Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-Neue Möglichkeiten zur Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit von beschichteten Polymerfolien
Die genaue Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit ist eine Voraussetzung für die Entwicklung von maßgeschneiderten Verkapselungsfolien für verschiedenste Anforderungen. Das Fraunhofer FEP verfügt dazu über umfangreiche Messmethoden und die not-wendigen Erfahrungen.
Barriereschichten auf Polymerfolien werden zur Verringerung der Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) für Lebensmittelverpackungen, elektronische Bauelemente und flexible Solarzellen benötigt, um eine ausreichende Haltbarkeit oder Lebensdauer zu erreichen. Je nach Anwendung sind die Anforderung an die WVTR-Werte sehr unterschiedlich und reichen von kleiner 5 × 10-4 g/m2d für flexible Solarzellen bis zu 1 g/m2d für Lebensmittelverpackungen.
Bei der Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit nach ISO 15106-3 wird die Menge des permeierten Wasserdampfes mit einer Elektrolysezelle registriert. Der gemessene Elektrolysestrom ist direkt proportional zur WVTR, so dass eine Bestimmung ohne zusätzliche Kalibration möglich ist. Durch die Investition in ein neues Prüfgerät (Aquatran 3; Mocon) können wir jetzt auch sehr geringe WVTR-Werte von 5 × 10-5 g/m2d nachweisen. Die obere Messgrenze der verfügbaren Messtechnik (WDDG, Brugger) liegt bei einem WVTR-Wert von 10 g/m2d, so dass ein sehr breiter Messbereich für verschiedenste Anwendungen vollständig abgedeckt wird.
Komplementär zur Elektrolysemethode verfügen wir noch über ein weiteres Prüfgerät (HiBarSens 2.0 HT, Sempa) bei dem die WVTR durch Laserdiodenspektroskopie einer Wasserdampf-Absorptionsbande bestimmt wird. Mit dieser Methode können je nach verwendeten Messmodus ebenfalls sehr geringe Nachweisgrenzen der WVTR von 1 × 10-5 g/m2d (Diffusionsmode) bzw. von 1 × 10-4 g/m2d (Trägergasmode) erreicht werden. Zusätzlich kann die Temperatur der Permeationszelle im Bereich von 10 °C bis 85 °C variiert werden kann, wodurch der Einfluss der Temperatur auf die Permeation untersucht werden kann. Die Messung der WVTR-Werte bei verschiedenen Temperaturen ermöglicht außerdem die Bestimmung der Aktivierungsenergie für die Permeation. Die erforderliche Messzeit bis zum Gleichgewicht der Permeation wird mit zunehmender Temperatur reduziert, wodurch die Effektivität der Messungen erhöht werden kann.
Durch die umfangreiche Messtechnik und unsere Erfahrungen sind wir in der Lage Messungen der Wasserdampfdurchlässigkeit von beschichteten Polymerfolien für verschiedenste Anforder-ungen effektiv und genau durchzuführen. Die Bestimmung der WVTR-Werte als Funktion der Temperatur ermöglicht zusätzlich ein besseres Verständnis der auftretenden Permeationsmechanismen.