Die Sauerstoffdurchlässigkeit ist einer der wichtigsten Parameter zur Bewertung der Barriereeigenschaften von Folien, Membranen, Kunststoffen und Verpackungsmaterialien.
Die Fähigkeit eines Materials, den Durchtritt von Sauerstoff zu begrenzen, kann für zahlreiche Anwendungen entscheidend sein, insbesondere wenn der Kontakt mit Sauerstoff die Haltbarkeit oder die Eigenschaften des verpackten Produkts beeinflussen kann.
Die Messung der Sauerstofftransmission durch ein Material wird üblicherweise mit dem Parameter OTR – Oxygen Transmission Rate – angegeben. Dieser ermöglicht es, die Sauerstoffmenge zu quantifizieren, die unter bestimmten Prüfbedingungen durch eine Probe hindurchtritt.
ExtraSolution bietet Lösungen zur Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit und des OTR für die Charakterisierung von Folien, Barrierematerialien und Materialstrukturen, die in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt werden.
Was ist Sauerstoffdurchlässigkeit?
Die Sauerstoffdurchlässigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Sauerstoff durchzulassen.
Wird eine Folie oder eine Materialstruktur als Barriere eingesetzt, besteht das Ziel häufig darin, den Sauerstoffdurchtritt zwischen der äußeren Umgebung und dem Produkt in der Verpackung zu begrenzen.
Das Verhalten des Materials hängt sowohl von seiner Zusammensetzung und Struktur als auch von den Bedingungen ab, unter denen die Messung durchgeführt wird.
Zu den wichtigsten Faktoren, die die Sauerstoffdurchlässigkeit beeinflussen können, gehören:
- Art des Materials;
- Dicke der Probe;
- Struktur der Folie;
- Temperatur;
- Feuchtigkeitsbedingungen;
- Unterschied des Sauerstoffpartialdrucks;
- Vorhandensein mehrerer Materialschichten;
- Eigenschaften und Zustand der Probe.
Aus diesem Grund sind experimentelle Messungen entscheidend, um die tatsächliche Barriereleistung eines Materials zu bestimmen.
Was ist der OTR?
OTR steht für Oxygen Transmission Rate, also Sauerstofftransmissionsrate.
Der Parameter beschreibt die Sauerstoffmenge, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums und unter festgelegten Prüfbedingungen durch ein Material hindurchtritt.
Der OTR wird verwendet, um die Barriereleistung von Folien und anderen Materialien gegenüber Sauerstoff zu charakterisieren.
Im Allgemeinen weist ein niedrigerer OTR-Wert bei identischen Messbedingungen auf eine geringere Sauerstofftransmission und damit auf eine höhere Fähigkeit des Materials hin, den Sauerstoffdurchtritt zu begrenzen.
Der OTR-Wert muss jedoch immer im Zusammenhang mit den verwendeten Prüfbedingungen interpretiert werden, da Temperatur, Feuchtigkeit, Materialdicke und weitere Parameter das Ergebnis beeinflussen können.
Warum sollte man den OTR messen?
Die OTR-Messung liefert einen quantitativen Wert für die Leistung eines Materials gegenüber Sauerstoff.
Dieser Wert kann in verschiedenen Phasen der Materialentwicklung und Produktion verwendet werden:
- Entwicklung neuer Materialien;
- Auswahl von Folien mit unterschiedlichen Barriereeigenschaften;
- Vergleich verschiedener Materialien und Materialstrukturen;
- Optimierung von Mehrschichtfolien;
- Qualitätskontrolle;
- Überprüfung der Produktionskonstanz;
- Forschung und Entwicklung;
- Bewertung der Auswirkungen von Änderungen an der Materialrezeptur oder am Herstellungsprozess.
Die OTR-Messung ermöglicht somit den Vergleich unterschiedlicher Lösungen anhand eines messbaren Parameters und hilft dabei, das tatsächliche Verhalten eines Materials zu beurteilen.
Wie wird die Sauerstoffdurchlässigkeit gemessen?
Die Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit erfolgt, indem zwei Bereiche durch die zu untersuchende Probe voneinander getrennt werden.
Auf einer Seite der Probe wird Sauerstoff zugeführt, während auf der gegenüberliegenden Seite die Sauerstoffmenge erfasst wird, die das Material durchdringt.
Der Analysator überwacht die Sauerstofftransmission durch die Probe und bestimmt den OTR-Wert anhand der für die Prüfung festgelegten Bedingungen.
Um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, müssen die wichtigsten Prüfparameter kontrolliert werden. Dazu gehören Temperatur, Feuchtigkeit, Druckbedingungen und die Eigenschaften der Probe.
Auch die Probenvorbereitung und die korrekte Montage im Messsystem sind wichtig, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
Welche Materialien können einer OTR-Prüfung unterzogen werden?
Die Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit kann bei zahlreichen Materialtypen eingesetzt werden.
