Die Wasserdampfdurchlässigkeit ist ein wichtiger Parameter zur Bewertung der Barriereeigenschaften von Folien, Membranen und Materialien, die für Verpackungen und andere industrielle Anwendungen bestimmt sind.
Die Fähigkeit eines Materials, den Durchtritt von Feuchtigkeit zu begrenzen, kann die Haltbarkeit und die Eigenschaften des verpackten Produkts beeinflussen. Zur Charakterisierung dieses Verhaltens wird häufig der Parameter WVTR – Water Vapor Transmission Rate – verwendet. Er beschreibt die Wasserdampfmenge, die unter definierten Prüfbedingungen innerhalb eines bestimmten Zeitraums durch eine Probe hindurchtritt.
ExtraSolution bietet Lösungen zur Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit und des WVTR zur Charakterisierung von Folien, Barrierematerialien und Mehrschichtstrukturen.
Was ist Wasserdampfdurchlässigkeit?
Die Wasserdampfdurchlässigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Materials, Wasserdampf durchzulassen.
Diese Eigenschaft ist besonders wichtig, wenn ein Material ein Produkt vor dem Eindringen oder dem Verlust von Wasserdampf schützen soll. Dies gilt beispielsweise für viele Materialien, die in Lebensmittel- und Pharmaverpackungen eingesetzt werden.
Das Verhalten des Materials hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:
- Zusammensetzung und Struktur;
- Materialdicke;
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- Vorhandensein mehrerer Schichten oder Beschichtungen;
- spezifische Eigenschaften der Probe.
Experimentelle Messungen ermöglichen es, die Barriereleistung unter den tatsächlichen Prüfbedingungen quantitativ zu bestimmen.
Was ist der WVTR?
WVTR steht für Water Vapor Transmission Rate und bezeichnet die Wasserdampftransmissionsrate eines Materials.
Der Wert wird bestimmt, indem die Wasserdampfmenge gemessen wird, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums und unter festgelegten Prüfbedingungen durch eine Probe hindurchtritt.
Bei identischen Prüfbedingungen entspricht ein niedrigerer WVTR-Wert einer geringeren Wasserdampftransmission und im Allgemeinen einer höheren Barrierewirkung gegenüber Feuchtigkeit.
Der Wert muss jedoch immer im Zusammenhang mit den Messbedingungen betrachtet werden. Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Materialdicke und Eigenschaften der Probe können das Ergebnis erheblich beeinflussen.
Warum sollte man den WVTR messen?
Die WVTR-Messung ermöglicht es, die Barriereeigenschaften eines Materials durch einen quantitativen Wert zu beschreiben. Dieser Wert ist hilfreich, um unterschiedliche Materialien und Lösungen miteinander zu vergleichen und zu charakterisieren.
Die Prüfung kann eingesetzt werden, um:
- neue Materialien und Barrierfolien zu entwickeln;
- unterschiedliche Materialstrukturen zu vergleichen;
- Mehrschichtfolien und Laminate zu optimieren;
- die Auswirkungen von Behandlungen oder Prozessänderungen zu überprüfen;
- Produktionskontrollen durchzuführen;
- Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu unterstützen;
- zu prüfen, ob ein Material die geforderten Spezifikationen erfüllt.
Die Ergebnisse sind sowohl während der Materialentwicklung als auch bei den anschließenden Qualitätskontrollen hilfreich.
Wie wird die Wasserdampfdurchlässigkeit gemessen?
Die Messung erfolgt, indem zwei Bereiche durch die zu untersuchende Probe voneinander getrennt werden.
Der Unterschied des Wasserdampfpartialdrucks zwischen den beiden Seiten führt dazu, dass Wasserdampf durch das Material hindurchtritt. Das Messsystem erfasst die durch die Probe übertragene Wasserdampfmenge und bestimmt daraus den entsprechenden WVTR-Wert.
Um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, müssen die Prüfbedingungen kontrolliert werden. Besonders wichtig sind:
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- exponierte Probenfläche;
- Materialdicke;
- Zustand und Vorbereitung des Materials.
Auch die korrekte Positionierung der Probe und die Stabilität der Messbedingungen sind entscheidend, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
Welche Materialien können untersucht werden?
