Flexible Verpackungen umfassen Folien, Laminate, Mehrschichtstrukturen, metallisierte Materialien und beschichtete Lösungen, die so konzipiert sind, dass sie mechanische, funktionelle und Barriereeigenschaften miteinander verbinden.
Die Fähigkeit einer Struktur, den Durchtritt von Gasen und Wasserdampf zu begrenzen, ist ein wichtiger Parameter bei der Charakterisierung von Verpackungen. Die Messung der Permeabilität flexibler Verpackungen ermöglicht es, diese Eigenschaften quantitativ zu bestimmen und unterschiedliche Materialien und Konfigurationen miteinander zu vergleichen.
Die wichtigsten verwendeten Parameter sind OTR, WVTR und CO₂TR. Sie beziehen sich auf die Transmissionsrate von Sauerstoff, Wasserdampf beziehungsweise Kohlendioxid.
Warum die Permeabilität flexibler Verpackungen messen?
Eine flexible Verpackung kann aus Materialien mit unterschiedlichen Funktionen bestehen. Die Kombination der einzelnen Schichten bestimmt die Eigenschaften der fertigen Struktur, die sich daher von den Eigenschaften der einzelnen Materialien unterscheiden können.
Die Charakterisierung der Permeabilität liefert Daten, die dazu dienen:
- Materialien und Strukturen miteinander zu vergleichen;
- die Leistungsfähigkeit von Folien und Laminaten zu überprüfen;
- den Einfluss von Schichtdicken und Beschichtungen zu bewerten;
- neue Lösungen auszuwählen;
- die Entwicklung von Verpackungen zu unterstützen;
- die langfristige Konstanz der Eigenschaften zu kontrollieren.
Die Ergebnisse können mit technischen Spezifikationen, internen Anforderungen und Daten alternativer Strukturen verglichen werden.
Welche Barriereeigenschaften sollten bewertet werden?
Die Wahl der Messung hängt von dem Gas oder der Substanz ab, deren Durchlässigkeit charakterisiert werden soll.
OTR – Oxygen Transmission Rate
Dieser Parameter gibt die Geschwindigkeit an, mit der Sauerstoff das Material durchdringt.
WVTR – Water Vapor Transmission Rate
Dieser Parameter gibt die Geschwindigkeit an, mit der Wasserdampf durch das Material hindurchtritt.
CO₂TR – Carbon Dioxide Transmission Rate
Dieser Parameter gibt die Geschwindigkeit an, mit der Kohlendioxid durch das Material hindurchtritt.
Die drei Messgrößen beschreiben unterschiedliche Vorgänge. Sie können einzeln oder kombiniert eingesetzt werden, wenn eine umfassendere Charakterisierung erforderlich ist.
Weitere Informationen zu den einzelnen Parametern:
OTR bei flexiblen Verpackungen
Die OTR-Messung ermöglicht es, das Verhalten eines Materials gegenüber Sauerstoff zu charakterisieren.
Bei flexiblen Verpackungen kann sie eingesetzt werden, um Folien und Barriereaufbauten zu vergleichen, unterschiedliche Konfigurationen zu bewerten und den Einfluss von Materialien, Schichtdicken oder Beschichtungen zu überprüfen.
Der OTR-Wert kann somit bei der Materialauswahl, der Entwicklung neuer Strukturen und der Kontrolle der Verpackungseigenschaften verwendet werden.
WVTR bei flexiblen Verpackungen
Der WVTR beschreibt die Transmission von Wasserdampf durch ein Material.
Dieser Parameter ist besonders relevant, wenn eine Verpackungsstruktur den Feuchtigkeitsaustausch mit der Umgebung begrenzen soll.
Die Messung ermöglicht es, unterschiedliche Folien und Laminate miteinander zu vergleichen und den Einfluss der Zusammensetzung, der Schichtdicke, der Mehrschichtstruktur und der Prüfbedingungen zu überprüfen.
Weitere Informationen: Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR: Messung und Analyse
CO₂TR bei flexiblen Verpackungen
Der CO₂TR gibt die Transmissionsrate von Kohlendioxid durch ein Material an.
