Permeabilitätsprüfung von Flaschen und Behältern

Flaschen und Behälter können aus sehr unterschiedlichen Materialien und Strukturen hergestellt werden: aus Kunststoffpolymeren, Mehrschichtmaterialien, beschichteten Strukturen oder speziell entwickelten Lösungen mit bestimmten Barriereeigenschaften.

In diesen Fällen hängt das Verhalten der Verpackung nicht nur vom verwendeten Material ab, sondern auch von der Geometrie des Behälters, der Wandstärke und dem Gesamtaufbau der Verpackung.

Permeabilitätsprüfungen an Flaschen und Behältern ermöglichen es, die Fähigkeit der Verpackung zu charakterisieren, den Durchtritt von Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid zu begrenzen und die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Lösung zu überprüfen.

Warum Permeabilitätsprüfungen an Flaschen und Behältern durchführen?

Die Messung der Permeabilität liefert experimentelle Daten zum Verhalten des Behälters unter den für die Prüfung festgelegten Bedingungen.

Die Prüfung kann eingesetzt werden, um:

• unterschiedliche Materialien oder Konfigurationen miteinander zu vergleichen;
• den Einfluss der Wandstärke zu überprüfen;
• Behälter für verschiedene Anwendungen zu charakterisieren;
• die Entwicklung neuer Verpackungslösungen zu unterstützen;
• Materialien und Komponenten zu qualifizieren;
• die gleichbleibende Leistungsfähigkeit verschiedener Proben oder Chargen zu überprüfen.

Die Analyse ist besonders nützlich, wenn die Barrierefunktion direkt am fertigen Behälter überprüft werden muss und nicht nur am Material, aus dem er hergestellt wurde.

Welche Behälter können analysiert werden?

Die Messung kann sich auf verschiedene Arten von starren oder halbstarren Verpackungen beziehen, abhängig von der Gerätekonfiguration und der verwendeten Prüfmethode.

Dazu gehören beispielsweise:

• Flaschen;
• Kunststofffläschchen;
• Kunststoffbehälter;
• Mehrschichtbehälter;
• starre und halbstarre Verpackungen;
• Behälter mit Barriereschichten;
• Behälter für Lebensmittel- und Getränkeverpackungen;
• Behälter für pharmazeutische und technische Anwendungen.

Die Möglichkeit, den gesamten Behälter oder bestimmte Bereiche seiner Struktur zu analysieren, erlaubt es, das Verhalten der tatsächlich eingesetzten Verpackungslösung zu bewerten.

Sauerstoffdurchlässigkeit von Flaschen

Die OTR-Messung ermöglicht es, die Sauerstofftransmission durch das Material zu charakterisieren.

Bei Flaschen kann das Verhalten durch die Zusammensetzung der Wand, deren Dicke und die Struktur des Behälters beeinflusst werden.

Die Prüfung kann daher dazu dienen, unterschiedliche Materialien oder Konfigurationen miteinander zu vergleichen und die Auswirkungen konstruktiver Änderungen auf die Sauerstoffbarriere zu überprüfen.

Wenn Verpackungen mit unterschiedlichen Materialien oder Strukturen entwickelt werden, liefert die experimentelle Messung einen quantitativen Parameter für den Vergleich.

Wasserdampfdurchlässigkeit von Behältern

Der WVTR ermöglicht es, die Wasserdampftransmission durch das Material zu bewerten.

Bei Flaschen und Behältern kann diese Messung nützlich sein, wenn die Barrierewirkung gegenüber Feuchtigkeit eine Anforderung an die Verpackung darstellt.

Auch in diesem Fall können Wandstärke, Material, Struktur und Prüfbedingungen das Ergebnis beeinflussen und müssen bei der Interpretation der Daten berücksichtigt werden.

CO₂-Durchlässigkeit von Flaschen und Behältern

Der CO₂TR charakterisiert die Kohlendioxidtransmission durch das Material.

Die Messung kann dazu verwendet werden, unterschiedliche Strukturen und Materialien miteinander zu vergleichen, wenn die CO₂-Barriere eine relevante Kenngröße darstellt.

Die Analyse kann einzeln durchgeführt oder abhängig von den Eigenschaften der Verpackung und den Prüfungszielen mit anderen Permeabilitätsmessungen kombiniert werden.

Die Rolle der Behältergeometrie

Ein Aspekt, der Prüfungen an Flaschen und Behältern von Messungen an einfachen flachen Folien unterscheidet, ist die Geometrie der Probe.

Die Wand kann folgende Eigenschaften aufweisen:

• unterschiedliche Wandstärken;
• gekrümmte Formen;
• Bereiche mit unterschiedlicher Geometrie;
• Mehrschichtstrukturen;
• lokale Materialunterschiede.

