompozit bir malzemedir. Bilindigi üzere PET hem mekanik hem de bariyer özellik açisindan iyi bir malzemedir. Ancak isik geçirgenligi %100 oldugundan süt ve süt ürünleri gibi günes isigindan olumsuz etkilenen gida ürünlerinin ambalajlanmasinda tercih edilmez. Bu dezavantaji bertaraf etmek amaciyla isik geçirgenligi çok az olan inorganik katki olarak bulus kapsaminda biyouyumlu hidroksi apatit (HAp) kullanilmaktadir. HAp üzerine gelen isigin büyük bir kismini absorbe eder ve molekül için isi enerjisine dönüstürür ve bu sekilde isik geçirgenligi büyük ölçüde azaltilmis olur. Hidroksi apatitin (HAp) bulusun gelistirilmesi sürecinde yapilan arastirmalarda, hem isik absrobans, hem de isik yayma özellikleri görünür bölgede nerdeyse sifira yakin oldugu saptanmistir (Sekil 5). Bu dogrultuda, isik geçirgenligi teknik faydasinin da kullanilmasiyla, HAp"in katki miktarina bagli olarak nihai ürünün isik geçirgenligi sifira indirilebilmektedir. Bulus konusu HAp katkili PET ambalaj malzemesi gida sektöründe özellikle karton ambalaj yerine ikame edilebilecek ve tercih edilebilecek bir malzemedir. 3506222 Bulus kapsaminda yukarida açiklanan özelliklerdeki bir kompozit ambalaj malzemesinden sise veya film formunda ambalaj malzemesinin üretim yöntemi, - PET granüllerin bir çift burgulu ekstrüdere beslenmesi önce bünyesindeki nemi uzaklastirmak amaciyla PET granüller 110°C"de 12 saat etüvde kurutulmasi, - Kurutulan PET granüller ve HAp, `150 devir/dakika vida hizina sahip ekstrüdere beslenmesi, - %l°den fazla olmak sartiyla HAp katkilanarak harmanlanan PET/HAp kompozitlerin granül halinde ekstrüderden alinmasi, - PETfHAp granüller, enjeksiyon kaliplainadan önce tekrar 12 saat boyunca 80°C'de kurutulmasi, - Homojen bir karisim elde edebilmek için granüllerin iyice karistirilmasi, - Preform üretimi için kompozit karisimlarin dikey enjeksiyon cihazi kullanilarak preform kalip içine enjekte edilmesi, - Bir Gerdinne-Sisirme-Kaliplama Yöntemi (SBM) makinesi ile preforma, içinde degisik pozisyonlara monte edilmis 8 adet IR lambalar vasitasiyla bir isitma firininda isitma uygulanmasi, - Basincin 0.5 saniye boyunca 0.9 bar'da tutulmasi ve daha sonra 2 saniye araliklarla 25 bar'a kadar kademeli olarak arttirilmasi ve son olarak 2 saniye boyunca ayni basinçta tutulmasi, - Preforrnlar yeniden isitma firinindan alindiktan hemen sonra bir gerdirmc ve sisirme islemine tabi tiitulmasi, - Nihai ürün olan sise veya film formunda bir kompozit ambalaj malzemesinin elde edilmesi adimlarini içermektedir. DENEYSEL ÇALISMALAR Ekstrüder prosesi ile PET/HAp kompozitlerin üretimi; 1. Ekstrüder prosesi ile PET/HAp kompozitlerinin üretimi 2. Enjeksiyon prosesi ile preforrn üretimi 3506222 3. Gerdirme-sisirme-kaliplama yöntemi (SBM) ile sise üretimi Olmak üzere üç asamada gerçeklestirilmistir. 1. Ekstrüder Prosesi ile PET/HAp kompozitlerinin Üretimi PET/Hidroksiapatit (HAp) kompozit malzemeleri ayni yönde dönen çift Vidali ekstrüder (vida çapi D:16 mm, vida boy/çap orani (L/D):40) (Gülnar/Türkiye) kullanilarak ergiyik harmanlama metodu ile üretilmistir. Tablo 1"de ekstrüder ve diger proses parametreleri verilmistir. PET granüller ekstrüclere beslenmeden önce bünyesindeki nemi uzaklastirmak amaciyla PET granüller l 10 OC"de 12 saat etüvde kumtulmustur. Kurutulan PET granüller ve HAp, 150 devir/dakika vida hizina sahip ekstrüdere beslenmistir. Ekstrüder cihazindaki alti bölgenin (beslemeden ve 230 °C seklinde ayarlanmistir. %llden fazla olmak sartiyla HAp katkilanarak harmanlanan PET/HAp kompozitler granül halinde ekstrüderden alinmistir. Tablo 1. Enjeksiyon kaliplama makinesi proses parametreleri Vida Hizi (rpm) 50-100 Meme Çapi (mm) 2 KOVAN SlCAKLlGl (°C) ENJEKSIYON BASINCI Birinci] (MPa) 6 Enjeksiyon Hizi (g/s) 6 Çekim Hacmi (m3) 1.5 106 ÜFLEME GENISLEME KALIPLAMA 3506222 Soguk Preform Sicakligi (OC) 15 Ön Darbe (MPa) 0.09 Son Darbe (MPa) 1.5 Germe Çubugu Hizi (m/s) 0.75 Germe Çubugu Dis Çapi (mm) 12 2. Enjeksiyon Prosesi Ile Preform Üretimi: PET/HAp granüller, enjeksiyon kaliplamadan önce tekrar 12 saat boyunca 80 OC'de kurutulmus ve homojen bir karisim elde edebilmek için granüller iyice karistirilmistir. Preforin üretimi için kompozit karisimlar dikey enjeksiyon cihazi (YH-15V, Yuhdak Makine, Taiwan) kullanilarak preform kalip içine enjekte edilmistir. Üretilen preform ve sisenin boyutlari sirasiyla sekil 1 ve 2°de verilmistir. Dikey enjeksiyon cihazinda kalip sicakligi 15°C, nozul sicakliklari sirasiyla 265°C, 270°C, 280°C olarak seçilmistir. Diger proses parametreleri Tablo 1"de verilmistir. Saf PET kullanilarak üretilen preforrn agirligi 9 gr olarak belirlenmistir. 3. Gerdirme-Sisirme-Kaliplama Yöntemi (SBM) Ile Sise Üretimi: SBM makinesi yari otomatik ve özel üretimdir. SBM proses parametreleri ve preformun isitma firinindan çiktigi andaki preform yüzey sicaklik profili sirasiyla sekil 3 ve 4'de verilmistir. lsitma islemi firin içinde degisik pozisyonlara monte edilmis 8 adet IR lambalar vasitasiyla saglaninistir. Preform boyunca sicaklik 30- °C araligindadir. Diger bütün proses parametreleri sabit tutulmustur. Basinç 0.5 saniye boyunca 0.9 bar'da tutuldu, daha sonra 2 saniye araliklarla 25 bar'a kadar kademeli olarak arttirildi ve son olarak 2 saniye boyunca ayni basinçta tutuldu. Gerdirme çubugu hizi 0.75 m/s olarak alindi ve 0.375 saniyede sise tabanina ulasti. Preformlar yeniden isitma firinindan alindiktan hemen sonra bir gerdinne ve sisirme islemine tabi tutuldu. Sisirme islemi sirasinda kalip sicakligi 20 CC, kalipta kalma süresi ise 2 saniye olarak belirlendi. TR TR TR