YAPI MALZEMESİ SEÇİMİ

YAPI MALZEMESİ

SEÇİMİ

İçerik

• Giriş

• Gıda ile temas eden materyallerin kullanımına yönelik düzenlemeler

• Materyal – Östenitik paslanmaz çelik

 Yüzey karakterizasyonu - Pürüzlülük

 Yüzey uygulamaları

 Pürüzlülüğün temizlik üzerine etkileri

 Paslanmaz çelik korozyonu

• Materyal - Elastomerler

• Materyal - Plastikler

Source: Lorenzen, Tuchenhagen GmbH

Kapalı Yüzeyler

Açık Yüzeyler

Direktif 2006/42/EC (Makineler için)

Gıda, kozmetik ya da eczacılık ürünleri ile temas eden tüm makine yüzeyleri mutlaka:

• Pürüzsüz olmalı ve çatlak/yarık içermemelidir

• Kolaylıkla temizlenebilmeli ve dezenfekte edilebilmelidir

Makineler her kullanım öncesi temizlenebilecek şekilde tasarlanmalıdır Bu mümkün değilse tek kullanımlık (atılabilir) parçalar içermelidir.

Gıda ile temas halindeki ekipmanların

kullanımına yönelik düzenlemeler

Gıda ile temas halindeki ekipmanların kullanımına yönelik düzenlemeler

Yönetmelik (EC) 1935/2004- Gıda ile temas eden ekipman, ekipman parçası ve eklentileri

Amaç:

•“

vermemelidir

.

•(a) İnsan sağlığını tehlikeye atabilir ya da

•(b) Gıda kompozisyonunda arzu edilmeyen değişimlere yol açabilir ya da

•(c) Gıdanın duyusal özelliklerinde bozulmalara neden olabilir.”

Gıda ile temas halindeki ekipmanların kullanımına yönelik düzenlemeler

EN 1672-2 (2010)- Gıda işleme makinelerinin hijyenik tasarımı

Korozyona direnç

(elektro) kimyasal strese direnç Toksik-olmama

Zararlı maddeler açığa çıkarmamalı ve /veya meydana getirmemeli Adsorbe olmama

Gıdada olumsuz etki yaratabilecek bileşenleri tutmamalı

Gıda ile temas halindeki ekipmanların kullanımına yönelik düzenlemeler

•EN 1672-2 (2010)- Gıda işleme makinelerinin hijyenik tasarımı

Yüzeyler

• Ürün kalıntılarının birikebileceği çatlaklar içermemelidir

• İstenmeyen koku, aroma ya da boya maddesini gıdaya taşımamalıdır

• Çatlama, parçalanma ve/veya örselenmelere karşı dirençli olmalıdır

• Temizlenebilmeli, dezenfekte edilebilmeli ve pürüzsüz olmalıdır (≤ Ra 0,8 µm)

ANCAK: Ra değeri yüzey karakterizasyonu için tek başına yeterli olmamaktadır

Metaller

•Ürün temas yüzeyleri

Paslanmaz çelik (östenitik)

EN 1.4301 AISI 304 X5CrNi18-10 EN 1.4305 AISI 303 X8CrNiS18-9

EN 1.4401 AISI 316 X5CrNiMo17-12-2 EN 1.4404 AISI 316L X2CrNiMo17-12-2 EN 1.4435 AISI 316L X2CrNiMo18-14-3 EN 1.4541 AISI 321 X6CrNiTi18-10

EN 1.4571 AISI 316Ti X6CrNiMoTi17-12-2

• Avrupa Birliği düzeyinde farklı karakteristiklere sahip paslanmaz çelik malzeme kullanımına yönelik bir düzenleme

bulunmamaktadır

Metaller

•Ürün ile temas etmeyen yüzeyler

Paslanmaz çelik

Alüminyum

• Anodizasyon (oksidasyona karşı koruyucu tabaka ile kaplama)

Orta sertlikte çelik– yüzeyi kaplanmış

• Aktif primer ve metalik üst kaplaması

• Nikel kaplama

Östenitik paslanmaz çelik

Alaşım elemanları

• Demir, karbon, krom ve nikel alaşımlar, en az %18 Cr ve %8 Ni

Özellikler

• Şekillenebilme ve kaynaklanabilme

• Manyetik olmama

• Korozyona karşı yüksek direnç

Çalışma aralığı (gıda, ilaç, biyoteknoloji)

