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Membrandosen Bei einer Barrierefolie handelt es sich um eine in die Verpackung integrierte Barriereschicht, die Lebensmittel, Kosmetikprodukte oder Industriegüter vor äußeren Einflüssen wie Sauerstoff, Wasserdampf, UV-Strahlung oder auch Mineralölen schützt. Es wird mit Hilfe funktionaler Barrieren verhindert, dass gewisse Stoffe nicht von außen in die Verpackung eindringen und z. B. Aromen nicht aus der Verpackung entweichen können. Barriereschichten können in organische und anorganische Barrieren unterteilt werden.
Damit die eingesetzten Barrieren ihre volle Wirkung ggü. Sauerstoff und Wasserdampf entfalten können, müssen diese in einer nennenswerten Dicke in die Verpackung integriert werden. Die Schichtdicke der Barriere wird in Mikrometer (µm) angegeben und sollte bei organischen Barrieren wie z. B. EVOH zwischen 2 – 10 µm betragen. Eine anorganische Barriere wie z. B. Aluminium sollte in Schichtdicken von 6 – 12 µm verwendet werden. Bedampfte Barrieren wie AlOx oder SiOx werden in sehr geringen Schichtdicken (einige hundert Nanometer) aufgetragen.
Barrieremessung
Die Leistung einer Barriere wird in unterschiedlichen Maßeinheiten angegeben und ist abhängig vom Stoff, auf den die Barriere geprüft wird. Die Permeation eines Stoffes kann mit Hilfe unterschiedlicher Prüfverfahren gemessen werden. Die Grundlagen dafür werden in unterschiedliche DIN-, ASTM-, ISO-, oder EN-Normen definiert. Eine Permeationsprüfung findet unter fest vorgegebenen Parametern statt, bei denen die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und der Umgebungsdruck konstant sein müssen. Geprüft wird dann, wie viel des entsprechenden Stoffes, in Abhängigkeit zur Fläche, innerhalb eines gewissen Zeitraums, durch das Material dringt. Folgende Grafik dient als vereinfachte Prinzipskizze der Barriereleistung gängiger Kunststoffe und spezielle Barrieren:
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Gängige Stoffe, auf deren Permeation (Durchlässigkeit von Gas und Dampf) eine Folie / Verpackung geprüft wird, sind Sauerstoff und Wasserdampf (Feuchtigkeit). Die Ergebnisse der Prüfung werden in folgenden Einheiten angegeben:
- Sauerstoff-Permeation (OTR): cm³/m²/24h*bar*
- Wasserdampf-Permeation (WVTR): g/cm³/m²/24h*bar*
Die Leistung einer Barrierefolie kann in 4 verschiedene Kategorien unterteilt werden. Es wird unterschieden zwischen “niedriger Barriere”, “mittlerer Barriere”, “hoher Barriere” und “ultrahohe Barriere”. Folgende Werte können als Richtwerte für eine Klassifizierung genutzt werden:
Quelle: Innoform “Richtwerte für Barriere Klassen”
Einflussfaktoren auf die Barriereleistung
Die Leistung aber auch die Eignung einer Barriere ist außerdem von einigen Faktoren abhängig. So zum Beispiel von:
- dem Füllgut,
- der Materialzusammensetzung (z. B. 25PE / 5EVOH / 65PE),
- der Stärke der Sperrschicht,
- der Feuchtigkeit,
- der Umgebungstemperatur,
- mechanischer Belastung,
- oder Weiterverarbeitungsschritten wie Tiefziehen oder Sterilisierungsprozessen.
Bei organischen Barrieren wie EVOH zeigt sich zum Beispiel, dass die Barriereleistung nachlässt, sobald die Feuchtigkeit oder die Temperatur jeweils stark ansteigen. Der Barriereabfall ist in diesem Fall wiederum von der jeweiligen Zusammensetzung des EVOH abhängig (je nach Verhältnis zwischen Ethylen und Vinylalkohol). Im Gegensatz dazu zeigen anorganische Barrieren, wie Aluminium oder Aluminiumoxid, keine derartige Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen in Feuchtigkeit und Temperatur.