Zu den häufig untersuchten Materialien gehören:
- Kunststofffolien;
- Barrierfolien;
- Mehrschichtfolien;
- Laminate;
- coextrudierte Materialstrukturen;
- Membranen;
- Materialien für flexible Verpackungen;
- Materialien für Verpackungen und Behälter.
Die Messung kann sowohl zur Charakterisierung einzelner Materialien als auch zur Bewertung mehrschichtiger Strukturen eingesetzt werden.
Bei Mehrschichtmaterialien ermöglicht die Prüfung, das Verhalten der gesamten Struktur zu bewerten und unterschiedliche Materialkombinationen miteinander zu vergleichen.
OTR und Barriereeigenschaften von Folien
Der OTR ist einer der Parameter zur Bewertung der Sauerstoffbarriereeigenschaften von Folien.
Die Barriereleistung kann von verschiedenen Merkmalen der Materialstruktur abhängen, darunter Zusammensetzung, Dicke und das Vorhandensein speziell entwickelter Schichten zur Verringerung der Sauerstofftransmission.
Daher können zwei äußerlich ähnliche Folien bei der Messung unterschiedliche Ergebnisse zeigen.
Die experimentelle OTR-Charakterisierung kann sowohl bei der Entwicklung neuer Materialien als auch bei der Überprüfung der Leistung einer bereits produzierten Materialstruktur hilfreich sein.
Sauerstoffdurchlässigkeit von Barrierfolien
Barrierfolien werden entwickelt, um den Durchtritt bestimmter Stoffe durch eine Materialstruktur zu begrenzen.
Bei Sauerstoff kann eine hohe Barriereleistung besonders wichtig sein, wenn der Kontakt mit der äußeren Umgebung reduziert werden soll.
Mit der OTR-Messung lässt sich das Verhalten einer Folie überprüfen und verschiedene Lösungen lassen sich miteinander vergleichen, beispielsweise:
- unterschiedliche Materialien;
- unterschiedliche Materialdicken;
- einschichtige und mehrschichtige Strukturen;
- unterschiedliche Materialkombinationen;
- Folien, die verschiedenen Behandlungen oder Herstellungsverfahren unterzogen wurden.
Der Vergleich der Ergebnisse unterstützt die Forschung und Entwicklung sowie die Auswahl einer für die jeweilige Anwendung geeigneten Materialstruktur.
Faktoren, die den OTR-Wert beeinflussen
Der bei einer OTR-Prüfung gemessene Wert hängt nicht ausschließlich vom Material selbst ab.
Die Prüfbedingungen können das Verhalten der Probe erheblich beeinflussen. Zu den wichtigsten Faktoren gehören:
Temperatur
Die Temperatur kann das Verhalten des Materials und die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der Sauerstoff die Materialstruktur durchdringt.
Deshalb sollten Ergebnisse, die bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt wurden, nicht ohne Berücksichtigung der jeweiligen Prüfbedingungen miteinander verglichen werden.
Feuchtigkeit
Bei bestimmten Materialien, insbesondere bei einigen Barrierestrukturen, können die Feuchtigkeitsbedingungen die Sauerstoffbarriereleistung erheblich beeinflussen.
Die Festlegung und Kontrolle der Feuchtigkeit während der Prüfung sind daher wichtig, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten.
Materialdicke
Die Dicke des Materials kann die Sauerstoffmenge beeinflussen, die eine Probe durchdringt.
Beim Vergleich unterschiedlicher Materialien muss dieser Parameter deshalb ebenfalls berücksichtigt werden.
Materialstruktur
Mehrschichtige Aufbauten, Beschichtungen oder Oberflächenbehandlungen können die Barriereeigenschaften eines Materials erheblich verändern.
Die OTR-Messung ermöglicht es, das Verhalten der fertigen Materialstruktur zu bewerten und nicht nur das der einzelnen Ausgangsmaterialien.
OTR-Messung im Verpackungsbereich
Der Verpackungssektor gehört zu den wichtigsten Anwendungsbereichen der Sauerstoffdurchlässigkeitsmessung.
Folien und Materialstrukturen für Verpackungen können abhängig von den Anforderungen des Produkts mit unterschiedlichen Barriereeigenschaften entwickelt werden.
Die OTR-Messung ermöglicht es, diese Materialien zu charakterisieren und unterschiedliche Lösungen während der Entwicklung, Konstruktion und Qualitätskontrolle miteinander zu vergleichen.
Die Charakterisierung kann Folien betreffen, die für folgende Anwendungen vorgesehen sind:
- flexible Verpackungen;
- Mehrschichtstrukturen;
- Laminate;
- Lebensmittelverpackungen;
- pharmazeutische Verpackungen;
- weitere Anwendungen, bei denen die Kontrolle der Sauerstofftransmission wichtig ist.
