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Was ist Permeation?

Permeation ist die Durchdringung von Gas oder Dampf durch eine Barriere, wie etwa die einer Folie oder auch einer Verpackung von Lebensmittel und Medizinprodukte oder sogar flexible elektronische Displays. Aufgrund der Partialdruckdifferenz durchdringt dabei das Gas oder der Dampf die Barriere, die meistens aus einem Feststoff ist.

und metallisierte Verpackungen, am häufigsten Verwendung finden. Da diese Materialien zu einem gewissen Grad durchlässig sind, ist die Messung der Gasdurchlässigkeit dieser Barrieren wesentlich zur Bestimmung des Zeitraums, für den ein Verpackungssystem die gewünschte Gaszusammensetzung in der Verpackung beibehält und somit letztendlich auch dafür, wie lange ein Produkt in der jeweiligen Verpackung geschützt wird und sich hält. Die Mindesthaltbarkeit von verpackten Lebensmitteln, Getränken und verpackten Konsumgütern kann durch die Gasdurchlässigkeit des zum Schutz der Waren eingesetzten Verpackungssystems wesentlich beeinflusst werden. In der fertigenden Elektronikindustrie für Solaranlagen und OLED-Geräte wird eine Schutzschicht aufgetragen, um die Permeationsrate von Wasserdampf zu reduzieren, was sich direkt auf die Lebensdauer des Produkts auswirkt. – Hier ist die Permeation ein kritischer Parameter für die Erwartung der Lebensdauer der geschützten Elektronikkomponenten.

Tatsächlich ist die Permeationsrate von Gas durch durchlässige Barrieren und Verpackungen wichtig für viele Anwendungsbereiche!

Um sicherzustellen, dass verpackte Produkte oder Verpackungsmaterialien die gewünschte Produkt-Mindesthaltbarkeit und den gewünschten Schutz bieten, ist es wichtig, die Gasdurchlässigkeit sowohl des Barrierematerials als auch der fertigen Verpackung zu verstehen und Verpackungsmaterial sowie -designs und -prozess auszuwählen, die Ihre Anforderungen an die Mindesthaltbarkeit erfüllen

In praktischen Anwendungen ist die Transmissionsrate (TR) die üblichste Möglichkeit zur Messung des „Flusses“ von Gas durch ein Polymer. Die Durchlässigkeit für Sauerstoff (OTR) und Wasserdampf (WVTR) sowie Kohlendioxid CO2 (CO2TR) kann von Permeationsmessinstrumenten mit verschiedenen Sensortechnologien gemessen werden. Die Permeationsrate wird bei Verpackungsfolien üblicherweise folgendermaßen dargestellt: cm3/m2Tag für OTR und CO2TR und g/ m2Tag für WVTR.

Diese Durchlässigkeit beschreibt, wie viel des jeweiligen Gases (in cm3oder g) sich pro Tag durch einen bestimmten Bereich der Barrierefolie bewegt. Bei Fertigverpackungen wird die Permeationsrate üblicherweise folgendermaßen dargestellt: cm3/VerpackungTag für OTR und CO2TR und g/VerpackungTag für WVTR. Für Komplettverpackungen wird hier im Grunde gemessen, wie viel eines bestimmten Gases eine bestimmte Verpackung pro Tag durchdringt. Egal ob bei der Analyse von Verpackungen oder Folien, die Permeationsrate wird durch Umgebungsbedingungen wie Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit (RH) sowie den Konzentrationsunterschied (Partialdruckdifferenz) zwischen dem Gas innerhalb der Verpackung und dem Gas außerhalb der Verpackung beeinflusst. Die Prüfung bei kontrollierten Prüftemperaturen und relativer Luftfeuchtigkeit ist daher wesentlich, um präzise Ergebnisse zur Transmissionsrate zu erhalten.

Was kann ich mit Permeationsmessungen machen?

Durch die Analyse der Gasdurchlässigkeit kann zum Beispiel bestimmt werden, wie lange es dauert, bis ein in Flaschen abgefülltes Limonadenprodukt schal wird (ohne das Produkt zu öffnen), bis eine Schutzatmosphäre in der Verpackung Umgebungsbedingungen erreicht und schließlich, ob Ihre Verpackung den gewünschten Gaspermeationsschutz bietet.

Die Gaspermeationsanalyse kann ebenfalls eingesetzt werden, um die Qualität von Verpackungs-Rohmaterialien bei deren Umwandlung von Folie zum verpacken Endprodukt zu überwachen. Oft können selbst kleinste Materialveränderungen zu einer deutlichen Veränderung der Gasdurchlässigkeit führen – mit weitreichenden Konsequenzen für die Schutzatmosphäre, dem ein Produkt während seiner gesamten Verpackungsdauer ausgesetzt sein sollte. Die Gaspermeationsanalyse zur Qualitätskontrolle in der Verpackungsmaterial-, Konverter- sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie stellt einen der größten Einsatzbereiche von Permeationsmessinstrumenten der heutigen Zeit dar.

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