determination of heat sealing and tensile properties of ldpe/lldpe blended packaging films

DETERMINATION OF HEAT SEALING AND TENSILE PROPERTIES OF

LDPE/LLDPE BLENDED PACKAGING FILMS

Feridun Şenol, Sevim Okumuş, Rahim İşler

AYPE/LAYPE KARIŞIMLI AMBALAJ FİLMLERİNİN ISIL YAPIŞMA VE GERİLME

DAYANIMI ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Feridun Şenol, Sevim Okumuş, Rahim İşler

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

3

Şekillendir-Doldur ve YapıştırFFS (Form-Fill&Seal)

Plastik ambalajın sektöründe kullanılan en yaygın otomatik dolum ve ambalaj uygulamalarından biridir

- Gıda ürünleri (şeker, kuru gıda, çerez, ekmek, bisküvi, kek, peynir ve süt ürünleri, taze ve işlenmiş et&balık, donmuş gıdalar, dondurma v.b.);

- Temizlik ürünleri/hijyenik ürünler;

- Medikal ve kozmetik ürünler;

- Evcil hayvan maması;

- Kimya ve petrokimya ürünleri (gübre, plastik hammadde)

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

4

Şekillendir-Doldur ve YapıştırFFS (Form-Fill&Seal)

FFS Aşamaları:

- Şekillendir

- Doldur

- Yapıştır

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

5

Şekillendir-Doldur ve YapıştırFFS (Form-Fill&Seal)

Isıl Yapışmanın iyi olmaması durumunda:

- ambalajlanan ürünün miktar kayıplarının önlenmesi,

- tazeliğinin ve aromanın korunması, - ürünün taşınması,

gibi bir ambalaja verilen önemli görevler yerine getirilememektir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

6

ISIL YAPIŞMA (Heat Sealing) MODELİ

Birinci adımda, basınç ve sıcaklık uygulamadan yapıştırılacak yarıkristal polimer film yüzeylerinin birbirleri ile yakın teması sağlanır.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

7

ISIL YAPIŞMA (Heat Sealing) MODELİ

İkinci adımda,

her iki filmin yapıştırılacak kısımlarındaki kristal faz ısıtılarak ergitilir ve eriyik haline dönüştürülür.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

8

ISIL YAPIŞMA (Heat Sealing) MODELİ

Üçüncü adımda,

BASINÇ ve ISININ etkisiyle, yapıştırılacak yüzeylerin birbirleri ile temas ettikleri bölümlerdeki makromoleküllerin hareketi başlar ve yüzeyler “ıslak” hale gelir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

9

ISIL YAPIŞMA (Heat Sealing) MODELİ

Dördüncü adımda, zaman ilerledikçe

“ıslak” yüzeylerde yer alan makromoleküllerin bir yüzeyden diğer yüzeye yayılmaları ve karışmaları gerçekleşir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

10

ISIL YAPIŞMA (Heat Sealing) MODELİ

Beşinci ve son adımda

Sıcaklık ve basınç etkisinden kurtulan yüzeyler soğumaya başlar ve yeniden kristalleşme gerçekleşir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

11

ISIL YAPIŞMA SORUNU

1. Yüzey işlemi (korona, alev) sırasında, yüzeyin en üst tabakasında oluşan çapraz bağlar, yüksek molekül ağırlıklı makromoleküllerin hareket kabiliyetini azaltmakta, ısıl yapışmada bir yüzeyden diğer yüzeye yayılmalarını ve karışmalarını engellenmektedir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

12

ISIL YAPIŞMA SORUNU

2. Uzun zincir dallanmalarına sahip AYPE filmlerinde üretim esnasında oluşan stres, ısıl işlem sırasında ortadan kalkmakta ve makromoleküllerde yumak haline dönme eğilimi gözlenmektedir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

13

AMAÇ:

Isıl Yapışma sorununa çözüm ararken, AYPE’nin uzun zincir dallanmalarınının yapışmaya olumsuz etkisini azaltmak için daha az ve daha kısa dallanmalara sahip LAYPE (Lineer Alçak Yoğunluklu Polietilen) ile karışımları hazırlanarak ısıl yapışma ve gerilme dayanımı özelliklerinin iyileşme gösterdiği en uygun karışım oranın tespit edilmesi amaçlanmıştır.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

14

AYPE/LAYPE KIYASLAMASI

AYPE LAYPE

Kısa zincir dallanması-sayısal Fazla Az

Kısa zincir dallanması-boyutsal Daha Uzun Kısa

Yoğunluk (g/cc) 0.910-0.925 0.915-0.930

Kristalleşme Oranı (%) 40-55 35-60

Mekanik özellikleri İyi Daha İyi

Optik özellikleri Daha İyi İyi

Shrink özellikleri İyi Vasat

İşlenmesi Kolay Zor

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

15

Deneysel:

Materyaller:

1. AYPE PETİLEN G03-21T (PETKİM A.Ş.)

-Erime Akış Hızı (190,2.16)=0.30 g/10 dk;

-Yoğunluk(23°C)=0.921 g/cm3

2. LAYPE DOWLEX NG 5056G (Dow Chemicals Co.)

-Eriyik Akış Hızı (190,2.16)=1.1 g/10 dk;

