Gasdurchlässigkeit: Was ist das, wie wird sie gemessen und warum ist sie wichtig?
Die Gasdurchlässigkeit ist eine Materialeigenschaft, die beschreibt, wie leicht ein Gas ein Material durchdringen kann.
Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, wenn ein Material als Barriere eingesetzt wird, um ein Produkt vor der äußeren Umgebung zu schützen oder umgekehrt den Gasaustausch zwischen dem Inneren und dem Äußeren einer Verpackung zu kontrollieren.
Die Messung der Gasdurchlässigkeit ermöglicht es daher, das Verhalten von Folien, Barrierematerialien und Verpackungsstrukturen zu charakterisieren und unterschiedliche Lösungen miteinander zu vergleichen.
Die Gasdurchlässigkeit beschreibt somit das Verhalten eines Materials gegenüber dem Durchtritt einer bestimmten Substanz. Weitere Informationen zur Messung und zu den wichtigsten Prüfverfahren finden Sie unter [Permeabilità ai gas: misura e analisi → Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse].
Was ist Gasdurchlässigkeit?
Wird ein Material zwischen zwei Umgebungen mit unterschiedlichen Gaskonzentrationen oder Gasdrücken platziert, können Gasmoleküle das Material durchdringen.
Die Gasdurchlässigkeit beschreibt, wie leicht dieser Vorgang stattfindet.
Ein Material mit geringer Gasdurchlässigkeit behindert den Gasdurchtritt stärker und kann daher eine höhere Barrierewirkung bieten. Ein durchlässigeres Material lässt unter denselben Prüfbedingungen dagegen mehr Gas hindurch.
Die Gasdurchlässigkeit ist jedoch keine absolute Materialeigenschaft: Der gemessene Wert hängt auch vom untersuchten Gas und von den Bedingungen ab, unter denen die Prüfung durchgeführt wird.
Wovon hängt die Durchlässigkeit eines Materials ab?
Das Verhalten eines Materials gegenüber Gasen kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden.
Zu den wichtigsten gehören:
- Materialtyp;
- chemische Struktur;
- Dicke;
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- Art des Gases;
- Struktur der Probe.
Auch mehrere Materialschichten, Beschichtungen (Coatings) oder Oberflächenbehandlungen können das Verhalten der fertigen Struktur wesentlich verändern.
Beim Vergleich unterschiedlicher Materialien ist es deshalb wichtig, nicht nur den ermittelten Wert, sondern auch die Bedingungen zu berücksichtigen, unter denen die Messung durchgeführt wurde.
Warum ist Gasdurchlässigkeit wichtig?
Die Gasdurchlässigkeit kann bei der Entwicklung von Materialien, die ein Produkt schützen sollen, eine entscheidende Rolle spielen.
Bei Verpackungen kann beispielsweise die Fähigkeit, den Durchtritt von Sauerstoff, Wasserdampf oder Kohlendioxid zu begrenzen, ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der Materialstruktur sein.
Die Charakterisierung der Gasdurchlässigkeit kann dazu dienen:
- unterschiedliche Materialien zu vergleichen;
- die Leistungsfähigkeit einer Barrierefolie zu überprüfen;
- neue Materialstrukturen zu entwickeln;
- die Auswirkungen einer Änderung des Materials oder der Dicke zu bewerten;
- eine Materiallösung zu qualifizieren;
- die gleichbleibende Leistungsfähigkeit zu kontrollieren.
Das durch die Prüfung ermittelte Ergebnis liefert somit einen quantitativen Parameter, der Entscheidungen während der Entwicklung und Qualifizierung eines Materials unterstützt.
Welche Gase werden untersucht?
Das für eine Prüfung verwendete Gas hängt von der Anwendung und von der zu charakterisierenden Eigenschaft ab.
Zu den wichtigsten Prüfmedien gehören:
- Sauerstoff (O₂);
- Kohlendioxid (CO₂);
- Wasserdampf.
Für Sauerstoff wird üblicherweise der Parameter OTR (Oxygen Transmission Rate) verwendet, während die Wasserdampftransmission durch den WVTR (Water Vapor Transmission Rate) beschrieben wird. Für Kohlendioxid ist der entsprechende Parameter CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate).
Diese Parameter beschreiben die Transmission unterschiedlicher Gase beziehungsweise von Wasserdampf und sind nicht gleichzusetzen: Jede Messung charakterisiert ein spezifisches Verhalten des Materials.
Zu den wichtigsten Messgrößen gehören die Sauerstofftransmission, angegeben als OTR, die Wasserdampftransmission, angegeben als WVTR, und die CO₂-Transmission, angegeben als CO₂TR. Weitere Informationen:
- [Permeabilità all’ossigeno e OTR → Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR]
- [Permeabilità al vapor d’acqua e WVTR → Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR]
- [Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR → CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR]
Wie wird die Gasdurchlässigkeit gemessen?
Die Messung erfolgt, indem die Probe in ein Prüfsystem eingesetzt wird, das zwei Umgebungen voneinander trennt. Anschließend wird sie definierten Prüfbedingungen ausgesetzt.
