Kunststofffolien werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, bei denen der Durchtritt von Gasen und Wasserdampf durch das Material kontrolliert werden muss.
Die Messung der Permeabilität von Kunststofffolien ermöglicht es, diese Eigenschaften quantitativ zu charakterisieren und das Barriereverhalten des Materials unter definierten Prüfbedingungen zu überprüfen.
Einschichtfolien, Mehrschichtfolien, Laminate, metallisierte Materialien und beschichtete Strukturen können sehr unterschiedliche Permeabilitätseigenschaften aufweisen. Durch gezielte Prüfungen lassen sich Materialien vergleichen, Strukturen optimieren und die Beständigkeit ihrer Eigenschaften überprüfen.
Die wichtigsten Parameter zur Charakterisierung der Folienpermeabilität sind OTR, WVTR und CO₂TR. Sie beschreiben jeweils die Sauerstoff-, Wasserdampf- und Kohlendioxidtransmission.
Warum die Permeabilität von Kunststofffolien messen?
Die Permeabilität ist eine der Eigenschaften, anhand derer sich das Verhalten einer Folie gegenüber ihrer Umgebung beschreiben lässt.
Die Messung kann in verschiedenen Phasen der Materialentwicklung und -herstellung eingesetzt werden, um:
- unterschiedliche Folien miteinander zu vergleichen;
- die Barriereeigenschaften eines neuen Materials zu bewerten;
- den Einfluss der Materialdicke zu überprüfen;
- Einschicht- und Mehrschichtstrukturen zu vergleichen;
- die Auswirkungen von Coatings und Beschichtungen zu beurteilen;
- die Zusammensetzung einer Folie zu optimieren;
- die Konstanz der Materialeigenschaften zu überprüfen;
- die Qualitätskontrolle zu unterstützen;
- neue Materialien und Lieferanten zu qualifizieren.
Das Prüfergebnis liefert einen quantitativen Parameter, mit dem sich Materialien und Strukturen unter definierten Prüfbedingungen vergleichen lassen.
Welche Permeabilitätseigenschaften können gemessen werden?
Das Verhalten einer Kunststofffolie kann hinsichtlich verschiedener Substanzen untersucht werden.
Die wichtigsten Messgrößen sind:
- OTR (Oxygen Transmission Rate) für die Sauerstofftransmission;
- WVTR (Water Vapor Transmission Rate) für die Wasserdampftransmission;
- CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate) für die Kohlendioxidtransmission.
Die Wahl des Parameters hängt von der Anwendung und der zu untersuchenden Barriereeigenschaft ab.
In manchen Fällen reicht die Bestimmung eines einzelnen Parameters aus. In anderen Fällen, insbesondere bei der Entwicklung komplexer Strukturen, kann die Kombination mehrerer Messungen sinnvoll sein, um die Folie umfassender zu charakterisieren.
Sauerstoffdurchlässigkeit von Kunststofffolien
Mit der OTR-Messung lässt sich die Sauerstoffmenge bestimmen, die unter den für die Prüfung festgelegten Bedingungen durch eine Folie hindurchtritt.
Der ermittelte Wert kann dazu verwendet werden, Folien mit unterschiedlichen Barriereeigenschaften zu vergleichen und den Einfluss folgender Faktoren zu bewerten:
- Material;
- Dicke;
- Struktur;
- Orientierung;
- Beschichtungen;
- Laminierungen;
- Prüfbedingungen.
Die OTR-Messung ist besonders wichtig bei der Entwicklung von Folien für Anwendungen, bei denen die Kontrolle der Sauerstofftransmission eine Materialanforderung darstellt.
Weitere Informationen zu den spezifischen Messverfahren finden Sie auf der Seite [Permeabilità all’ossigeno e OTR → Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR: Messung und Analyse].
Wasserdampfdurchlässigkeit von Kunststofffolien
Der WVTR dient zur Charakterisierung der Wasserdampftransmission durch eine Folie.
Die Messung ermöglicht es, unterschiedliche Materialien zu vergleichen und die Eigenschaften von Folien zu überprüfen, die in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen die Feuchtigkeitskontrolle eine wichtige Rolle spielt.
Auch hier kann das Verhalten des Materials von mehreren Faktoren abhängen, darunter Zusammensetzung, Dicke, Struktur sowie die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen während der Prüfung.
Weitere Informationen zu diesem Parameter finden Sie unter Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR: Messung und Analyse].
CO₂-Durchlässigkeit von Kunststofffolien
Mit der CO₂TR-Messung lässt sich die Kohlendioxidtransmission durch eine Folie quantitativ bestimmen.
Diese Charakterisierung kann bei der Entwicklung und Qualifizierung von Materialien hilfreich sein, wenn die Kontrolle des CO₂-Austauschs eine relevante Eigenschaft darstellt.
