The investigation of the water vapour diffusion rate through polymeric and nanocomposite membranes

Dyfuzja to powszechne w przyrodzie zjawisko, które człowiek wykorzystuje w swoim życiu, od wymiany gazowej w płucach po budowanie specjalistycznych urządzeń. W niniejszej pracy wyznaczono szybkość dyfuzji pary wodnej dla różnych membran wykonanych z polimerów i nanokompozytów, w celu ich porównania i znalezienia odpowiedniej do oznaczenia parametru jakim jest aktywność wody. Materiały, z których je wykonano – politetrafluoroetylen (PTFE), kapton, polikaprolakton (PCL) znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, m.in w budownictwie, przemyśle chemicznym czy farmaceutycznym. Do pomiarów użyto aparat Dynamic Vapour Sorption DVS Resolution firmy Surface Measurement Systems (SMS) Ltd., który jest wysoce specjalistycznym i czułym sprzętem, za pomocą którego można badać sorpcję par, wyznaczyć współczynnik przenikania wody oraz szybkość dyfuzji. W pomiarach wykorzystana została komora dyfuzyjna Payne’a, w której umieszczano wybraną membranę. Wykazano, że szybkość dyfuzji przez folię do żywności zwiększa się pod wpływem wzrostu temperatury i ustalono, że membrana z polikaprolaktonu jest najbardziej odpowiednia do pomiarów aktywności wody, a pozostałe odrzucono, ze względu na nieliniowe spadki masy, niepowtarzalność wyników lub zbyt długi czas pomiarów.

Diffusion is a common phenomenon in nature that humans use in their lives, from gas exchange in the lungs to building specialised equipment. In this thesis, the water vapour diffusion rate was determined for different membranes made of polymers and nanocomposites, in order to compare them and find a suitable one for determining the water activity parameter. The materials of which they are made - polytetrafluoroethylene (PTFE), kapton, polycaprolactone (PCL) - are used in many industries, such as in the construction, chemical and pharmaceutical industries. For the measurements, the Dynamic Vapour Sorption DVS Resolution Analyser from Surface Measurement Systems (SMS) Ltd. was used, which is a highly specialised and sensitive instrument with which vapour sorption, moisture vapour transmission rate and rate of diffusion can be tested. A Payne diffusion cell was used in the measurements, in which the selected membrane was placed. It was shown that the rate of diffusion through the food wrap increased with increasing temperature and it was decided that the polycaprolactone membrane was the most suitable for water activity measurements, while the others were rejected due to non-linear loss of mass, non-repeatability of results or excessive measurement time.