Die WVTR-Prüfung kann bei zahlreichen Materialtypen eingesetzt werden, darunter:
- Kunststofffolien;
- Barrierfolien;
- Mehrschichtfolien;
- Laminate;
- coextrudierte Strukturen;
- Membranen;
- flexible Materialien;
- Beschichtungen und Strukturen mit Barrierefunktion.
Die Messung kann sowohl an einzelnen Materialien als auch an Strukturen durchgeführt werden, die aus mehreren Schichten bestehen.
Bei Laminaten und Mehrschichtfolien ermöglicht der WVTR die Bewertung der Barriereleistung der fertigen Materialstruktur und den Vergleich unterschiedlicher Materialkombinationen.
Faktoren, die den WVTR beeinflussen
Das Messergebnis hängt nicht ausschließlich von der Zusammensetzung des Materials ab. Auch die Prüfbedingungen können das beobachtete Verhalten erheblich beeinflussen.
Temperatur
Die Temperatur kann die Eigenschaften des Materials und die Wasserdampftransmission beeinflussen. Ergebnisse, die bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt wurden, müssen deshalb unter Berücksichtigung der jeweiligen Prüfbedingungen verglichen werden.
Relative Luftfeuchtigkeit
Die relative Luftfeuchtigkeit ist ein entscheidender Parameter bei der WVTR-Prüfung. Der Feuchtigkeitsunterschied zwischen den beiden Seiten der Probe bestimmt die Bedingungen der Wasserdampftransmission und muss während der Prüfung kontrolliert werden.
Materialdicke und Struktur
Materialdicke, Anzahl der Schichten, Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen können die Barriereleistung beeinflussen.
Insbesondere beim Vergleich unterschiedlicher Materialien ist es deshalb wichtig, die gesamte Probenstruktur zu berücksichtigen und sich nicht ausschließlich auf den WVTR-Wert zu konzentrieren.
WVTR und Barrierfolien
Barrierfolien werden entwickelt, um den Durchtritt bestimmter Stoffe durch ihre Struktur zu begrenzen. Bei Wasserdampf kann die Barriereleistung entscheidend sein, wenn ein Produkt vor Umgebungsfeuchtigkeit oder vor Feuchtigkeitsverlust geschützt werden muss.
Die WVTR-Messung ermöglicht beispielsweise den Vergleich von:
- unterschiedlichen Materialien;
- verschiedenen Materialdicken;
- ein- und mehrschichtigen Strukturen;
- Laminaten;
- Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen;
- neuen Materialformulierungen.
Der ermittelte Wert kann die Materialauswahl und die Optimierung von Strukturen während der Entwicklungsarbeiten unterstützen.
Welcher Parameter zur Charakterisierung verwendet wird, hängt von der untersuchten Substanz und den Einsatzbedingungen des Materials ab. Einen Überblick über die verfügbaren Messverfahren finden Sie unter [Permeabilità ai gas: misura e analisi → Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse].
WVTR-Messung im Verpackungsbereich
Im Verpackungsbereich kann die Kontrolle der Wasserdampftransmission wichtig sein, um die Eigenschaften eines Produkts während der Lagerung zu erhalten.
Die WVTR-Messung wird zur Charakterisierung von Folien und Materialstrukturen eingesetzt, die unter anderem für folgende Anwendungen bestimmt sind:
- Lebensmittelverpackungen;
- flexible Verpackungen;
- Kunststofffolien;
- Mehrschichtstrukturen und Laminate;
- pharmazeutische Verpackungen;
- technische Anwendungen, bei denen die Feuchtigkeitskontrolle eine wichtige Rolle spielt.
Die Prüfung ermöglicht den Vergleich unterschiedlicher Lösungen und die Überprüfung der Barriereleistung einer für die jeweilige Anwendung ausgewählten Materialstruktur.
Normen und Prüfbedingungen
Die Bestimmung des WVTR kann nach unterschiedlichen Verfahren und technischen Normen erfolgen, die abhängig vom Material und den geforderten Prüfbedingungen ausgewählt werden.