Der Vergleich der CO₂TR-Werte verschiedener Folien ermöglicht es, das Verhalten unterschiedlicher Materialien und Strukturen zu überprüfen und die Auswahl einer für die jeweilige Anwendung geeigneten Lösung zu unterstützen.
Weitere Informationen zur Messung finden Sie unter CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR: Messung und Analyse.
Welche Kunststofffolien können untersucht werden?
Die Permeabilitätsmessung kann an unterschiedlichen Folientypen und Strukturen durchgeführt werden.
Zu den Materialien, die charakterisiert werden können, gehören:
- Einschicht-Kunststofffolien;
- Mehrschichtfolien;
- Barrierefolien;
- metallisierte Folien;
- beschichtete Folien;
- Laminate;
- coextrudierte Strukturen;
- Materialien für flexible Verpackungen;
- weitere folienartige Strukturen, sofern sie mit dem Prüfverfahren kompatibel sind.
Die Möglichkeit, unterschiedliche Strukturen zu untersuchen, erlaubt es, das Barriereverhalten von Materialien zu vergleichen und die Auswirkungen verschiedener Konstruktionslösungen zu überprüfen.
Permeabilität von Einschichtfolien
Bei Einschichtfolien hängen die Barriereeigenschaften hauptsächlich von der Materialart, der Dicke und den Prüfbedingungen ab.
Die Messung liefert einen quantitativen Referenzwert, der dazu beitragen kann:
- unterschiedliche Materialien zu vergleichen;
- den Einfluss der Dicke zu überprüfen;
- Änderungen der Materialrezeptur zu bewerten;
- die Reproduzierbarkeit der Produktion zu kontrollieren;
- Materialien für eine bestimmte Anwendung auszuwählen.
Der Vergleich zwischen Folien sollte unter konsistenten Messbedingungen erfolgen, damit die Ergebnisse tatsächlich vergleichbar sind.
Permeabilität von Mehrschichtfolien und Laminaten
Mehrschichtstrukturen können unterschiedliche Materialien kombinieren, um bestimmte Eigenschaften zu erzielen.
Eine Folie kann beispielsweise Schichten mit verschiedenen Funktionen enthalten, darunter mechanische Eigenschaften, Heißsiegelfähigkeit und Barrierewirkung.
Durch die Permeabilitätsmessung lässt sich das Verhalten der Gesamtstruktur beurteilen und das Ergebnis der Kombination der einzelnen Schichten überprüfen.
Die Prüfungen können während der Entwicklung dazu verwendet werden, unterschiedliche Konfigurationen zu vergleichen und die Auswirkungen folgender Faktoren zu untersuchen:
- Anzahl und Zusammensetzung der Schichten;
- Dicke der einzelnen Schichten;
- Barrierematerialien;
- Klebstoffe;
- Laminierung;
- Oberflächenbeschichtungen.
Diese Art der Charakterisierung ist besonders nützlich, wenn sich das endgültige Verhalten einer Folie nicht allein aus den Eigenschaften ihrer einzelnen Bestandteile ableiten lässt.
Barrierefolien und Hochbarrierematerialien
Barrierefolien werden so entwickelt, dass sie den Durchtritt bestimmter Substanzen durch ihre Struktur begrenzen.
Durch die Messung der Barriereeigenschaften lassen sich die Materialeigenschaften experimentell überprüfen und unterschiedliche Lösungen vergleichen.
Je nach Anwendung können die Sauerstoff-, Wasserdampf- oder CO₂-Barriere untersucht werden.
Die Charakterisierung mithilfe von OTR, WVTR und CO₂TR ermöglicht es somit, den Begriff „Barriere“ durch eine Reihe quantitativ messbarer Parameter zu konkretisieren.
Wie wird die Permeabilität einer Kunststofffolie gemessen?
Die Probe wird normalerweise in einer Messzelle positioniert, die zwei Umgebungen mit definierten Bedingungen voneinander trennt.
Abhängig von der untersuchten Eigenschaft verwendet das System das jeweilige Prüfgas und erfasst die Menge der Substanz, die durch die Folie hindurchtritt.
Das Messverfahren muss die Materialeigenschaften und die für die Prüfung erforderlichen Bedingungen berücksichtigen.
Zu den wichtigsten zu kontrollierenden Parametern gehören:
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- Druck;
- Gaszusammensetzung;
- Prüffläche;
- Probendicke;
- Konditionierungsbedingungen;
- Probenvorbereitung.
Die Kontrolle dieser Faktoren ist entscheidend, um reproduzierbare und vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.
Faktoren, die die Permeabilität von Folien beeinflussen
Der Permeabilitätswert einer Kunststofffolie hängt nicht ausschließlich vom Material ab.