Diese Merkmale müssen bei der Festlegung der Prüfung und bei der Bewertung der Ergebnisse berücksichtigt werden.

Deshalb ist es wichtig, möglichst im Voraus festzulegen, welcher Bereich des Behälters charakterisiert werden soll und unter welchen Bedingungen die Prüfung durchzuführen ist.

Material, Wandstärke und Struktur

ie Barriereleistung eines Behälters hängt von der Kombination aus Material und Struktur ab.

Bei Flaschen und Kunststofffläschchen können unterschiedliche Materialien oder Mehrschichtlösungen zum Einsatz kommen, die mechanische Eigenschaften und Barrierefunktionen miteinander verbinden.

Auch die Wandstärke kann das gemessene Verhalten erheblich beeinflussen.

Der Vergleich verschiedener Behälter sollte daher anhand von Proben und Prüfbedingungen erfolgen, die nach einheitlichen Kriterien festgelegt wurden. Nur so lassen sich die Ergebnisse sinnvoll miteinander vergleichen.

Messgeräte zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeit

Die Wahl des Analysators hängt von der durchzuführenden Messung, dem zu untersuchenden Gas, dem Material und den vorgesehenen Prüfbedingungen ab.

Die Lösungen von ExtraSolution umfassen Systeme zur Charakterisierung der Permeabilität und der Barriereeigenschaften, die je nach Analyseanforderung in unterschiedlichen Konfigurationen verfügbar sind.

Das Sortiment umfasst Lösungen zur Messung spezifischer Parameter sowie Systeme, mit denen mehrere Arten von Analysen durchgeführt werden können. Dadurch lässt sich die Ausstattung an die unterschiedlichen Anforderungen des Labors anpassen.

Bei der Auswahl des Messgeräts sollten mindestens folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• zu untersuchendes Gas;
• erwarteter Permeabilitätsbereich;
• Art und Abmessungen der Probe;
• Prüftemperatur;
• Feuchtigkeitsbedingungen;
• Anzahl und Art der durchzuführenden Prüfungen;
• erforderlicher Automatisierungsgrad;
• Anforderungen aus Forschung, Entwicklung oder Qualitätskontrolle.

Prüfung des Behälters und Prüfung des Materials

Ein Material kann in Form einer flachen Folie charakterisiert werden. Das dabei ermittelte Ergebnis entspricht jedoch nicht zwangsläufig einer Messung an der fertigen Verpackung.

Beim Behälter spielen nämlich auch die Struktur, die Wandstärke, die Geometrie und die Verarbeitung des Materials eine Rolle.

Deshalb kann es bei der Entwicklung einer neuen Verpackung sinnvoll sein, folgende Schritte miteinander zu kombinieren:

Materialcharakterisierung → Entwicklung der Struktur → Überprüfung am Behälter.

Mit diesem Ansatz lässt sich die Entwicklung der Lösung vom Ausgangsmaterial bis zur fertigen Verpackung nachvollziehen.

Wie wird die Permeabilitätsprüfung durchgeführt?

Das Prüfverfahren hängt von der Art des Behälters, dem zu messenden Parameter und der Gerätekonfiguration ab.

Im Allgemeinen wird die Probe in der vorgesehenen Messkonfiguration positioniert und den für die Prüfung festgelegten Bedingungen ausgesetzt. Das System erfasst anschließend die Menge der Substanz, die das Material durchdringt, und bestimmt den entsprechenden Transmissionsparameter.

Damit die Ergebnisse vergleichbar sind, müssen folgende Aspekte korrekt festgelegt werden:

• Material und Konfiguration der Probe;
• Fläche oder Bereich des Behälters, der geprüft werden soll;
• Temperatur;
• relative Luftfeuchtigkeit, sofern vorgesehen;
• Prüfgas;
• Konditionierungsbedingungen;
• Dauer und Ablauf der Messung.

Messungen an Flaschen und Verpackungskomponenten

Die Permeabilität kann nicht nur an der Hauptwand einer Flasche bewertet werden, sondern – abhängig von der Prüfkonfiguration – auch an einzelnen Elementen oder Komponenten der Verpackung.

Dies kann relevant sein, wenn die Verpackung aus mehreren Elementen besteht, die gemeinsam zur Gesamtleistung beitragen.

Durch die Möglichkeit, spezielle Zubehörteile und Konfigurationen zu verwenden, lässt sich die Charakterisierung an die Art der Probe und das Ziel der Analyse anpassen.

Permeabilität und Entwicklung neuer Flaschen

Bei der Entwicklung einer neuen Flasche oder eines neuen Behälters können Permeabilitätsprüfungen eingesetzt werden, um unterschiedliche Lösungen miteinander zu vergleichen, bevor die endgültige Konfiguration festgelegt wird.

