Die Barrieretestung ist ein wesentlicher Schritt bei der Entwicklung von Produkten wie Kunststofffolien, Verpackungen, technischen Textilien und Bauprodukten, die alle einen hohen Schutz gegen Umwelteinflüsse bieten müssen.
Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) und Sauerstoffpermeationsrate (OTR) sind die beiden Barriereeigenschaften, die branchenübergreifend am häufigsten bewertet werden. In einigen Fällen müssen zusätzliche Gaspermeationsraten bestimmt werden, beispielsweise wenn das Material während des Produktionsprozesses oder der Endanwendung einem bestimmten Gas ausgesetzt ist. Ebenso können Wasser- und Fettbeständigkeit sowie Luftdurchlässigkeit in bestimmten Anwendungen wichtige Indikatoren für die Barriereleistung sein.
Standardmethoden für die Barrieretestung
Tabelle 1 gibt einen Überblick über gängige Barrieretestmethoden und die Materialtypen, für die die jeweiligen Tests eingesetzt werden können. Es ist möglich, auf Anfrage auch andere Probentypen zu berücksichtigen. Zögern Sie daher nicht, uns zu kontaktieren, wenn Sie Tests für Matrices benötigen, die nicht in der Liste aufgeführt sind.
Tabelle 1: Ausgewählte Barrieretestmethoden & Normen
Test | Norm(en) | Geeignete Proben |
WVTR – gravimetrische Schalenmethode | DIN 53122-1 ASTM E96 | Polymere Folien mit geringer Barrierewirkung und WVTR > 1 g/m2/day. Optionen für Papier und Textilien sind verfügbar. |
ASTM F1249 ISO 15106-2 | Kunststofffolien mit WVTR > 0,005 g/m2/Tag. Optionen für Papier, Karton und Verpackungen sind verfügbar. | |
Hauseigene Methode basierend auf ASTM F3299 | Hochbarrierekunststoff- und Metallfolien mit WVTR > 0,000001 g/m2/Tag | |
ASTM D3985 ASTM F1927* ASTM F1307** | Kunststofffolien mit OTR > 0,05 cm3/m2/Tag. Optionen für Papier, Karton und Verpackungen sind verfügbar. | |
Kohlendioxid (CO2) Permeationsrate – Infrarotmethode | ASTM F2476-20 | Kunststofffolien mit CO2-Permeationsrate > 1 cm3/m2/Tag |
Wasserstoff (H2)- oder Chlorgas-Permeationsrate – Differenzdruckmethode | ISO 15105-1 | Polymerfolien |
Permeationsrate von Stickstoff (N2) oder Helium (He) – Differenzdruckmethode | ISO 15105-1 | Polymerfolien mit Gaspermeationsrate > 0,05 cm3/m2/Tag x 0,1 MPa |
Methan (CH4) Permeationsrate – Differenzdruckmethode | ISO 15105-1 ISO 15105-2*** | Polymerfolien |
ISO 535 | Papier und Karton mit einem Flächengewicht über 50 g/m2 | |
Fettbeständigkeit – KIT-, Terpentin- und Palmölmethoden | TAPPI T559 TAPPI 454 | Papier und Pappe |
Luftdurchlässigkeit – Bendtsen- und Gurley-Methoden | ISO 5636-3 ISO 5636-5 | Papier und Pappe |
EN ISO 9237 | Textilien, Gewebe, Vliesstoffe |
* Standard, der für Tests unter hoher Luftfeuchtigkeit verwendet wird.
** Für Verpackungen verwendete Norm
*** Standard, der bei der Analyse empfindlicher Proben verwendet wird.
Entwicklung eines Barrieretestplans
Das am besten geeignete Barrieretestverfahren für eine bestimmte Probe wird anhand mehrerer Variablen ausgewählt, darunter die vorgesehene Anwendung des Materials, die Gase oder Flüssigkeiten, die es sperren soll, sowie die erwarteten Transmissions- oder Absorptionsraten. Die Testbedingungen, einschließlich Luftfeuchtigkeit und Temperatur, sollten die reale Einsatzumgebung des Materials widerspiegeln.
Permeationsratenprüfungen für Gase werden am häufigsten an polymeren Folien oder Platten während der Materialentwicklung durchgeführt, jedoch können mehrere Methoden so modifiziert werden, dass sie auch zur Bewertung der Barriereeigenschaften von Papier, Karton, Textilien und fertigen Verpackungen eingesetzt werden können. Die Probendimensionen sollten stets mit dem Prüflabor abgestimmt werden, um sicherzustellen, dass die Prüfung erfolgreich durchgeführt werden kann. Dies ist insbesondere bei Papierproben wichtig, da der sogenannte „Kanteneffekt“, bei dem Gas an der Kante der Probe vorbeiströmt, anstatt sie zu durchdringen, zu einer Überschätzung der Permeationsrate führen kann.