Bei der Festlegung des Prüfverfahrens sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden:
- Eigenschaften der Probe;
- erwarteter WVTR-Messbereich;
- Temperatur;
- relative Luftfeuchtigkeit;
- vorgesehene Betriebsbedingungen;
- maßgebliche Referenznorm.
Definierte und kontrollierte Prüfbedingungen sind unerlässlich, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten und diese korrekt interpretieren zu können.
Wie wählt man ein WVTR-Prüfgerät oder einen WVTR-Analysator aus?
Die Auswahl eines WVTR-Prüfgeräts oder eines Analysators zur Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit sollte sich an den konkreten Anforderungen des Labors orientieren.
Zu den wichtigsten Auswahlkriterien gehören:
- Messbereich;
- Art und Abmessungen der Proben;
- Prüftemperatur;
- Feuchtigkeitskontrolle;
- verwendetes Prüfverfahren;
- Anzahl der geplanten Messungen;
- Automatisierungsgrad;
- Anforderungen an Forschung und Entwicklung oder Qualitätskontrolle.
Die Konfiguration des Messgeräts sollte sowohl zum untersuchten Material als auch zur vorgesehenen Analyse passen.
ExtraSolution-Messgeräte zur Bestimmung des WVTR
ExtraSolution bietet Messgeräte zur Charakterisierung der Wasserdampfdurchlässigkeit und zur Bestimmung des WVTR von Folien und Barrierematerialien.
Die Lösungen können in Forschungs- und Entwicklungslaboren sowie bei Qualitätskontrollen eingesetzt werden, um Materialien miteinander zu vergleichen, die Leistung von Materialstrukturen zu überprüfen und die Entwicklung neuer Lösungen zu unterstützen.
Die Auswahl des geeigneten Messgeräts richtet sich nach dem zu untersuchenden Material, dem benötigten Messbereich, den Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sowie dem erforderlichen Prüfverfahren.
Für die WVTR-Messung stehen PermeH2O, eine Lösung zur Charakterisierung der Wasserdampfdurchlässigkeit, sowie MultiPerm O2-H2O und MultiPerm H2O-CO2 zur Verfügung. Diese Systeme ermöglichen es, die WVTR-Messung mit weiteren Permeabilitätsanalysen zu kombinieren. Für eine umfassende Charakterisierung der Barriereeigenschaften steht außerdem TotalPerm zur Verfügung.
Anwendungsbereiche der Wasserdampfdurchlässigkeitsmessung
Die Charakterisierung des WVTR findet in verschiedenen Bereichen Anwendung.
Bewertung der Barriereeigenschaften von Folien und Materialstrukturen für Verpackungsanwendungen.
Kunststofffolien und Barrierfolien
Vergleich der Barriereleistung unterschiedlicher Materialien und Strukturen.
Charakterisierung von Folien, Laminaten und Mehrschichtstrukturen.
Bewertung von Materialien, die zum Schutz feuchtigkeitsempfindlicher Produkte eingesetzt werden.
Forschung und Entwicklung
Untersuchung und Optimierung neuer Materialien und Barrierestrukturen.
Qualitätskontrolle
Überprüfung der gleichbleibenden Material- und Produktionsleistung.
Die WVTR-Messung wird bei der Charakterisierung von Kunststofffolien, Laminaten und Mehrschichtstrukturen sowie bei unterschiedlichen Verpackungskonfigurationen eingesetzt. Weitere Informationen finden Sie unter Messung der Gasdurchlässigkeit von Kunststofffolien, Messung der Gasdurchlässigkeit von Mehrschichtfolien und Laminaten und Messung der Gasdurchlässigkeit flexibler Verpackungsmaterialien.
Weitere Informationen zu den Lösungen von ExtraSolution
Die WVTR-Messung ist eine der Methoden zur Charakterisierung der Barriereeigenschaften von Materialien.
Weitere Informationen zu anderen Analyseverfahren finden Sie auf unseren Themenseiten:
- Gasdurchlässigkeit: Messung und Analyse
- Sauerstoffdurchlässigkeit und OTR
- CO₂-Durchlässigkeit und CO₂TR
- Barriereeigenschaften von Folien
Um den passenden Analysator für Ihr Material und Ihre Prüfbedingungen zu finden, kontaktieren Sie ExtraSolution.