Dieser Parameter kann verwendet werden, um bestimmte Verpackungsstrukturen zu charakterisieren und unterschiedliche Lösungen entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung miteinander zu vergleichen.
Bei Bedarf kann die CO₂-Messung durch OTR- und WVTR-Messungen ergänzt werden, um eine umfassendere Bewertung der Barriereeigenschaften zu ermöglichen.
Weitere Informationen: CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR.
Folien, Laminate und Mehrschichtstrukturen
Flexible Verpackungen können sehr unterschiedliche Konfigurationen aufweisen:
- einschichtige Folien;
- Mehrschichtfolien;
- Laminate;
- coextrudierte Strukturen;
- metallisierte Folien;
- Materialien mit Barrierebeschichtung;
- Verbundstrukturen.
Bei einschichtigen Folien ermöglicht die Prüfung eine direkte Charakterisierung des Materials.
Bei Laminaten und Mehrschichtstrukturen ergibt sich das Gesamtverhalten hingegen aus der Kombination der einzelnen Schichten. Daher kann es sinnvoll sein, die vollständige Struktur direkt zu untersuchen, insbesondere wenn unterschiedliche Konfigurationen miteinander verglichen werden sollen.
Weitere Informationen zur Messung solcher Strukturen: Permeabilität von Mehrschichtfolien und Laminaten messen.
Der Einfluss der Materialien und Schichten
In einer Mehrschichtstruktur kann jede Komponente auf unterschiedliche Weise zu den Gesamteigenschaften beitragen.
Eine Schicht kann die Barrierefunktion übernehmen, während andere mechanische oder schützende Funktionen erfüllen oder die Siegelbarkeit gewährleisten.
Durch die Messung der fertigen Struktur lässt sich das Ergebnis der Materialkombination experimentell überprüfen. Dabei können beispielsweise folgende Aspekte verglichen werden:
- unterschiedliche Barrierematerialien;
- verschiedene Schichtdicken;
- Schichtfolgen;
- Laminierlösungen;
- das Vorhandensein von Beschichtungen;
- alternative Strukturen.
Dieser Ansatz ist besonders nützlich, wenn die Leistungsfähigkeit der Verpackung vom Zusammenspiel mehrerer Materialien abhängt.
Faktoren, die die Messung beeinflussen
Die Permeabilität hängt nicht ausschließlich von der Zusammensetzung des Materials ab. Das Ergebnis kann auch von den Bedingungen abhängen, unter denen die Prüfung durchgeführt wird.
Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören:
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- Dicke der Probe;
- Prüfgas;
- Druck;
- Messfläche;
- Konditionierung und Vorbereitung der Probe.
Die Prüfbedingungen müssen entsprechend der verwendeten Methode festgelegt und konstant gehalten werden, wenn die Ergebnisse zum Vergleich unterschiedlicher Materialien oder Chargen herangezogen werden.
Wie wird die Prüfung durchgeführt?
Die Probe wird in die Messzelle eingesetzt und trennt dabei zwei Umgebungen mit definierten Bedingungen voneinander.
Das System führt das Prüfgas zu und erfasst die Menge, die das Material durchdringt. Anschließend wird das Ergebnis nach der gewählten Methode ausgewertet, um den gewünschten Transmissionsparameter zu bestimmen.
Die Probenvorbereitung ist ein integraler Bestandteil der Prüfung. Dicke, Abmessungen, Konditionierung und Einspannverfahren müssen mit der verwendeten Analysemethode übereinstimmen.
Permeabilitätsmessung bei der Verpackungsentwicklung
Bei der Entwicklung einer neuen Verpackung kann die Permeabilitätscharakterisierung dazu dienen, verschiedene Lösungen zu vergleichen, bevor die endgültige Struktur festgelegt wird.
Ein typischer Ablauf kann folgende Schritte umfassen:
Entwurf → Herstellung der Probe → Messung → Vergleich der Ergebnisse → Optimierung.
Quantitative Daten ermöglichen es, die Auswirkungen struktureller Änderungen zu überprüfen und Konfigurationen zu identifizieren, die den für das Projekt festgelegten Anforderungen am besten entsprechen.
