Polimerik gıda ambalaj malzemelerinde gaz difüzyonunun ve geçirgenliğinin moment tekniği ile belirlenmesi
Determination of gas diffusion and permeability of polymeric food packaging materials with moment technique
Yazar: İSMET BURAK BOZKURT
Danışman: PROF. DR. CEVDET AKOSMAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Difüzyon = Diffusion ; Geçirgenlik = Permeability ; LDPE = Low density polyethylene ; Moment tekniği = Moment technique ; PVC = PVC ; Çözünürlük = Solubility

Özet:
Gıdaların kötü koku, gaz, ışık ve nem gibi etkilerden korunması için polivinilklorur (PVC), polietilen (PE), polipropilen (PP), polistiren (PS) ve poliamid (PA) gibi polimerlerden üretilen membran yapılı gıda ambalaj malzemeleri sıklıkla kullanılmaktadır. Bundan dolayı gaz ve buharların polimerik ambalaj malzemelerindeki difüzyon, çözünürlük ve geçirgenlik gibi taşınım parametrelerinin bilinmesi polimerik ambalaj malzemesi seçiminde önemli bir rol oynamaktadır.
Bu çalışmada, polimerik gıda ambalaj malzemelerinden PVC streç film ve LDPE buzdolabı poşetlerindeki N2, He ve CO2 gibi gazlar ve H2O buharının taşınımı çift taraflı dinamik difüzyon hücresi kullanılarak farklı sıcaklıklarda (30, 40 ve 50 °C) ve izobarik ve izobarik olmayan şartlarda (2-20 kPa basınç farkı) çalışıldı. Gaz izleyicilerin ve su buharının ambalaj malzemelerindeki difüzyon (De), çözünürlük (S) ve geçirgenlik (Pe) katsayıları deneysel olarak elde edilen sıfırıncı ve birinci mutlak moment verilerinin analizi ile belirlendi. 
İzobarik şartlarda ve çalışılan sıcaklıklarda gazların ve su buharının PVC'deki De değerlerinin He>CO2>N2>H2O sırasında, S değerlerinin H2O>CO2>N2>He sırasında ve Pe değerlerinin ise CO2>He>N2> H2O sırasında azaldığı gözlendi. LDPE ise gazların De değerlerinin He>CO2>N2 sırasında, S değerlerinin CO2>N2>He sırasında ve Pe değerlerinin ise ise CO2>He>N2 sırasında azalma gösterdiği belirlendi. LDPE'nin gaz ve su buharına karşı PVC'ye göre daha geçirgen özellik gösterdiği gözlendi.
İzobarik şartlarda gazlar ve su buharının PVC ve LDPE ambalaj malzemelerindeki De ve Pe değerlerinin sıcaklıkla artış gösterdiği, S değerlerinin ise sıcaklıkla azaldığı gözlendi. Basınç farkının artmasıyla birlikte De, S ve Pe değerlerinde belirgin bir değişim olmadığı görüldü.

Abstract:
Food packaging materials, which are in membrane nature, produced from polymers such as polyvinylchloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS) and polyamide (PA) are frequently used to protect foods from bad odors, gas, light and moisture. Therefore, knowing the transport properties of gases and vapors through polymeric packaging materials plays an important role in the choice of polymeric packaging materials.
In this study, the transport of gases such as He, N2 and CO2, and H2O vapor through polymeric food packaging materials, such as PVC stretch film and LDPE refrigerator bags using different temperatures (30, 40 and 50 °C) at isobaric and non-isobaric conditions (2 -20 kPa pressure difference) was studied. The coefficients of diffusion (De), solubility (S) and permeability (Pe) of gas tracers and water vapor through the packaging materials were determined by analysis of zero and first absolute moment data obtained experimentally.
At isobaric conditions and for all temperatures studied, De values of gases and water vapor in PVC decreased in the order of He> CO2> N2> H2O and S values followed the order of H2O> CO2> N2> He while Pe values decreased in the following order: CO2> He> N2> H2O. For LDPE, De values of gases decreased in the order of He> CO2> N2, S values followed the order of CO2> N2> He and Pe values  decreased by following the order of CO2> He> N2. LDPE was found to be more permeable than PVC against gas and water vapor.
At isobaric conditions, the values of De and Pe of gases and water vapor in PVC and LDPE packaging materials increased with temperature while S values decreased with the incresing temperature. There was no significant change in the values of De, S and Pe with increasing pressure difference.