Thesis - Tumb1.biblio.tu-muenchen.de - Technische Universität ...

vielen Fällen gehen diese Modelle jedoch entweder von physikalischen inkorrekten
Bedingungen aus: wie etwa bei Mercea et al. [87], Czeremuszkin et al. [89,91] Yanaka et al. [98] aus. Oder sie verwendeten Näherungen, um das gestellte
Permeationsproblem zu lösen: z. B. Prins und Hermans [85] und das darauf aufbauende
Modell von Mercea et al. [86].
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Da in den meisten Fällen keine direkte Überprüfung der modellierten
Permeationsergebnisse mit experimentell ermittelten Werten stattfand, muss die Frage
geklärt werden, ob und in welchem Maß die verschiedenen Modelle die Realität
abbilden. Zu diesem Zweck wurden eigene numerische Modelle mit hoher
Rechengenauigkeit erstellt. Bei vorgegebener Defektgröße und -häufigkeit zeigen sich
so Unterschiede in den berechneten Permeationsraten zwischen den einzelnen Modellen
von bis zu 50%; siehe hier Abschn. 6.3, S. 130.
Lediglich die numerischen Methoden scheinen hier eine akzeptable Vorhersage der
experimentellen Ergebnisse zu ermöglichen. Des weiteren sind lediglich die
dreidimensionalen numerischen Simulationsmethoden in der Lage unterschiedliche
Defektformen und auch eine Wechselwirkung der Defekte untereinander physikalisch
korrekt zu berücksichtigen. Zylindersymmetrische Betrachtungsweisen scheitern hier.
Daher sollte zur quantitativen Berechnung auf dreidimensionale numerische Methoden
zurückgegriffen werden.
2.4 Beschichtung von Substraten im Vakuum
Wie bereits zu Beginn des Grundlagenkapitels angedeutet führt die Wechselwirkung des
verpackten Produkts mit Gasen, Dämpfen oder Aromen mit der Umgebung zu einer
Verschlechterung der Produktqualität. Da die Permeationsrate indirekt proportional zur
Foliendicke ist, kann die Barrierewirkung durch eine Foliendickenerhöhung verbessert
werden. Dieser Barrieregewinn ist jedoch im Vergleich zu anderen Maßnahmen relativ
gering. Durch Verdopplung der Foliendicke reduziert sich so die Durchlässigkeit nur um
die Hälfte. In vielen Fällen wird jedoch eine sehr hohe Barriere benötigt. Die Folie
müsste daher äußerst dick sein, was deutlich höhere Kosten verursacht und die
Flexibilität der Verpackung reduziert. Ein anderer Lösungsweg wäre der Einsatz anderer
Polymere, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung eine höhere
Barrierewirkung gegenüber den permeierenden Stoffen besitzen. In den meisten Fällen
ist dies ebenfalls keine praktikable Lösung, da solche Spezialpolymere ebenfalls hohe
Kosten mit sich bringen.
Ruft man sich nun das Laminat-Modell in Erinnerung, so besagt dies gerade, dass bereits
eine dünne Schicht mit hoher Sperrwirkung die Barriereeigenschaften des
Gesamtverbunds bestimmt. Wie im Abschnitt zur Permeation durch Metalle gezeigt
wurde, weisen Metalle für lebensmitteltechnisch relevante Gase oder Dämpfe eine
verschwindend geringe Permeationsrate auf. Daher bietet es sich an, dünne