Die folgenden Abschnitte enthalten Beispiele typischer Barrieretestprojekte und erläutern die Begründung für die jeweilige Methodenauswahl.
Beispiel 1: Lebensmittelverpackung
Barriereeigenschaften sind in der Lebensmittelindustrie von entscheidender Bedeutung, da der Schutz vor Feuchtigkeit und Gasen die Haltbarkeit verpackter Lebensmittel direkt beeinflusst. Ein typisches Prüfverfahren für fertige Kunststoffverpackungen umfasst die folgenden Tests:
WVTR-Messung für Verpackungen (Hausmethode), durchgeführt bei Raumtemperatur (23 °C) und 50 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
OTR-Messung für Verpackungen (ASTM F1307), durchgeführt bei Raumtemperatur und 0 % RH oder 50 % RH.
Wenn das Produkt in Ländern mit heißem und feuchtem Klima vermarktet wird, sollten die Tests unter erhöhten Bedingungen durchgeführt werden (häufig 38 °C und 90 % RH). Weitere Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen sind ebenfalls verfügbar.
Wenn Papier- oder Kartonverpackungen anstelle von Kunststoff geprüft werden, sind Wasser- und Fettbeständigkeit ebenfalls relevante Indikatoren für die Barriereleistung. Sie werden häufig mit dem Cobb-Wasserabsorptionstest und dem KIT-Fettbeständigkeitstest bewertet.
Beispiel 2: Baustoffe
Baumaterialien erfordern in der Regel Barrieretests, wenn sie in Abdichtungs- oder anderen Isolierungsanwendungen eingesetzt werden. In der EU werden Standardmethoden und Akzeptanzkriterien für jeden Produkttyp separat in harmonisierten technischen Spezifikationen festgelegt, entweder in Form von harmonisierten Normen oder europäischen Bewertungsdokumenten (EADs). Diese Kriterien müssen erfüllt sein, damit das Produkt der Bauprodukteverordnung entspricht und für die CE-Kennzeichnung in Frage kommt.
Beispiele für Barrieretests, die typischerweise für verschiedene Kategorien von Bauprodukten erforderlich sind, umfassen Folgendes:
Wasserdampfdurchlässigkeit von Wärmedämmprodukten (EN 12086)
Kurzzeit- (ISO 29767) und Langzeit-Wasseraufnahme (EN 12087) von Wärmedämmprodukten
Strömungswiderstand von akustischen Materialien (ISO 9053)
Wasserundurchlässigkeit von wasserabweisenden Materialschichten, die unter Keramikfliesen aufgetragen werden (EN 14891, Test A.7)
Wasserdichtheit von flexiblen Bahnen für die Abdichtung (EN 1928)
Obwohl dies nicht durch europäische technische Spezifikationen vorgeschrieben ist, sollte die Methan- und Kohlendioxiddurchlässigkeit von Produkten, die Schutz vor Bodengasen bieten, gemäß ISO 15105-1 bewertet werden, wenn solche Produkte im Vereinigten Königreich vermarktet werden. Diese Empfehlung ist im britischen Standard BS 8485 festgelegt.
Beispiel 3: Wasserdichte Jacke
Bei der Optimierung der Barriereeigenschaften wasserdichter Textilien sollte die Wasser- und Windbeständigkeit mit der Atmungsaktivität in Einklang gebracht werden. Im Wesentlichen soll der Stoff den Träger vor Witterungseinflüssen schützen und gleichzeitig das Entweichen von Schweiß ermöglichen. Im Folgenden sind Beispiele für Testmethoden aufgeführt, mit denen verifiziert wird, dass diese Eigenschaften den gewünschten Spezifikationen entsprechen:
Permeationsrate für Feuchtigkeit (WVTR) gemäß ASTM E96
Widerstand gegen Wasserdurchdringung gemäß ISO 811
Luftdurchlässigkeit nach ISO 9237
Alle Barrieretests an einem Ort
Measurlabs bietet Barrieretests mit allen oben beschriebenen Methoden und weiteren an. Wir können alles von wenigen Proben bis hin zu Chargen von Hunderten verarbeiten und bieten Mengenrabatte für große oder wiederkehrende Aufträge an. Wenn Sie unsicher sind, welche Norm oder Testbedingungen angewendet werden sollen, empfehlen unsere Experten gerne das beste Setup für Ihr Material.
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