“Prüfen und Bewerten von Folienverpackungen”: Permeation (Teil 3)
von Karsten Schröder (Innoform)
Der Begriff der Permeationsrate oder auch oft einfach nur als Permeation bezeichnet ist aus der Welt der Folienverpackungen nicht weg zu denken.
Doch wenn man die einfache Frage beantworten soll, was das eigentlich ist, wird es für viele schwierig. In unseren Seminaren versuchen wir das immer bildhaft zu erläutern. Die Permeationsrate wird im Wesentlichen durch zwei Faktoren beeinflusst:
1. Den „Drang“ eines Gases, durch eine Folie zu permeieren
2. Die Möglichkeit des Gases durch die Folie zu gelangen
1 Der „Drang“ von Gasen in die Verpackung oder aus ihr hinaus
Der Drang eines Gases für den Durchtritt durch eine Folie wird durch den s.g. Partialdruckunterschied zwischen der Außenseite der Folienverpackung und der Innenseite bestimmt.
Sind also außen in der Umgebungsluft die üblichen 21% Sauerstoff und innen in der Verpackung 0%Sauerstoff, so ist der Partialruckunterschied für den Sauerstoff bei normalem Atmosphärendruck von 1000 mbar (= Hekto Pascal [hPa]) 210 mbar.
Trivial ausgedrückt heißt dass, das der „Drang“ des Sauerstoffs, um in die Verpackung zu gelangen, einem Druck von 210 mbar entspricht. Das ist also sozusagen der Antrieb für den Sauerstoff überhaupt in die Verpackung zu „wollen“.
Wie sich das bei anderen Drücken verhält, zeigt dieses Bild aus unseren Seminarunterlagen:
Abbildung 1: Partialdruck des Sauerstoff auf Höhe des Meeresspiegel
Abbildung 2: Partialdruck von Sauerstoff auf 2000m Höhe
Das heißt also, wenn man es ganz genau rechnen will, muss man den Atmosphärendruck und die Druckdifferenz zwischen Außen- und Innendruck der Verpackung berücksichtigen. In der Praxis werden aber immer „normierte“ Werte angegeben und nur solche – immer auf gleiche Bedingungen normierte Bedingungen sollten für Vergleiche heran gezogen werden.
2 Die Möglichkeit eines Gases durch eine Folie zu gelangen
Nun mag es auf den ersten Blick ja unmöglich erscheinen, dass durch eine „intakte Folie“ überhaupt Gase hindurch gelangen. Was ist der Grund dafür, dass insbesondere durch Kunststofffolien Gase wie Sauerstoff hindurch gelangen können?
Ganz einfach erklärt liegt es daran, dass
• Gase sich in Kunststoffen lösen können (Adsorption)
• Gase durch Kunststoffe durchwandern können (Diffusion)
• Gase aus Kunststoffen in eine Atmosphäre (z.B. auf der Innenseite der Verpackungen) sich wieder „entlösen“ können. (Desorption)
Hierzu wieder ein erklärendes Bild mit den drei genannten Schritten der Diffusion:
Abbildung 3: Funktionsskizze des Durchdringens von Gasen durch eine Folienverpackung
Zusammenfassung:
Ist also viel Sauerstoff draußen und wenig drinnen in einer Folienverpackung, geht das permeieren schneller. Die Permeationsrate ist hoch.
Hat das Material eine gute Barriere gegen das Gas, so ist die Permeationsrate niedriger als bei Materialien ohne eine Barriere.
Vergleicht man normierte Werte bei gleichen Drücken, Temperaturen und gleichem Gas (z.B. Sauerstoffpermeationsrate bei 23°C, 75% rel. Feuchte und 1000 mbar Atmosphärendruck) so gibt die Permeationsrate die Sperrwirkung (Barriere) der jeweiligen Folie gegen das jeweilige Gas im Vergleich an. Und genau das ist es, worüber die meisten reden, wenn sie von Permeationsrate oder Barriere oder Sperrwirkung einer Folie reden.
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Freundlicher Gruß,
Karsten Schröder
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Geschrieben am 07. Mrz., 2012
Kategorie: Folienprüfung & Analytik
Tags: Folienverpackung, Permeation, Permeations Tagungen, Permeationsrate.