Das Gas wird auf einer Seite des Materials zugeführt, während das System die Menge erfasst, die durch die Probe hindurchtritt.
Das Prüfergebnis hängt von den eingestellten Bedingungen und den Eigenschaften des Materials ab. Deshalb müssen Temperatur, Feuchtigkeit, Dicke, Messfläche und weitere Bedingungen entsprechend dem verwendeten Prüfverfahren festgelegt und kontrolliert werden.
Die Auswahl des Verfahrens und des Messgeräts hängt somit vom untersuchten Material, dem relevanten Gas und der Art der benötigten Information ab.
Eine ausführliche technische Übersicht zu Prüfverfahren und Messgeräten finden Sie unter [Permeabilità ai gas: misura e analisi → Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse].
Gasdurchlässigkeit und Barriereeigenschaften
Die Gasdurchlässigkeit steht in engem Zusammenhang mit den Barriereeigenschaften eines Materials.
Ein Barrierematerial wird so entwickelt, dass es den Durchtritt von Substanzen durch seine Struktur begrenzt. Bei Verpackungen kann sich diese Funktion je nach Anwendungsanforderung auf Sauerstoff, Feuchtigkeit oder Kohlendioxid beziehen.
Die Bewertung der Barriereeigenschaften basiert daher nicht auf einem einzigen Parameter. OTR, WVTR und CO₂TR ermöglichen es, unterschiedliche Aspekte der Materialleistung zu untersuchen.
Bei der Entwicklung einer Barriereverpackung ist es deshalb wichtig, zunächst festzulegen, welche Transmissionsvorgänge charakterisiert werden müssen.
Die Messung der Gasdurchlässigkeit ist somit eines der Verfahren zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien. Weitere Informationen: [Proprietà barriera dei film → Barriereeigenschaften von Folien].
Bei welchen Materialien wird die Gasdurchlässigkeit untersucht?
Die Gasdurchlässigkeit kann bei zahlreichen Materialien und Strukturen untersucht werden, darunter:
- Kunststofffolien;
- Barrierefolien;
- Mehrschichtfolien;
- Laminate;
- metallisierte Materialien;
- coextrudierte Strukturen;
- Materialien mit Beschichtungen (Coatings);
- starre und flexible Verpackungen.
Bei Mehrschichtstrukturen ermöglicht die Messung der vollständigen Materialstruktur, das Verhalten zu bewerten, das sich aus der Kombination der einzelnen Schichten ergibt.
Dies ist besonders wichtig, wenn die Barriereleistung von einem bestimmten Material oder von der Kombination mehrerer Komponenten abhängt.
Die Charakterisierung kann sich auf Kunststofffolien, Barrierefolien, Laminate und Mehrschichtstrukturen beziehen. Weitere Informationen zur Messung an Folien finden Sie unter [Misura della permeabilità dei film plastici → Gasdurchlässigkeit von Kunststofffolien messen] und [Misura della permeabilità dei film multistrato e laminati → Gasdurchlässigkeit von Mehrschichtfolien und Laminaten messen].
Warum sollte die Gasdurchlässigkeit während der Entwicklung gemessen werden?
Die Messung der Gasdurchlässigkeit kann in verschiedenen Phasen der Entwicklung eines Materials oder einer Verpackung eingesetzt werden.
Während der Konstruktion ermöglicht sie den Vergleich unterschiedlicher Lösungen. In der Qualifizierungsphase hilft sie, die Leistungsfähigkeit der ausgewählten Struktur zu überprüfen. Bei der Qualitätskontrolle kann sie zur Überwachung der gleichbleibenden Ergebnisse eingesetzt werden.
Ein messgestützter Ansatz ergänzt theoretische und konstruktive Daten somit um einen experimentellen Parameter, der direkt am Material ermittelt wird.
Weitere Informationen zur Gasdurchlässigkeit
Die Gasdurchlässigkeit umfasst verschiedene Messarten und Anwendungsbereiche.
Weitere Informationen zu verwandten Themen:
- [Permeabilità ai gas: misura e analisi → Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse]
- [Permeabilità all’ossigeno e OTR → Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR]
- [Permeabilità al vapor d’acqua e WVTR → Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR]
- [Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR → CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR]
- [Proprietà barriera dei film → Barriereeigenschaften von Folien]
Permeabilitätsmessung mit ExtraSolution
ExtraSolution bietet Lösungen zur Charakterisierung der Gasdurchlässigkeit von Folien, Barrierematerialien und Verpackungsstrukturen. Das Angebot umfasst Konfigurationen für die Messung von OTR, WVTR und CO₂TR.
Die Auswahl des geeigneten Messgeräts hängt vom Material, dem zu untersuchenden Gas und den erforderlichen Prüfbedingungen ab.
Möchten Sie die Gasdurchlässigkeit messen?
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[Contattaci → Kontaktieren Sie uns], um die für das zu untersuchende Material und die erforderlichen Prüfparameter passende Konfiguration zu finden.