Die Gasdurchlässigkeit ist eine wichtige Eigenschaft zur Bewertung der Barriereleistung von Folien, Membranen, Kunststoffen und Materialverbunden, die in zahlreichen Industriebereichen eingesetzt werden.
Die Messung der Gasdurchlässigkeit dient dazu, zu bestimmen, wie leicht ein bestimmtes Gas ein Material unter definierten Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitsbedingungen durchdringen kann. Diese Informationen ermöglichen es, das Verhalten eines Materials zu charakterisieren und zu beurteilen, ob seine Barriereeigenschaften den Anforderungen der jeweiligen Anwendung entsprechen.
ExtraSolution entwickelt und liefert Lösungen zur Messung und Analyse der Gasdurchlässigkeit. Die Messgeräte dienen der Charakterisierung von Materialien und Verpackungen sowie der Bewertung ihrer Barriereeigenschaften.
Was ist Gasdurchlässigkeit?
Die Gasdurchlässigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Gases, ein Material zu durchdringen.
Dieses Phänomen ist besonders wichtig, wenn ein Material als Barriere dienen soll. Eine Folie zum Schutz eines Produkts muss beispielsweise möglicherweise den Durchtritt von Sauerstoff, Kohlendioxid oder anderen Gasen begrenzen, um die Eigenschaften des verpackten Produkts zu erhalten.
Die Gasdurchlässigkeit hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:
- Art und Struktur des Materials;
- Dicke der Probe;
- Temperatur;
- Unterschied des Partialdrucks des Gases;
- Feuchtigkeitsbedingungen;
- Eigenschaften des untersuchten Gases;
- Aufbau der Folie, insbesondere bei Mehrschichtfolien und Laminaten.
Die Kenntnis des Materials allein reicht daher nicht immer aus, um seine Barriereleistung vorherzusagen. Experimentelle Messungen ermöglichen quantitative und vergleichbare Ergebnisse.
Warum sollte man die Gasdurchlässigkeit messen?
Die Charakterisierung der Gasdurchlässigkeit ist für alle Anwendungen relevant, bei denen der Gasaustausch durch ein Material die Haltbarkeit, den Schutz oder die Leistung eines Produkts beeinflussen kann.
Im Verpackungsbereich können Barriereeigenschaften beispielsweise dazu beitragen, den Austausch zwischen dem Verpackungsinhalt und der äußeren Umgebung zu kontrollieren.
Die Messung der Gasdurchlässigkeit kann eingesetzt werden, um:
- neue Materialien zu charakterisieren;
- unterschiedliche Folien und Materialstrukturen zu vergleichen;
- die Leistung von Barrierematerialien zu überprüfen;
- die Produktionsqualität zu kontrollieren;
- Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu unterstützen;
- Mehrschichtstrukturen und Laminate zu optimieren;
- die Auswirkungen von Materialformulierungen, Behandlungen oder Herstellungsverfahren zu untersuchen;
- das am besten geeignete Material für eine bestimmte Anwendung auszuwählen.
Die Messdaten sind sowohl bei der Entwicklung neuer Materialien als auch bei der Qualitätskontrolle und Überprüfung der laufenden Produktion hilfreich.
Wie wird die Gasdurchlässigkeit gemessen?
Die Messung der Gasdurchlässigkeit erfolgt in der Regel, indem die Probe zwischen zwei Bereichen mit unterschiedlichen Bedingungen eingespannt und der Gasdurchtritt durch das Material überwacht wird.
Je nach eingesetztem Messverfahren wird das Prüfgas auf einer Seite der Probe zugeführt, während auf der anderen Seite das durch das Material hindurchgetretene Gas erfasst wird.
Das Messgerät bestimmt die Gasmenge, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums durch die Probe permeiert, und wertet die Daten entsprechend den für die Prüfung festgelegten Bedingungen aus.
Eine zuverlässige Analyse erfordert daher nicht nur ein geeignetes Messgerät, sondern auch klar definierte und kontrollierte Prüfbedingungen.
Zu den Parametern, die das Ergebnis beeinflussen können, gehören beispielsweise Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Druck und die Eigenschaften der Probe.
Welche Gase können analysiert werden?
Die Gasdurchlässigkeit kann mit unterschiedlichen Gasen untersucht werden, abhängig vom analysierten Material und dessen vorgesehener Anwendung.
Zu den Gasen, die bei der Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien besonders relevant sind, gehören:
- Sauerstoff (O₂);
- Kohlendioxid (CO₂);
- Wasserdampf;
- weitere Gase, abhängig von den spezifischen Anforderungen der Prüfung.
