Die CO₂-Durchlässigkeit ist ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Folien, Membranen, Kunststoffmaterialien und Mehrschichtstrukturen.
Die Fähigkeit, den Durchtritt von Kohlendioxid zu kontrollieren, kann bei zahlreichen Anwendungen eine entscheidende Rolle spielen, insbesondere wenn die Zusammensetzung der Innenatmosphäre innerhalb definierter Grenzen gehalten werden muss.
Zur Quantifizierung der CO₂-Übertragung durch ein Material wird der Parameter CO₂TR – Carbon Dioxide Transmission Rate – verwendet. Er beschreibt die Geschwindigkeit, mit der Kohlendioxid unter den festgelegten Prüfbedingungen durch die Probe hindurchtritt.
ExtraSolution bietet Lösungen zur Messung der CO₂-Durchlässigkeit und des CO₂TR zur Charakterisierung von Barrierematerialien und Strukturen, die in unterschiedlichen Industriebereichen eingesetzt werden.
Was ist die CO₂-Durchlässigkeit?
Die CO₂-Durchlässigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Kohlendioxid durch seine Struktur hindurchtreten zu lassen.
Diese Eigenschaft ist besonders bei Materialien wichtig, die Produkte enthalten oder schützen sollen, deren Haltbarkeit oder Eigenschaften durch den Austausch von CO₂ mit der Umgebung beeinflusst werden können.
Bei Verpackungen kann beispielsweise das Verhalten eines Materials gegenüber Kohlendioxid relevant sein, wenn die Gaszusammensetzung innerhalb der Verpackung zur Haltbarkeit des Produkts beiträgt.
Die Durchlässigkeit hängt von mehreren Faktoren ab, darunter:
- Materialzusammensetzung;
- Struktur und Anzahl der Schichten;
- Materialdicke;
- Temperatur;
- Druckbedingungen;
- Eigenschaften der Probe;
- gegebenenfalls vorhandene Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen.
Durch die Messung lassen sich diese Eigenschaften quantitativ erfassen. Die Ergebnisse können dazu verwendet werden, unterschiedliche Materialien und Strukturen miteinander zu vergleichen.
Was ist der CO₂TR?
CO₂TR steht für Carbon Dioxide Transmission Rate und bezeichnet die Transmissionsrate von Kohlendioxid durch ein Material.
Der Parameter wird bestimmt, indem die Menge an CO₂ gemessen wird, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums und unter den Bedingungen des jeweiligen Prüfverfahrens durch die Probe hindurchtritt.
Bei gleichen Prüfbedingungen weist ein niedrigerer CO₂TR auf eine geringere Kohlendioxidübertragung durch das Material und im Allgemeinen auf eine bessere Barrierewirkung gegenüber diesem Gas hin.
Wie bei anderen Durchlässigkeitsparametern muss auch dieser Wert unter Berücksichtigung der Bedingungen interpretiert werden, unter denen er ermittelt wurde. Temperatur, Druck, Probendicke und Materialstruktur können das Ergebnis beeinflussen.
Warum sollte der CO₂TR gemessen werden?
Die CO₂TR-Messung ermöglicht es, das Verhalten eines Materials gegenüber Kohlendioxid quantitativ zu bestimmen.
Die Ergebnisse können verwendet werden, um:
- neue Materialien zu charakterisieren;
- unterschiedliche Barrierefolien miteinander zu vergleichen;
- einschichtige und mehrschichtige Strukturen zu bewerten;
- Laminate und Beschichtungen zu optimieren;
- die Auswirkungen von Änderungen an der Materialformulierung zu untersuchen;
- die Entwicklung neuer Materialien zu unterstützen;
- die Produktionsqualität zu kontrollieren;
- die Übereinstimmung mit technischen Spezifikationen zu überprüfen;
- Materialien für unterschiedliche Anwendungen miteinander zu vergleichen.
Die Messergebnisse bilden somit eine konkrete Grundlage für Entscheidungen während der Entwicklung, Qualifizierung und Qualitätskontrolle von Materialien.
Wie wird die CO₂-Durchlässigkeit gemessen?