Zu den wichtigsten Einflussfaktoren gehören:
Dicke
Eine Änderung der Dicke kann das Transmissionsverhalten des Materials beeinflussen. Daher ist es wichtig, die Probendicke bei der Interpretation der Ergebnisse zu kennen und zu berücksichtigen.
Temperatur
Die Temperatur kann das Transmissionsverhalten durch die Folie beeinflussen. Die Prüfungen sollten deshalb unter kontrollierten und definierten Temperaturbedingungen durchgeführt werden.
Relative Luftfeuchtigkeit
Die Luftfeuchtigkeit kann das Verhalten bestimmter Materialien erheblich beeinflussen, insbesondere bei der Untersuchung der Wasserdampftransmission.
Folienstruktur
Einschichtfolien, Mehrschichtfolien, Laminate, coextrudierte und beschichtete Folien sind unterschiedliche Konfigurationen, die ein verschiedenes Barriereverhalten aufweisen können.
Materialien und Beschichtungen
Die Zusammensetzung der Folie sowie das Vorhandensein von Coatings oder anderen funktionalen Schichten können die Transmissionseigenschaften verändern.
Aus diesem Grund muss der ermittelte Wert stets zusammen mit den Bedingungen betrachtet werden, unter denen die Messung durchgeführt wurde.
Wie lassen sich unterschiedliche Kunststofffolien vergleichen?
Der Vergleich zwischen zwei oder mehreren Folien sollte unter konsistenten Prüfbedingungen erfolgen.
Dabei sind nicht nur die Permeabilitätswerte selbst zu berücksichtigen, sondern auch:
- Dicke;
- Struktur;
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- verwendetes Gas;
- Messverfahren;
- Konditionierungsbedingungen.
Ein Vergleich, der ausschließlich auf dem Zahlenwert basiert, kann wenig aussagekräftig sein, wenn die Materialien unter unterschiedlichen Bedingungen charakterisiert wurden.
Die Standardisierung der Prüfbedingungen ermöglicht es dagegen, die gewonnenen Daten für Entwicklungsarbeiten, die Materialqualifizierung und die Qualitätskontrolle zu nutzen.
Permeabilitätsmessung bei der Folienentwicklung
Während der Forschungs- und Entwicklungsphase kann die Permeabilitätscharakterisierung eingesetzt werden, um unterschiedliche Rezepturen und Strukturen miteinander zu vergleichen.
Die Prüfung ermöglicht es, die Auswirkungen von Materialänderungen zu überprüfen und die Konfiguration zu ermitteln, die den Anforderungen der jeweiligen Anwendung am besten entspricht.
In diesem Zusammenhang kann es besonders hilfreich sein, mehrere Messarten am selben Material durchzuführen, um ein umfassenderes Bild seiner Barriereeigenschaften zu erhalten.
Messgeräte zur Bestimmung der Folienpermeabilität
ExtraSolution bietet verschiedene Systeme zur Charakterisierung der Permeabilität von Kunststofffolien an.
Die Gerätekonfiguration kann entsprechend den zu messenden Parametern ausgewählt werden.
OTR- und CO₂TR-Messung
Produktseite MultiPerm O2-CO2 ermöglicht die Messung der Sauerstoff- und Kohlendioxidtransmission durch Folien und Barrierematerialien.
OTR- und WVTR-Messung
Produktseite MultiPerm O2-H2O kombiniert die Sauerstoffmessung mit der Wasserdampfmessung und ermöglicht es, zwei Barriereeigenschaften desselben Materials zu charakterisieren.
WVTR- und CO₂TR-Messung
Produktseite MultiPerm H2O-CO2 ist für die Messung der Wasserdampf- und Kohlendioxidtransmission ausgelegt.
OTR-, WVTR- und CO₂TR-Messung
Produktseite TotalPerm integriert die drei wichtigsten Permeabilitätsmessungen und ermöglicht es, das Verhalten einer Folie gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und CO₂ zu charakterisieren.
WVTR-Messung
Produktseite PermeH2O ist speziell für die Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und die Bestimmung des WVTR vorgesehen.
Die Wahl des Messgeräts hängt somit von den zu charakterisierenden Eigenschaften und dem gewünschten Untersuchungsumfang des Labors ab.
ExtraSolution-Lösungen für Kunststofffolien
Die Lösungen von ExtraSolution sind für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die Materialqualifizierung und die Qualitätskontrolle vorgesehen.
Die Geräte ermöglichen die Charakterisierung unterschiedlicher Folientypen und Strukturen. Sie liefern Daten, mit denen Materialien verglichen, Barriereeigenschaften überprüft und die Entwicklung neuer Lösungen unterstützt werden können.
Die Verfügbarkeit von Konfigurationen für OTR, WVTR und CO₂TR ermöglicht es, das System an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anzupassen.
Weiterführende Informationen
Weitere Informationen zu den wichtigsten Aspekten der Permeabilitätsmessung finden Sie hier:
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