• Alet ve taşıyıcıların imalatı

• Boru ve eklentileri

Çalışma aralıkları

•Düşük klorür içerikli ürünler

• AISI 304 ya da EN 1.4301 (Uyarı: paslanmaya bağlı delinme)

•Klorürlü ürünler, orta düzey sıacaklık (<60°C)

• AISI 316 ya da EN 1.4401 (Uyarı: Strese bağlı korozyon)

• AISI 316L or EN 1.4404

•Klorürlü ürünler, yüksek sıcaklık (60-150°C)

• AISI 410 ya da EN 1.4006 (strese bağlı korozyon yok)

Yüzey karakterizasyonu

•Pürüzlülüğün aritmetik ortalaması Ra, Ortalama mesafe Rz

Kaynak: Alfredo Calvimontes, Topographic characterization of polymer materials at different length scales and the mechanistic understanding of wetting phenomena, PhD Thesis, TU Dresden

Geometrik yüzey- Gerçek yüzey

Yüzey A ve B R

= 1.164 µm

R

= 10.335 µm S

= 1.146

R

= 1.157 µm R

= 6.617 µm S

= 1. 007

• Yüzey örneği

S

gerçek yüzeyi karakterize etmektedir.

Kaynak: IPF Dresden

Yüzey uygulaması- Polisaj ( electropolishing )

•Tanım

•DC ve asit (fosforik ve sülfürik asit karışımı) ile metalik bir parçanın (minimum 15 µm) uzaklaştırılması

•Sonuç

• Yüzey profili mikrometre boyutunda pürüzsüzleştirilmektedir

• Düşük yüzey pürüzlülüğü, homojen olmayan tabakaların/ yapıların uzaklaştırılması

• Geçirgen olmayan ve çatlak içermeyen yüzey yapısı oluşumu

• Korozyona karşı mükemmel direnç (pasivasyon)

Yüzey uygulaması- Asitle temizleme

•Tanım

• Yüzey kalıntılarını gidermek amacıyla asit uygulaması (tortu, oksit, pas vb…)

•Amaç

• Paslanmaz çelik yüzeylerde pasif tabaka oluşturmak

•İşlem

• Asit banyosuna daldırma (nitrik asit ve hidroflorik asit), asit hamuru kullanmak

(paste)

• Asidi tamamen uzaklaştırmak amacıyla su ile çalkalama

•Sonuç

• Polisaj yönteminden daha belirgin bir yüzey pürüzlülüğü

Yüzey uygulaması- Pasivasyon

Tanım

Genellikle krom oksit uygulaması ile yüzeyde oksit tabakası oluşturmak (pasif tabaka)

İşlem

Okside edici bir asit ile muamele (nitrik asit, yüksek konsantrasyon vb..).

Pasivasyon geniş aralıklarla tekrar edilmelidir.

Korozyon

•Özellikle klorürlerin varlığında paslanmaz çelik yüzeylerde lokal korozyonlar görülmektedir

•Gıda endüstrisinde klorür kaynakları:

•Su kaynakları: Isıtma, soğutma ya da işleme suları

•Deterjan ve sanitasyon formülasyonları: Bazıları sodyum hipoklorit ya da organik klor temellidir

•Salamura: Gıda endüstrisinde soğutucu ajan olarak kullanıldıkları gibi gıdaların hazırlanmasında da yararlanılmaktadır (peynir, et ya da kuru gıdalar vb..)

•Ürünler: Birçok gıda sodyum klorür içermektedir.

Korozyon tipleri

•Yarık/çatlak korozyonu

• Yarık/çatlak varlığı gereklidir

• Üretim ya da işletim sırasında da meydana gelebilir (depozit oluşumu vb..)

• Aşındırma ile benzer mekanizmaya sahiptir

Korozyon tipleri

• Stres korozyon çatlağı

• 3 koşulun eşzamanlı varlığı zorunludur:

I. Yüzey gerilme stresi etkisi altında olmalıdır,

II. Özel bir korozyon kaynağının varlığı zorunludur (örneğin klorür iyonları varlığı),

III. Materyalin stres korozyon çatlağına doğru yer değişimi gereklidir

• Östenitik CrNi- ve CrNiMo-çelikler stres korozyonuna karşı (östenitik-)i ferritik

çeliklerden daha duyarlıdır

Elastomerler

Özellikler

• Oldukça elastik  kapama, conta ve hortum için tercih edilen malzemelerdir

• Polimerler, dolgu maddeleri ve plastizerlerin yer aldığı kompoze bir

yapıdadırlar  istenilen fiziksel yapıya kavuşturulmak üzere optimize edilebilirler