Die Messung der CO₂-Transmission erfolgt, indem zwei Bereiche durch die zu untersuchende Materialprobe voneinander getrennt werden.
Das Gas wird auf einer Seite des Materials unter definierten Bedingungen bereitgestellt und durchdringt die Materialstruktur abhängig von den Eigenschaften der Probe und der Differenz des Partialdrucks.
Das Messsystem erfasst die durch das Material hindurchtretende Kohlendioxidmenge und bestimmt daraus den entsprechenden CO₂TR-Wert.
Um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, müssen die wichtigsten Prüfparameter kontrolliert werden. Dazu gehören:
- Temperatur;
- Druck;
- exponierte Probenfläche;
- Probendicke;
- Zustand und Eigenschaften des Materials;
- Zusammensetzung des Prüfgases;
- die für das jeweilige Verfahren festgelegten Betriebsbedingungen.
Auch die Vorbereitung und die korrekte Montage der Probe tragen zur Wiederholbarkeit der Messung bei.
Welche Materialien können einer CO₂TR-Prüfung unterzogen werden?
Die Charakterisierung der CO₂-Durchlässigkeit kann auf unterschiedliche Materialien und Strukturen angewendet werden, darunter:
- Kunststofffolien;
- Barrierefolien;
- Mehrschichtfolien;
- laminierte Materialien;
- coextrudierte Strukturen;
- Membranen;
- flexible Materialien;
- Beschichtungen;
- Verpackungsstrukturen.
Die Prüfung kann sowohl an einzelnen Materialien als auch an Strukturen aus mehreren Schichten durchgeführt werden.
Bei Laminaten und Mehrschichtfolien ermöglicht die CO₂TR-Messung, die Leistungsfähigkeit der fertigen Materialstruktur zu bewerten und unterschiedliche Materialkombinationen miteinander zu vergleichen.
CO₂TR und Barriereeigenschaften
Die Barrierewirkung gegenüber CO₂ hängt von der Zusammensetzung und Struktur des Materials sowie von den Einsatz- und Prüfbedingungen ab.
Materialdicke, Anzahl der Schichten, verwendete Materialien und Oberflächenbehandlungen können das Verhalten einer Struktur erheblich beeinflussen.
Mit der CO₂TR-Messung lassen sich diese Unterschiede experimentell überprüfen und anhand eines quantitativen Parameters vergleichen.
Dies ist besonders bei der Entwicklung von CO₂-Barrierefolien, Mehrschichtstrukturen und Lösungen für spezifische Anforderungen an die Produktkonservierung hilfreich.
CO₂-Durchlässigkeit von Barrierefolien
Barrierefolien, die den Durchtritt von Kohlendioxid begrenzen sollen, werden eingesetzt, wenn der Gasaustausch zwischen Produkt und Umgebung kontrolliert werden muss.
Die Barrierewirkung kann von der Kombination verschiedener Materialien und vom Gesamtaufbau der Folie abhängen.
Mit der CO₂TR-Messung lassen sich beispielsweise folgende Eigenschaften miteinander vergleichen:
- unterschiedliche Materialien;
- verschiedene Materialdicken;
- einschichtige und mehrschichtige Folien;
- Laminate;
- Barrierebeschichtungen;
- neue Materialformulierungen;
- unterschiedliche Konfigurationen desselben Materials.
Die ermittelten Daten können bei der Materialauswahl und bei der Optimierung des Schichtaufbaus im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten helfen.
Faktoren, die den CO₂TR beeinflussen
Der gemessene Wert hängt nicht ausschließlich vom Material ab. Auch die Prüfbedingungen können das Ergebnis beeinflussen.
Temperatur
Die Temperatur kann das Verhalten des Materials und die Geschwindigkeit der Gasübertragung verändern.
Um Ergebnisse, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten oder in verschiedenen Laboren ermittelt wurden, korrekt vergleichen zu können, müssen daher die jeweiligen Temperaturbedingungen berücksichtigt werden.
Materialdicke
Die Probendicke ist ein wichtiger Parameter bei der Charakterisierung der Durchlässigkeit.