Die Wahl des Prüfgases richtet sich nach dem Ziel der Analyse und dem zu untersuchenden Materialverhalten. Bei manchen Anwendungen steht die Fähigkeit eines Materials im Vordergrund, den Sauerstoffdurchtritt zu begrenzen. Bei anderen ist die Wasserdampf- oder Kohlendioxidtransmission entscheidend.
Messverfahren, Prüfbedingungen und verwendete Parameter können je nach untersuchtem Gas und angewandter Methode variieren.
Deshalb ist es wichtig, eine Analyselösung auszuwählen, die zum Material, zum interessierenden Gas und zu den geforderten Betriebsbedingungen passt.
Sauerstoff-, Wasserdampf- und CO₂-Durchlässigkeit
Zu den wichtigsten Messungen bei der Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien gehören Untersuchungen der Sauerstoff-, Wasserdampf- und Kohlendioxiddurchlässigkeit.
Die Sauerstoffdurchlässigkeit wird häufig anhand des Parameters OTR (Oxygen Transmission Rate) beschrieben. Dieser gibt an, wie schnell Sauerstoff unter bestimmten Prüfbedingungen ein Material durchdringt.
Die Wasserdampftransmission wird mit dem Parameter WVTR (Water Vapor Transmission Rate) charakterisiert. Er beschreibt die Wasserdampfmenge, die unter festgelegten Bedingungen durch eine Probe übertragen wird.
Für Kohlendioxid wird der Parameter CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate) verwendet, der die Transmissionsrate von CO₂ durch das Material beschreibt.
Diese Parameter beziehen sich auf unterschiedliche Messbereiche. Deshalb bietet ExtraSolution spezifische Lösungen und weiterführende Informationen zu den einzelnen Analyseverfahren.
Weitere Informationen:
Barriereeigenschaften und Materialien
Die Messung der Gasdurchlässigkeit steht in engem Zusammenhang mit der Bewertung der Barriereeigenschaften eines Materials.
Ein Material mit ausgeprägten Barriereeigenschaften kann den Durchtritt bestimmter Gase begrenzen. Materialien mit anderen Eigenschaften können dagegen eine höhere Durchlässigkeit aufweisen.
Die Barriereleistung hängt nicht ausschließlich vom Rohmaterial ab. Auch die Materialdicke, der strukturelle Aufbau, die Kombination verschiedener Schichten und die Umgebungsbedingungen können das Verhalten der Probe beeinflussen.
Dies ist besonders wichtig bei:
- Kunststofffolien;
- Mehrschichtfolien;
- Laminaten;
- coextrudierten Strukturen;
- flexiblen Verpackungsmaterialien;
- Membranen und technischen Materialien.
Experimentelle Messungen ermöglichen es, die tatsächliche Barriereleistung der untersuchten Materialstruktur zu bewerten.
Weitere Informationen: [Proprietà barriera dei film → Barriereeigenschaften von Folien: Eigenschaften und Messung].
Messung der Gasdurchlässigkeit bei Folien und Verpackungen
Im Verpackungssektor wird die Gasdurchlässigkeit untersucht, um Folien und Materialstrukturen zu charakterisieren, die für die Herstellung von Verpackungen vorgesehen sind.
Die Materialauswahl kann davon abhängen, wie gut eine Struktur den Durchtritt bestimmter Stoffe zwischen der äußeren Umgebung und dem verpackten Produkt begrenzen kann.
Messungen an unterschiedlichen Materialien und Strukturen ermöglichen den Vergleich verschiedener Lösungen während der Forschung und Entwicklung sowie bei der Qualitätskontrolle.
Die Analyse kann außerdem dazu beitragen, die Auswirkungen struktureller Veränderungen zu untersuchen, beispielsweise einer veränderten Materialdicke oder der Einführung zusätzlicher Barriereschichten.
Weitere Informationen zu den wichtigsten Anwendungen:
Messgeräte zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeit
Die Wahl des geeigneten Analysators hängt von der gewünschten Messung, dem zu untersuchenden Gas, dem Material und den vorgesehenen Prüfbedingungen ab.
Die Lösungen von ExtraSolution umfassen Systeme zur Messung der Gasdurchlässigkeit und zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften. Unterschiedliche Konfigurationen ermöglichen eine Anpassung an die jeweiligen Analyseanforderungen.
Das Produktportfolio umfasst Geräte zur Messung spezifischer Permeationsparameter sowie Multisensorsysteme zur Charakterisierung mehrerer Barriereeigenschaften.
Für die kombinierte Messung von Sauerstoff und CO₂ steht MultiPerm O2-CO2 zur Verfügung. MultiPerm O2-H2Ound MultiPerm H2O-CO2 ermöglichen die Kombination unterschiedlicher Messarten.