Weitere Informationen zu den Anwendungsbereichen:
Normen und Methoden zur OTR-Messung
Die Messung der Sauerstofftransmission kann abhängig vom Material und den Prüfbedingungen nach unterschiedlichen Verfahren und technischen Normen durchgeführt werden.
Zu den Verfahren zur Charakterisierung der Sauerstofftransmission durch Folien und Kunststoffmaterialien gehören spezielle Methoden zur Bestimmung des OTR.
Bei der Auswahl der Methode müssen das untersuchte Material, der Messbereich, die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sowie die Anforderungen der jeweiligen Anwendung berücksichtigt werden.
Deshalb ist es wichtig, das Prüfverfahren vor dem Vergleich von Ergebnissen unterschiedlicher Materialien eindeutig festzulegen.
Wie wählt man ein OTR-Prüfgerät oder einen OTR-Analysator aus?
Die Auswahl eines OTR-Prüfgeräts oder eines Analysators für die Sauerstoffdurchlässigkeit sollte sich nach den Eigenschaften des Materials und den Anforderungen des Labors richten.
Zu den wichtigsten Auswahlkriterien gehören:
- benötigter OTR-Messbereich;
- Art und Abmessungen der Proben;
- Prüftemperatur;
- Feuchtigkeitsbedingungen;
- Anzahl der zu analysierenden Proben;
- Häufigkeit der Messungen;
- Automatisierungsgrad;
- anzuwendendes Prüfverfahren und relevante Normen;
- Anforderungen der Forschung und Entwicklung oder der Qualitätskontrolle.
Die Auswahl des Messgeräts sollte daher von der konkreten Messaufgabe ausgehen und nicht ausschließlich vom Materialtyp abhängig gemacht werden.
ExtraSolution-Messgeräte zur OTR-Bestimmung
ExtraSolution bietet Lösungen zur Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit und zur Bestimmung des OTR mit Konfigurationen für unterschiedliche Analyseanforderungen.
Die Messgeräte können zur Charakterisierung von Folien und Barrierematerialien in der Forschung und Entwicklung, der Qualitätskontrolle und bei der Überprüfung der Materialleistung eingesetzt werden.
Das Produktportfolio umfasst Lösungen zur gezielten Sauerstoffmessung sowie Systeme, die abhängig von der jeweiligen Gerätekonfiguration verschiedene Analyseverfahren integrieren können.
Bei der Auswahl einer geeigneten Lösung können folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- Art des Materials;
- erwarteter OTR-Wert;
- Prüfbedingungen;
- Probentyp;
- relevante Referenznormen;
- Anzahl der geplanten Analysen.
Anwendungsbereiche der Sauerstoffdurchlässigkeitsmessung
Die OTR-Messung wird in verschiedenen Branchen eingesetzt, in denen die Sauerstoffbarriereeigenschaften einen wichtigen Parameter darstellen.
Dazu gehören:
Zur Charakterisierung von Folien und Materialstrukturen, die für Lebensmittelverpackungen verwendet werden.
Kunststofffolien und Barrierfolien
Zum Vergleich von Materialien und Materialstrukturen mit unterschiedlichen Sauerstoffbarriereeigenschaften.
Zur Bewertung der Leistung von Materialien, die Produkte vor dem Einfluss der äußeren Umgebung schützen sollen.
Mehrschichtfolien und Laminate
Zur Überprüfung des Verhaltens der gesamten Materialstruktur und zum Vergleich unterschiedlicher Materialkombinationen.
Forschung und Entwicklung
Zur Unterstützung der Entwicklung und Optimierung neuer Materialien und Barrierestrukturen.
Qualitätskontrolle
Zur Überprüfung der gleichbleibenden Material- und Produktionsleistung.
Warum ExtraSolution für die OTR-Messung wählen?
Bei der Auswahl der Messgeräte zur OTR-Bestimmung müssen die spezifischen Eigenschaften des Materials und die Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen die Analyse durchgeführt werden soll.
ExtraSolution bietet Lösungen zur Charakterisierung der Sauerstoffdurchlässigkeit und der Barriereeigenschaften und unterstützt Labore und Unternehmen bei der Auswahl einer geeigneten Gerätekonfiguration.
Von der Forschung und Entwicklung bis zur Qualitätskontrolle liefert die OTR-Messung quantitative Informationen, die zur Charakterisierung und zum Vergleich der Materialleistung beitragen.
Wenn Sie mehr über die verfügbaren Lösungen erfahren oder das passende Messgerät für Ihre Anwendung finden möchten, kontaktieren Sie ExtraSolution.
Weitere Informationen zu Permeabilitätsmessungen
Die OTR-Messung ist eine der Methoden zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien.
Weitere Informationen zu anderen Messverfahren finden Sie auf unseren Themenseiten:
- Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse
- Wasserdampfdurchlässigkeit und WVTR
- CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR
- Barriereeigenschaften von Folien
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