Beim Vergleich unterschiedlicher Materialien sollten deshalb sowohl der jeweilige Aufbau und die Dicke als auch der CO₂TR-Wert selbst berücksichtigt werden.
Materialstruktur
Mehrschichtfolien, Laminate, Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen können die Barrierewirkung gegenüber CO₂ verändern.
Durch die Messung des Materials in seiner endgültigen Konfiguration lässt sich das tatsächliche Verhalten der gesamten Struktur bewerten.
Prüfbedingungen
Druck, Gaszusammensetzung und weitere Betriebsparameter müssen entsprechend dem verwendeten Prüfverfahren festgelegt und kontrolliert werden.
Der CO₂TR ist daher besonders aussagekräftig, wenn er zusammen mit den Bedingungen angegeben wird, unter denen er ermittelt wurde.
CO₂TR bei Verpackungen
Der Verpackungsbereich ist eines der Anwendungsgebiete, in denen die CO₂-Transmission eine besondere Bedeutung haben kann.
Die Fähigkeit eines Materials, den Gasaustausch zu begrenzen, kann bei der Entwicklung von Verpackungen und Strukturen berücksichtigt werden, wenn die Zusammensetzung der Innenatmosphäre für das verpackte Produkt wichtig ist.
Die CO₂TR-Messung kann zur Charakterisierung folgender Materialien und Strukturen eingesetzt werden:
- Verpackungsfolien;
- flexible Verpackungen;
- Mehrschichtfolien;
- laminierte Materialien;
- Barrierefolien und andere Barrierestrukturen;
- Verpackungen, die für bestimmte Lagerungsbedingungen ausgelegt sind.
Die Prüfung ermöglicht es, Materialien und Konfigurationen während der Entwicklung und Qualifizierung einer Verpackungslösung miteinander zu vergleichen.
CO₂TR und Vergleich mit dem OTR
Der CO₂TR und der OTR – Oxygen Transmission Rate – sind unterschiedliche Parameter, die jedoch gemeinsam zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften eines Materials eingesetzt werden können.
Der OTR beschreibt die Sauerstoffübertragung durch ein Material, während sich der CO₂TR speziell auf die Übertragung von Kohlendioxid bezieht.
Welcher Parameter gemessen werden sollte, hängt daher vom untersuchten Gas und von der jeweiligen Anwendung ab.
In bestimmten Fällen kann es sinnvoll sein, beide Eigenschaften zu bestimmen, um ein umfassenderes Bild des Gasbarriereverhaltens eines Materials zu erhalten.
OTR und CO₂TR beschreiben somit zwei unterschiedliche Transmissionsvorgänge. Weitere Informationen zur Sauerstoffdurchlässigkeit finden Sie auf der Seite Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR: Messung und Analyse.
Prüfstandards und Prüfbedingungen
Die Messung der CO₂-Transmission kann nach unterschiedlichen Prüfverfahren und technischen Standards durchgeführt werden.
Bei der Auswahl des Verfahrens sollten folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- Materialtyp;
- erwarteter CO₂TR-Messbereich;
- Temperaturbedingungen;
- Druck und Gaszusammensetzung;
- Eigenschaften der Probe;
- Anforderungen der jeweiligen Anwendung;
- anzuwendender Referenzstandard.
Die korrekte Festlegung der Prüfbedingungen ist entscheidend, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, die für Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle geeignet sind.
Wie wählt man ein CO₂TR-Prüfgerät oder einen CO₂TR-Analysator aus?
Die Auswahl eines CO₂TR-Prüfgeräts oder eines Analysators zur Messung der CO₂-Durchlässigkeit sollte von den Eigenschaften der Proben und den Zielen des Labors ausgehen.
Zu den wichtigsten Auswahlkriterien gehören:
- Messbereich;
- Art und Abmessungen der Proben;
- Temperaturbedingungen;
- Handhabung und Bereitstellung des Prüfgases;
- Anzahl der zu analysierenden Proben;
- Häufigkeit der Messungen;
- Automatisierungsgrad;
- verwendetes Prüfverfahren;
- Referenzstandards;
- Anforderungen aus Forschung und Entwicklung oder Qualitätskontrolle.