Beispielsweise lassen sich folgende Aspekte bewerten:

• unterschiedliche Materialien;
• verschiedene Wandstärken;
• Mehrschichtstrukturen;
• Änderungen der Wandzusammensetzung;
• Behandlungen oder Beschichtungen;
• unterschiedliche Behälterkonfigurationen.

Die Ergebnisse können zusammen mit weiteren Charakterisierungsdaten genutzt werden, um technische Entscheidungen während der Entwicklung zu unterstützen.

Qualifizierung und Qualitätskontrolle

Nachdem die Struktur des Behälters festgelegt wurde, kann die Permeabilitätsmessung auch für Qualifizierungs- und Qualitätskontrollaufgaben eingesetzt werden.

Prüfungen unter definierten Bedingungen ermöglichen es, unterschiedliche Proben miteinander zu vergleichen und die Konstanz der Leistungsmerkmale zu überprüfen.

Die Prüfungen können folgende Aktivitäten unterstützen:

• Qualifizierung neuer Materialien;
• Vergleich verschiedener Lieferanten;
• Prüfung von Produktionsmustern;
• Chargenkontrolle;
• Bewertung von Prozessänderungen;
• Überwachung der Barriereeigenschaften.

Der Vergleich sollte unter einheitlichen Prüfbedingungen und anhand konsistenter Analysekriterien erfolgen.

Welches Messgerät sollte verwendet werden?

Die Wahl der geeigneten Messlösung hängt vom gewünschten Parameter und von der Art des zu analysierenden Behälters ab.

Zur Charakterisierung der Permeabilität können Systeme eingesetzt werden, die speziell für die Messung folgender Parameter ausgelegt sind:

• OTR für Sauerstoff;
• WVTR für Wasserdampf;
• CO₂TR für Kohlendioxid.

Wenn mehrere Eigenschaften an derselben Art von Verpackung untersucht werden müssen, können Systeme verwendet werden, die verschiedene Sensoren und Messverfahren kombinieren.

Bei der Auswahl müssen außerdem die Geometrie der Proben, die erforderlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sowie die Häufigkeit der Prüfungen berücksichtigt werden.

ExtraSolution-Lösungen für Flaschen und Behälter

ExtraSolution bietet Systeme zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien und Verpackungen. Die verfügbaren Konfigurationen können auch für Anwendungen mit Behältern und Verpackungseinheiten eingesetzt werden.

MultiPerm O2-CO2

[MultiPerm O2-CO2 → Produktseite MultiPerm O2-CO2] ermöglicht die Messung von OTR und CO₂TR und kombiniert damit die Charakterisierung der Sauerstoff- und Kohlendioxidbarriere.

MultiPerm O2-H2O

[MultiPerm O2-H2O → Produktseite MultiPerm O2-H2O] ermöglicht die Bestimmung von OTR und WVTR zur Analyse der Sauerstoff- und Wasserdampftransmission.

MultiPerm H2O-CO2

[MultiPerm H2O-CO2 → Produktseite MultiPerm H2O-CO2] kombiniert die WVTR-Messung mit der CO₂TR-Messung.

TotalPerm

[TotalPerm → Produktseite TotalPerm] integriert OTR, WVTR und CO₂TR in einem einzigen System und ermöglicht damit eine umfassendere Charakterisierung der Barriereeigenschaften.

PermeH2O

[PermeH2O → Produktseite PermeH2O] ist auf die Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und die Bestimmung des WVTR ausgelegt.

Die am besten geeignete Konfiguration hängt von der Art des Behälters, den gewünschten Messparametern und der vorgesehenen Durchführung der Prüfungen ab.

Anwendungen

Permeabilitätsprüfungen an Flaschen und Behältern können in verschiedenen Branchen eingesetzt werden, in denen Verpackungen hinsichtlich ihrer Barriereeigenschaften charakterisiert werden müssen.

Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen gehören:

• Flaschen und Behälter für Lebensmittel;
• Getränkeverpackungen;
• pharmazeutische Fläschchen und Behälter;
• Verpackungen für technische Produkte;
• Kunststoffbehälter und Mehrschichtstrukturen;
• Entwicklung und Qualifizierung neuer Verpackungslösungen.

Weitere Informationen zur Permeabilitätsmessung

Weitere Informationen zur Messung der Barriereeigenschaften:

• [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]

Informationen zu Anwendungen mit flexiblen Materialien:

• [Misura della permeabilità dei film plastici → Permeabilität von Kunststofffolien messen]
• [Misura della permeabilità dei film multistrato e laminati → Permeabilität von Mehrschichtfolien und Laminaten messen]
• [Misura della permeabilità negli imballaggi flessibili → Permeabilität flexibler Verpackungen messen]