Şişme ve çekme

• İşleme sıvılarını absorbe ederek şişebilirler

• Bileşenlerinin degradasyonu (yıkımı), çözünmesi ya da dışarı sızması sonucu çekebilirler

• Sıcaklık değişimi ile de şişebilir ya da çekebilirler

• EPDM yağ ve/veya gres yağını absorbe edebildiklerinden şişebilirler

Elastomerler

Özellikler

Sıkıştırma

• Belirli bir deformasyon kuvveti uygulandıktan sonra materyalin eski boyutuna ulaşabilme yeteneğinin ölçümü

Yapışma (adhezyon)

• Yüksek sıcaklıklarda conta vb. materyaller muhafaza kutularına

yapışabilmektedir

Plastikler

•PE (Polietilen) kaplar vb..

•PP (Polipropilen) bileşenler (içme suyu)

•PVDF (Polivinildien) bileşenler (ultra saf su)

•PTFE (Politetrafloroetilen) bileşenler (kaplamalar) 1. PTFE gözenekli yapıya sahiptir

PMMA (Polymethylmethacrylat) perspex

!

Plastikler

Davranış

Ultraviyole ışık ve ozon

• UV radyasyona maruz kalma (UV sterilizasyon ya da güçlü güneş ışığı) ya da ozon uygulaması kolaylıkla kırılmalara/yarılmalara neden olmaktadır

Hidroliz

• Yüksek sıcaklıklarda uzun süre tutulan plastiklerde hidrolitik bozulmalar gözlenmektedir (çatlama, yarılma veya mekanik kusurlara yol açmaktadır)

Asitlik

Birçoğu pH’ya duyarlıdır

• Polivinildienflorid güçlü asidik koşullara direnç göstermektedir

• Polietereterketon güçlü alkali koşullara direnç gösterirken asidik koşullara karşı zayıftır

Plastikler

Davranış

Elektrostatik yükler

• Birçoğu elektrostatik yükleri üzerlerinde topladıklarından toz ve bakteri birikimine neden olabilmektedir

• Anti-statik ajanlar mutlaka gıda uygulamalarına uygun olmalıdır

Faz değişimleri

• Birçoğu belirli sıcaklıklarda faz değişimine uğramaktadır

Sünme

• Birçok polimer düşük stres koşullarında plastik benzeri davranış sergilemektedir ağır

ilerleyen bir boyut değişimine yol açmaktadır

Yüzey kaplama materyalleri

•Metal yüzeyleri farklı kaplama malzemeleri ile kaplanabilmektedir

Uygulamalar

•Yapışmayı önleyici kaplamalar (anti-adhesive coatings) (silindirler, taşıma kapları, vidalar, bıçaklar vs..)

• Aşınan parçacıkların (flakes) koparak gıdayı kontamine etme riski bulunmaktadır

• Kaplama malzemeleri mutlaka belirgin bir renge sahip olmalıdır

•Renk verici madde mutlaka gıda uygulamalarına uygunluk göstermelidir

•Uygulanan yüzeye yeterli düzeyde yapışmalı ve malzemenin kullanım süresince bu özelliğini korumalıdır

Hijyenik tasarımlarda kullanılan materyaller

•PTFE, FEP, PFA vb..

Seramik materyaller

Yasal düzenleme

•Direktif 84/500/EEC (bazı değişikler yapılmıştır, Direktif 2005/31 gibi..)

Uygulamalar

•Makine yatağı, mekanik kaplamalar, sensörler, kaplama elemanları vb..

•Kimyasal uygulamalara, yıpranmaya ve yüksek sıcaklıklara karşı mükemmel direnç göstermektedirler

•Kırılmalar tehlike kaynağı olarak görülmektedir

Hijyenik tasarımlarda kullanılan malzemeler

•Silikon karbid, alüminyum oksit

•Zirkonyum oksit, krom oksit

Cam

• Kimyasal olarak stabil

• Kırılabilir. Gıda ile temas eden yüzeylerde kullanımından kaçınılmalıdır

• Gıda ile temas etmeyen yüzeylerde kullanılması durumunda NSF/ANSI 51 Food Equipment Materials tebliğinde yer alan koşullara uygunluk göstermesi gerekmektedir.

• Cam malzemelerin kullanımı durumunda yazılı bir uyarı mekanizması oluşturulmalı ve

cam ekipmanların düzenli kontrolleri gerçekleştirilmelidir