Für die Charakterisierung von O₂, CO₂ und Wasserdampf bietet ExtraSolution TotalPerm. Für die spezifische Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit steht PermeH2O zur Verfügung.
Anwendungsbereiche der Gasdurchlässigkeitsmessung
Die Charakterisierung der Gasdurchlässigkeit wird in verschiedenen Industrie- und Forschungsbereichen eingesetzt.
Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:
Lebensmittelverpackungen
Zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Folien, Laminaten und weiteren Materialien für Lebensmittelverpackungen.
Weitere Informationen: Gasdurchlässigkeitsmessung bei Lebensmittelverpackungen.
Kunststofffolien und flexible Verpackungsmaterialien
Zum Vergleich unterschiedlicher Materialien und Strukturen sowie zur Überprüfung ihrer Barriereleistung.
Weitere Informationen: Gasdurchlässigkeitsmessung von Kunststofffolien] und Gasdurchlässigkeitsmessung flexibler Verpackungsmaterialien.
Pharmazeutische Verpackungen
Zur Bewertung der Barriereeigenschaften von Materialien, die zum Schutz von Produkten und Formulierungen eingesetzt werden.
Weitere Informationen: Barriereprüfung pharmazeutischer Verpackungen.
Mehrschichtmaterialien und Laminate
Zur Untersuchung des Verhaltens der gesamten Materialstruktur und zum Vergleich unterschiedlicher Materialkombinationen.
Weitere Informationen: Gasdurchlässigkeitsmessung von Mehrschichtfolien und Laminaten.
Forschung und Entwicklung
Zur Unterstützung der Entwicklung und Optimierung neuer Materialien und leistungsfähiger Materiallösungen.
Qualitätskontrolle
Zur Überprüfung, ob die Barriereeigenschaften den internen Spezifikationen oder den Produktanforderungen entsprechen.
Normen und Prüfbedingungen
Die Messung der Gasdurchlässigkeit sollte nach festgelegten Verfahren und unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden, damit aussagekräftige und vergleichbare Ergebnisse erzielt werden können.
Abhängig vom Gas, vom Material und von der verwendeten Methode können unterschiedliche technische Normen zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeit oder der Transmissionsrate relevant sein.
Bei der Auswahl des Prüfverfahrens sollten daher die maßgebliche Referenznorm, die Eigenschaften des Materials und die Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen die Messergebnisse verwendet werden sollen.
ExtraSolution unterstützt bei der Auswahl einer geeigneten Messlösung entsprechend den Prüfanforderungen und den Anforderungen des Labors.
Wie wählt man die passende Lösung zur Messung der Gasdurchlässigkeit?
Es gibt kein einzelnes Messgerät, das für jede Anwendung gleichermaßen geeignet ist.
Die Auswahl sollte sich nach der gewünschten Charakterisierung und den Eigenschaften der Probe richten. Eine vorherige Analyse der Anforderungen hilft dabei, die passende Konfiguration zu bestimmen, anstatt die Entscheidung ausschließlich vom Materialtyp abhängig zu machen.
Wichtige Fragen sind:
- Welches Gas soll gemessen werden?
- Welche Durchlässigkeit wird erwartet?
- Um welche Art von Probe handelt es sich?
- Bei welcher Temperatur und Luftfeuchtigkeit soll die Prüfung erfolgen?
- Welche Norm oder welches Prüfverfahren ist anzuwenden?
- Wie häufig sollen Messungen durchgeführt werden?
Die Antworten auf diese Fragen helfen dabei, die erforderlichen Eigenschaften des Analysators und des Messverfahrens festzulegen.
Weitere Informationen zu den wichtigsten Messverfahren
Weitere Informationen zu den einzelnen Analysemethoden finden Sie auf unseren Themenseiten:
- Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR
- Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR
- CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR
- Barriereeigenschaften von Folien
Wenn Sie weitere Informationen zu unseren Messgeräten benötigen oder die passende Lösung für die Anforderungen Ihres Labors finden möchten, kontaktieren Sie ExtraSolution.
ExtraSolution-Lösungen zur Analyse der Gasdurchlässigkeit
ExtraSolution bietet Messgeräte und Systeme zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften und zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeit verschiedener Materialien.
Die verfügbaren Lösungen können an das zu untersuchende Gas und die Anforderungen des Labors angepasst werden – von Forschung und Entwicklung bis zur Qualitätskontrolle.
Um die passende Lösung zu finden, können Sie von der jeweiligen Messaufgabe ausgehen:
- Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR;
- Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR;
- Messung der CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR];
- Analyse der Durchlässigkeit von Folien und Barrierematerialien.
Kontaktieren Sie ExtraSolution, um weitere Informationen zu unseren Lösungen zu erhalten und die passende Messkonfiguration für Ihre Anforderungen zu ermitteln.