Gängige Prüftechniken für Sauerstoff- und Wasserdampfbarriere

Einleitung

Mit der weltweit zunehmenden Tendenz, Kunststoff durch Papier zu ersetzen („Paper-to-Plastic“), gewinnt beschichtetes Papier (Coated Paper) als nachhaltige Alternative in Bereichen wie Lebensmittelverpackungen und medizinischen Sterilverpackungen zunehmend an Bedeutung. Die poröse Struktur von Papier selbst führt jedoch zu einer nur begrenzten Barrierewirkung gegenüber Gasen und Wasserdampf,, genau hier setzt der Beschichtungsprozess an.

Wenn Sie beginnen, die Barriereeigenschaften von coated paper zu bewerten, stellt sich zunächst die Frage: Welche Kennwerte sollten geprüft werden? Mit welchen Methoden?

Die Bewertung konzentriert sich auf zwei zentrale Dimensionen:

l  Sauerstoffbarriere: Verhindert oxidative Veränderungen des Inhalts und verlängert die Haltbarkeit

l  Wasserdampfbarriere: Verhindert Feuchtigkeitsaufnahme oder -verlust und erhält die Produktqualität

Dieser Artikel bietet einen klaren methodischen Leitfaden für Einsteiger, um die gängigen Prüfmethoden und ihre Anwendungsbereiche zu verstehen.

1. Prüfung der Sauerstoffbarriere – Coulometrische Methode

Warum prüfen?

Sauerstoff ist der Hauptfaktor für oxidative Veränderungen von Fetten, Geschmacksverlust und Nährstoffabbau. Für coated paper in Verpackungen von fetthaltigen Lebensmitteln, Pharmazeutika oder Elektronikbauteilen ist die Sauerstofftransmissionsrate (OTR) ein zentraler Leistungskennwert.

Messprinzip

Die derzeit weltweit gängigste und präziseste Methode ist die coulometrische Methode, basierend auf ASTM D3985 und ISO 15105-2.

Die Probe wird zwischen die Diffusionskammer eingespannt, beide Seiten stehen unter Umgebungsdruck. Eine Seite wird mit Sauerstoff (oder Luft) beaufschlagt, die andere mit hochreinem Stickstoff gespült. Aufgrund der Konzentrationsdifferenz diffundiert Sauerstoff durch die Probe zum Stickstoffstrom und wird zum coulometrischen Sensor geleitet. Dieser erzeugt nach dem Faradayschen Gesetz ein elektrisches Signal, das proportional zum Sauerstofffluss ist. Das System berechnet daraus die OTR.

Typische Einheit: cm³/(m²·d) oder ml/(m²·d)

Normative Grundlagen

Das Labthink Prüfsystem für Sauerstoffdurchlässigkeit ist professionell einsetzbar für die Bestimmung der Gasdurchlässigkeit von Kunststofffolien, Verbundfolien, Hochbarrierematerialien, Platten und Metallfolien bei verschiedenen Temperaturen.

Merkmale

l  Hohe Empfindlichkeit – erfasst niedrige Sauerstofftransmissionsraten

l  Gute Wiederholbarkeit – objektive Messung ohne subjektive Ablesefehler

l  Feuchtigkeitskontrolle – ermöglicht praxisnahe Prüfbedingungen

Hinweise

l  Sorgfältige Abdichtung zur Vermeidung von Randleckagen/Edge effect

l  Prüffläche an Dicke und Barriereniveau anpassen

l  Bei hochbarrieren Proben ist der stationäre Zustand abzuwarten

2. Prüfung der Wasserdampfbarriere – Infrarotsensormethode

Warum prüfen?

Wasserdampf führt zu Feuchtigkeitsaufnahme (Aufweichen von Lebensmitteln, Verklumpen von Pulvern) und Qualitätsverlust. Die Wasserdampftransmissionsrate (WVTR) bestimmt die Feuchteschutzleistung der Verpackung.

Messprinzip

Die international anerkannte, effiziente und präzise Methode ist die Infrarotsensormethode, basierend auf ASTM F1249 und ISO 15106-2.

Die Probe wird in eine Diffusionskammer eingespannt, die in eine trockene und eine feuchtekontrollierte Seite unterteilt ist. Die trockene Seite wird mit dem trockenen Stickstoff gespült, die feuchte Seite auf definierte relative Feuchte eingestellt. Wasserdampf diffundiert durch die Probe zum Stickstoffstrom und wird zum Infrarotsensor transportiert. Dieser detektiert die charakteristische Absorption von Wasserdampfmolekülen und erzeugt ein proportionales Signal.

Typische Einheit: g/(m²·d)

Normative Grundlagen

Labthink Prüfsystem für Wasserdampfdurchlässigkeit basiert auf dem Prüfverfahren von Infrarot-Sensor. Es wurde gemäß ASTM F1249, ISO 15106-2 und anderen Normen entwickelt und hergestellt, um die hochpräzise und hocheffiziente Wasserdampfdurchlässigkeit für Hochbarriere und Mittelbarriere Materialien zu bestimmen.

Merkmale

l  Schnell – Prüfung innerhalb weniger Stunden

l  Präzise – Nachweisgrenze tief bis zum 0,005 g/(m²·d)

l  Automatisiert – vollständige Steuerung von Temperatur, Feuchte und Durchfluss

l  Echtzeitüberwachung – Verfolgung des zeitlichen Transmissionsverlaufs

3. Auswahl der geeigneten Prüfmethode

Priorität nach Anwendungsszenario

Methodenempfehlung nach Prüfziel

4. Schlussbemerkung

Die Bewertung der Barriereeigenschaften von coated paper erfordert die Auswahl geeigneter Prüfmethoden entsprechend dem Anwendungsszenario. Sauerstofftransmissionsrate (OTR) und Wasserdampftransmissionsrate (WVTR) sind die zwei zentralen Kennwerte:

l  Coulometrische Methode (ASTM D3985 / ISO 15105-2) – international anerkannteste und präziseste OTR-Methode

l  Infrarotsensormethode (ASTM F1249 / ISO 15106-2) – effiziente und präzise Standardmethode für WVTR

Beide Verfahren sind in ASTM- und ISO-Normen verankert, die Ergebnisse sind weltweit anerkannt und bieten eine verlässliche Grundlage für Entwicklung, Produktion und Qualitätskontrolle von gestrichenem Papier.

Dieser Leitfaden bietet eine grundlegende Einführung. Für spezifische Proben oder Anwendungsszenarien stehen wir gerne für weiterführende Beratung zur Verfügung. – Kontaktieren Sie uns.

Literaturhinweise

[1] ASTM D3985: Standard Test Method for Oxygen Gas Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Coulometric Sensor.

[2] ASTM F1249: Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor.

[3] ISO 15105-2: Plastics — Film and sheeting — Determination of gas-transmission rate — Part 2: Equal-pressure method.

[4] ISO 15106-2: Plastics — Film and sheeting — Determination of water vapour transmission rate — Part 2: Infrared detection sensor method.

[5] ASTM F1927: Standard Test Method for Determination of Oxygen Gas Transmission Rate, Permeability and Permeance at Controlled Relative Humidity Through Barrier Materials Using a Coulometric Detector.