Eine vorherige Analyse dieser Aspekte hilft dabei, eine Gerätekonfiguration auszuwählen, die zu den tatsächlichen Anwendungen des Labors passt.
ExtraSolution-Lösungen zur CO₂TR-Messung
ExtraSolution bietet Messgeräte zur Charakterisierung der CO₂-Durchlässigkeit und zur Bestimmung des CO₂TR von Folien und Barrierematerialien.
Die Lösungen können in Forschung und Entwicklung, beim Materialvergleich, bei der Optimierung von Materialstrukturen und in der Qualitätskontrolle eingesetzt werden.
Die Auswahl des Messgeräts kann anhand des zu untersuchenden Materials, des erwarteten CO₂TR-Werts, der Prüfbedingungen und des erforderlichen Verfahrens erfolgen.
Für Anwendungen, bei denen mehrere Gase charakterisiert werden müssen, bietet ExtraSolution außerdem Lösungen, mit denen unterschiedliche Messmöglichkeiten in einem System kombiniert werden können.
Für die CO₂TR-Messung stehen MultiPerm O2-CO2 und MultiPerm H2O-CO2 zur Verfügung. TotalPerm ermöglicht die Charakterisierung der CO₂-Transmission zusammen mit OTR und WVTR. Die Wahl der Konfiguration hängt vom Material, den Prüfbedingungen und den weiteren Barriereeigenschaften ab, die untersucht werden sollen.
Anwendungsbereiche der CO₂-Durchlässigkeitsmessung
Die CO₂TR-Messung kann in verschiedenen industriellen Bereichen eingesetzt werden:
Lebensmittelverpackungen
Zur Charakterisierung von Folien und Strukturen, die für die Verpackung von Produkten verwendet werden, deren Eigenschaften durch den Gasaustausch beeinflusst werden können.
Barrierefolien
Zum Vergleich von Materialien und Strukturen mit unterschiedlichen Barriereeigenschaften gegenüber CO₂.
Flexible Verpackungen
Zur Bewertung des Verhaltens von Folien, Laminaten und Mehrschichtstrukturen.
Forschung und Entwicklung
Zur Unterstützung der Entwicklung und Optimierung neuer Barrierematerialien.
Qualitätskontrolle
Zur Überprüfung gleichbleibender Materialeigenschaften und der Übereinstimmung mit technischen Spezifikationen.
Entwicklung von Mehrschichtmaterialien
Zum Vergleich unterschiedlicher Materialkombinationen, Materialdicken und Oberflächenbehandlungen.
Die CO₂TR-Messung kann auf Kunststofffolien, Barrierefolien, Laminate und Mehrschichtstrukturen angewendet werden, die in unterschiedlichen Verpackungskonfigurationen eingesetzt werden. Weitere Informationen finden Sie auf den Seiten Messung der Durchlässigkeit von Kunststofffolien], Messung der Durchlässigkeit von Mehrschichtfolien und Laminaten und Durchlässigkeitsmessung bei flexiblen Verpackungen].
Warum den CO₂TR mit ExtraSolution messen?
Die Messung der CO₂-Durchlässigkeit liefert quantitative Informationen über das Verhalten eines Materials gegenüber Kohlendioxid.
ExtraSolution bietet Lösungen zur Charakterisierung von Folien, Barrierematerialien und Mehrschichtstrukturen mit Konfigurationen für unterschiedliche Analyseanforderungen.
Von der Forschung und Entwicklung bis zur Qualitätskontrolle kann der CO₂TR die Materialauswahl, den Vergleich verschiedener Strukturen und die Überprüfung der Materialeigenschaften unterstützen.
Weitere Informationen zu den verfügbaren Lösungen oder zur Auswahl eines geeigneten Messgeräts für Ihre Anwendung erhalten Sie direkt bei ExtraSolution: [Contatti → Kontakt].
Weitere Informationen zu anderen Durchlässigkeitsmessungen
Die CO₂-Messung gehört zu den wichtigen Verfahren zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien.
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