Beschädigungen der Barrierefolie durch mechanische Belastung oder Verformung können dabei zum vollständigen Verlust der Barriereleistung führen. Daher sollte man die Ergebnisse einer Permeationsprüfung von Barrierefolien nicht automatisch als Maß für die Barrierewirkung der fertiggestellten Verpackung ansehen. Auch sollte stets die Barriereleistung des gesamten Materialverbundes betrachtet werden, nicht ausschließlich die der eingesetzten Barrierefolie / Sperrschicht.
Das wichtigste Kriterium für oder gegen eine Verpackung ist nicht die maximale Barriereleistung, sondern die Eignung der eingesetzten Barriere für das entsprechende Füllgut.
Mineralölbarriere MOSH/MOAH
Bei der Bewertung herkömmlicher Folien, Barrierefolien und Barrierepapiere konzentriert sich die Prüfung vornehmlich auf die Permeation von Gasen und Dämpfen. Neben diesen Standardprüfungen ist es jedoch auch essenziell, eine Risikoanalyse hinsichtlich der Durchlässigkeit gegenüber Bestandteilen durchzuführen, die in Mineralölen anzutreffen sind. Toxikologisch bedeutsam sind hier insbesondere MOSH (gesättigte Mineralölkohlenwasserstoffe) und MOAH (aromatische Mineralölkohlenwasserstoffe), zusammenfassend als MOH bezeichnet. Rückstände in Lebensmitteln stammen oft aus verschiedenen Quellen wie Recyclingkarton, mineralölhaltigen Druckfarben oder Maschinenölen, die während der Produktion verwendet werden. Verschiedene Kunststoffbarrieren dienen als Schutz gegen die Migration von MOSH/MOAH. Kunststoffe wie PP (Polypropylen), PET (Polyethylenterephthalat) sowie funktionelle Barrieren wie Aluminium, AlOx oder EVOH haben sich als wirksame Barrieren gegen Mineralölbestandteile erwiesen. Die Wirksamkeit einer Barriere ist abhängig von Faktoren wie Schichtdicke, Lagerdauer und Lagertemperatur. Die Durchdringungszeit der Barriere sollte stets länger als die Produkthaltbarkeit sein.
Recycelbare Barrierefolien
Für eine sachgerechte Beurteilung der Recycelbarkeit von Barrierefolien ist es essenziell, den gesamten Materialverbund (z. B. PET / AL / PE) der eingesetzten Verpackung zu betrachten. Aluminium als einzelnes Material zeichnet sich durch eine hervorragende Recycelbarkeit aus. Jedoch wird diese Eigenschaft stark eingeschränkt, wenn Aluminium in Verbindung mit verschiedenen Kunststofffolien, wie PET (Polyethylenterephthalat) und PE (Polyethylen), verwendet wird. In einem solchen Fall kann der Mix aus den verschiedenen Materialien nicht recycelt werden, da eine Sortierung und eine Trennung über das mechanische Recycling nicht möglich sind. Derartige nicht recycelbare Verbunde werden dann in der Regel einer thermischen Verwertung zugeführt.
Im Gegensatz dazu beeinträchtigen bestimmte Hochbarrierebeschichtungen wie SiOx oder AlOx, die in sehr dünnen Schichten aufgetragen werden, das mechanische Recycling von anderen Komponenten, beispielsweise Polyethylen, nicht. Organische Barrieren, wie das EVOH, können innerhalb von Mono-Materialverbunden (z.B. PE/EVOH/PE) effizient separiert und recycelt werden.
Quellen Stand 03.04.2024:
- Innoform;
- BASF;
- DLG,
- Bundesinstitut für Risikobewertung,
- Frauenhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV
