Development of high barrier pet foils and investigation of thermal, mechanical and oxygen barrier properties

Abstract

Gıdanın oksijen ile temasını kesmek amacıyla PP (Polipropilen), PET (Polietilen tereftalat), PVC (Polivinil klorür) ve PS (Polistiren) gibi çeşitli polimerlerden mamül ambalajlar oksijen bariyeri yüksek EVOH (Etilen vinil alkol), PVDC (poliviniliden klorür), PA (Poliamid), COC (Sikloolefin kopolimer) gibi polimerler ile modifiye edilirler. Oksijene duyarlı gıdalar genelde pasif bariyer özelliği gösteren ve geri dönüşümü mümkün olmayan bu ambalajlar içerisinde vakum ya da modifiye atmosfer ortamında ambalajlama (MAP) yapılarak saklanır. Bu çalışmada, koekstrüzyon yöntemi ile çok katmanlı yapıda yüksek oksijen bariyerine sahip aktif PET folyo geliştirilmesi, optimum üretim proses şartlarının belirlenmesi ve özelliklerinin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. A/B/A sandviç ve A/B asimetrik yapı olmak üzere geliştirilen çok katklı aktif PET folyo üretiminde oksijen tutucu madde (OS) PET matrisine ekstrüzyon işlemi sırasında entegre edilmiştir. Yalnızca PET ve PET bazlı hammaddelerden oluşan aktif PET folyo ile geri dönüşümlü malzemelerin kullanılmasına imkan verilerek; çevreye duyarlı yeni bir ürün geliştirilmiştir. Çalışmalar sonrasında gıdanın raf ömrünü uzatan aktif ve pasif bariyer özelliği gösteren yeni nesil rijit PET ambalaj elde edilmiştir. Böylelikle modifiye ortamda ve vakum altında %2'ye kadar bulunan oksijen konsantrasyonunu minimize edilebilmekte ve dışarıdan transfer olabilecek oksijeni engellemektedir.23°C sıcaklık, %0 bağıl nem ve 1 atmosfer basınç altında aktif PET ürünlerin OTR (oksijen transfer katsayısı) değerlerinin 0 ila 0,02 cc/(m2.gün) arasında olduğu görülmüştür. Sonuçlar standard PET ve PET//PE/EVOH/PE laminasyonlu folyolar ile karşılaştırıldığında aktif PET folyo çok daha düşük oksijen geçirgenlik değerine sahiptir. 6 aylık yaşlandırma sonucunda da aktif PET folyoların oksijen geçirgenlik değerlerinde bir artış gözlemlenmemiştir.Optik özellikleri, mekanik özellikleri, ısı ile yapışma ve termoform yöntemi ile şekillendirme özelliklerinden ödün vermeden geliştirilen aktif PET folyo, oksijene hassas gıdalarda raf ömrünü uzatabilecek çok ciddi bir potansiyele sahiptir.

To prevent the food contact with the oxygen, packaging materials such as PP (Polypropylene), PET (Polyethylene terephthalate), PVC (Polyvinyl chloride) and PS (Polystyrene) are modified with high barrier polymers which are EVOH (Ethylene vinyl alcohol), PVDC (Polyvinylidene chloride), PA (Polyamide) and COC (Cyclic Olefin Copolymer). In general, oxygen sensitive products are packed in these kind of non-recyclable packaging materials under vacuum or modified atmosphere (MAP). In this thesis, with the help of coextrusion technology, development of high oxygen barrier active PET sheet, determination of optimum process conditions and investigation of active PET sheet's properties studies were carried out. In the production of multilayer active PET sheet, included A/B/A sandwich and A/B asymmetric structures, oxygen scavenger (OS) was blended into the PET matrix during extrusion process. With the active PET sheet which is consist of just PET and PET based additives, enabling usage of recyclable material; environmentally friendly new product was developed.After all studies, new generation rigid PET packaging material was obtained which is prolonging shelf life of food and having active and passive barrier properties. Thus, residual oxygen concentration which present in the package under vacuum or modified atmosphere up to 2% can be minimized and oxygen passing through the package coming from outside can be blocked.Under 23 °C temperature, 0% relative humidity and 1 atmosphere pressure active PET products' OTR (oxygen transfer rate) values were tested and found between 0 and 0.02 cc/(m2.day.bar). When the results were compared with standard PET and PET//PE/EVOH/PE laminated sheet, active PET sheet have very low oxygen transmission rate. After 6 months aging to the active PET sheet, there were no increment in oxygen transfer rates.Without sacrificing properties such as optical, mechanical, heat sealability and thermoforming, the developed multilayer active PET sheets have a significant potential in the shelf-life extension of oxygen sensitive food products.