-Yoğunluk(23°C)=0.919 g/cm3

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

16

Film Çekimi Hazırlığı

KARIŞIM NO:

AYPE ORANI (%w)

LAYPE ORANI (%w)

1. 100 0

2. 90 10

3. 85 15

4. 80 20

5. 75 25

6. 70 30

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

17

Film Çekimi

Ekstruder: PLASTICISERS (D=63 mm, L/D=24) Ekstruder sıcaklıkları:

- bölgeler: 150oC, 180oC, 200oC, 210oC,

- adaptör: 210oC,

- kafa: 210oC Film çekme hızı: 5 m/dk; Film şişirme oranı: 1.5:1 Film kalınlığı: 50 μm (katkısız, şeffaf)

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

18

Isıl Yapışma Cihazı:

Tester Sangyo TP-701 Heat Seal Tester

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

19

Isıl Yapışma Koşulları:

Yapıştırma Sıcaklığı: 110°C, 120°C, 130°C, 140°C, 150°C,

Yapıştırma süresi: 0,1 saniye, Yapıştırma basıncı: 2 kgf/cm2

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

20

Isıl Yapışma (Heat Seal) Testi:

Isıl Yapıştırma sonrası Açılma testine hazırlanan numune örneği (genişlik: 1 cm)

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

21

Yapışma Dayanımı Testi:

- Dik yönde yapılan ısıl yapıştırmanın etkinliği Yapışma Dayanımı testi ile ölçülmüştür- Çene hızı: 500 mm/dk- Cihaz: Instron4411

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

22

Gerilme Dayanımı Testi:

Elde edilen filmlere Makine Yönünde (MY) ve Dik Yönde (DY) Gerilme Dayanımı testi uygulanmıştır

Yöntem: ASTM D882 (Çekme hızı: 500 mm/dk)

Cihaz: Instron4411

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

23

Bulgular ve Tartışma:

AYPE/LAYPE AYPE

Isıl yapışma bandı örnekleri

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

24

Bulgular ve Tartışma:

AYPE/LAYPE KARIŞIMLI FİLM (50 mic)

0

5

10

15

20

25

30

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35%

LAYPE Oranı (%)

Ya

pış

ma

Da

yan

ımı

(N/c

m)

120°C

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

25

Bulgular ve Tartışma:

SICAKLIK (°C)

SONUÇ (AÇILDI/AÇILMADI)

LAYPE ORANI (%w)

0 10 15 20 25 30

110 3/0 3/0 3/0 3/0 3/0 3/0

120 3/0 3/0 3/0 3/0 3/0 3/0

130 3/0 3/0 2/1 1/2 0/3 0/3

140 3/0 0/3 0/3 0/3 0/3 0/3

150 0/3 0/3 0/3 0/3 0/3 0/3

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

26

Gerilme Dayanımının LAYPE Oranına Bağlı Değişimi - KGD

Şekil 1. LAYPE oranının AYPE G03-21T'nin KGD değerine etkisi

AYPE G03-21T/LAYPE FİLM

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25 30 35

LAYPE ORANI (%)

KG

D (

kg/c

m2)

KGD-MY

KGD-DY

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

27

Gerilme Dayanımının LAYPE Oranına Bağlı Değişimi - KU

Şekil 2. LAYPE oranının AYPE G03-21T'nin KU değerine etkisi

AYPE G03-21T/LAYPE FİLM

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30 35

LAYPE ORANI (%)

KO

PM

AD

A U

ZA

MA

(%

)

KU-MY (%)

KU-DY (%)

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

28

Sonuç:

AYPE G03-21T ürününe LAYPE ilave edilmesinin yapışma sıcaklığının düşmesini ve aynı zamanda filmin dik yönde gerilme dayanımının da artmasını sağladığı tespit edilmiştir.

LAYPE’nin %20 oranına kadar etkili olduğu, bu nedenle FFS torbalama sisteminde kullanılan rulo film imalatında kullanılan AYPE G03-21T ürününe %20 oranında LAYPE ilave edilmesinin uygun olacağı düşünülmektedir.

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

29

Kaynaklar:

[1] S. Selke, Understanding Plastics Packaging Technology, 65-66, Hanser Publishers, Munich, 1997

[2] Meka P., F.C. Stehling, Heat Sealing of Semicrystalline Polymer Films. I. Calculation and Measurement of Interfacial Temperatures: Effect of Process Variables on Seal Properties, J. Applied Polymer Science, Vol.51, 89-103, (1994); John Wiley and Sons, Inc.

[3] Meka P., F.C. Stehling, Heat Sealing of Semicrystalline Polymer Films. II: Effect of Melting Distribution on Heat-Seal Behavior of Polyolefins, J. Applied Polymer Science, Vol.51, 105-119, (1994); John Wiley and Sons, Inc.

[4] Meka P., F.C. Stehling, Heat Sealing of Semicrystalline Polymer Films. III. Effect of Corona Discharge Treatment of LLDPE, J. Applied Polymer Science, Vol.51, 121-131, (1994); John Wiley and Sons, Inc.

[5] Cran et al., Characterizing Blends of Linear Low Density and Low Density Polyethylene, J. Therm. Anal. Cal., 81, 2005

09.12.2005 IV Uluslararası Ambalaj Kongresi, İzmir

30

KATILIMINIZ İÇİN TEŞEKKÜR EDERİZ