Qualitätskontrolle und Qualifizierung
Die Permeabilitätsmessung kann auch in Qualifizierungs- und Qualitätskontrollprozesse integriert werden.
Prüfungen unter definierten Bedingungen ermöglichen den Vergleich von Materialien, Lieferanten und Chargen sowie die Überwachung der gleichbleibenden Leistungsfähigkeit.
Die Messungen können daher folgende Aktivitäten unterstützen:
- Qualifizierung neuer Materialien;
- Vergleich von Lieferanten;
- Überprüfung von Chargen;
- Produktionskontrolle;
- Überprüfung von Prozessänderungen;
- Überwachung der Eigenschaften der Verpackungsstruktur.
Der ermittelte Wert liefert eine quantitative Referenz, die mit Spezifikationen und früheren Ergebnissen verglichen werden kann.
Wie wählt man das geeignete Messgerät aus?
Die Wahl des Messgeräts hängt hauptsächlich von den benötigten Parametern und der Art der zu analysierenden Materialien ab.
Für die Messung von:
- OTR ist ein System zur Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit erforderlich;
- WVTR ist ein System zur Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit erforderlich;
- CO₂TR ist ein System zur Messung der CO₂-Durchlässigkeit erforderlich.
Wenn das Labor mehrere Eigenschaften untersuchen muss, kann eine kombinierte Lösung den Bedarf an separaten Messgeräten verringern.
Zusätzlich sollten die erforderlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen, die Art der Proben und das zu erwartende Prüfvolumen berücksichtigt werden.
ExtraSolution-Messgeräte für flexible Verpackungen
ExtraSolution bietet verschiedene Lösungen zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Folien und Materialien, die in flexiblen Verpackungen eingesetzt werden.
MultiPerm O2-CO2
Produktseite MultiPerm O2-CO2 ist für die Messung von OTR und CO₂TR ausgelegt und ermöglicht die Charakterisierung der Sauerstoff- und Kohlendioxidtransmission.
MultiPerm O2-H2O
Produktseite MultiPerm O2-H2O kombiniert die OTR-Messung mit der WVTR-Messung und ermöglicht so die Untersuchung der Sauerstoff- und Wasserdampfdurchlässigkeit.
MultiPerm H2O-CO2
Produktseite MultiPerm H2O-CO2 ermöglicht die Bestimmung von WVTR und CO₂TR.
TotalPerm
Produktseite TotalPerm vereint OTR, WVTR und CO₂TR in einem einzigen System und bietet damit eine Lösung zur kombinierten Charakterisierung der Barriereeigenschaften.
PermeH2O
Produktseite PermeH2O ist für die Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und die Bestimmung des WVTR ausgelegt.
Die Wahl der Konfiguration hängt von den benötigten Parametern, den zu analysierenden Materialien und den Anforderungen des Labors ab.
Anwendungsbereiche flexibler Verpackungen
Die Permeabilitätsmessung wird überall dort eingesetzt, wo Folien und flexible Strukturen hinsichtlich ihrer Barriereeigenschaften charakterisiert werden müssen.
Zu den Anwendungsbereichen gehören:
- Lebensmittelverpackungen;
- pharmazeutische Verpackungen;
- Getränkeverpackungen;
- Industrieprodukte;
- Materialien für technische Anwendungen;
- Entwicklung und Qualifizierung neuer Materialien.
Weitere Informationen zu spezifischen Anwendungen:
- [Misura della permeabilità nel packaging alimentare → Permeabilitätsmessung bei Lebensmittelverpackungen]
- [Test di barriera per il packaging farmaceutico → Barriereprüfung für pharmazeutische Verpackungen]
Weitere Informationen zur Permeabilitätsmessung
Weitere Informationen zu den verschiedenen Aspekten der Charakterisierung:
- Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse
- Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR: Messung und Analyse
- Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR: Messung und Analyse
- CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR: Messung und Analyse
- Barriereeigenschaften von Folien: Messung und Merkmale
- Permeabilität von Kunststofffolien messen
- Permeabilität von Mehrschichtfolien und Laminaten messen
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