DIN 53380 Prüfung von Kunststoffen - Bestimmung der Gasdurchlässigkeit

Die vom Deutschen Institut für Normung (DIN) herausgegebene Norm „DIN 53380 Prüfung von Kunststoffen – Bestimmung der Gasdurchlässigkeit“ besteht aus folgenden, unter demselben Titel veröffentlichten Unterabschnitten:

• Das in der Norm „DIN 53380-1 Teil 1: Volumetrisches Messverfahren für Kunststofffolien“ beschriebene Verfahren dient zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen (z. B. Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und deren Gemische) beim Durchströmen einer Kunststofffolie und damit zur Beurteilung ihrer Eignung für die Verpackung, beispielsweise empfindlicher Produkte. Dieses Verfahren ist nicht anwendbar für Gase, die zur Kondensation neigen oder mit dem Probenmaterial chemisch reagieren.

Die Gasdurchflussrate wird durch Bestimmung des Gasvolumens gemessen, das unter festgelegten Bedingungen durch die Probe strömt. Die in Abschnitt 8 angegebenen Bedingungen eignen sich zur Bestimmung von Gasdurchflussraten im Bereich von ca. 3 cm³/(m²·d·bar) bis 20000 cm³/(m²·d·bar) (d steht für Tage). Da die Gasdurchflussrate von der Dicke des Produkts abhängt, lassen sich reproduzierbare Ergebnisse nur mit Proben gleichmäßiger Dicke erzielen. Bei homogenen Materialien ist die Gasdurchflussrate im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Dicke.

In der Materialwissenschaft und Kunststofftechnik ist die Gewährleistung der Integrität und Leistungsfähigkeit von Verpackungsmaterialien von höchster Bedeutung. Eine der entscheidenden Eigenschaften von Folien, die in Lebensmittelverpackungen, Medizinprodukten und industriellen Anwendungen eingesetzt werden, ist ihre Fähigkeit, als Gasbarriere zu wirken. Hier setzt die Norm DIN 53380-1 an, die ein präzises Verfahren zur Messung der Gasdurchlässigkeit von Kunststofffolien bietet. Diese Norm ist nach wie vor ein Eckpfeiler der Qualitätskontrolle in der Kunststoffindustrie. Durch die Einbeziehung eines volumetrischen Ansatzes zur Messung der Gasdurchlässigkeit einer Folie unter kontrollierten Bedingungen unterstützt sie Hersteller bei der Optimierung von Materialien für spezifische Anwendungen.

Die Gasdurchlässigkeit beschreibt die Geschwindigkeit, mit der Gasmoleküle durch ein Material diffundieren. Bei Kunststofffolien ist eine geringe Durchlässigkeit wünschenswert, um die Haltbarkeit sauerstoffempfindlicher Produkte wie Frischwaren oder Arzneimittel zu verlängern. Für atmungsaktive Membranen in der Textil- oder Landwirtschaft hingegen kann eine hohe Durchlässigkeit erforderlich sein. Eine unzureichende Kontrolle dieser Eigenschaft kann zu Verderb, Kontamination oder Materialversagen führen.

Die Norm DIN 53380-1 trägt diesen Anforderungen Rechnung, indem sie Prüfverfahren standardisiert, die Einhaltung internationaler Vorschriften sicherstellt und den Handel erleichtert. Sie wird häufig mit ISO 1399 und ähnlichen Normen für die Gasdurchlässigkeit von Gummi verglichen, was ihre Interoperabilität in globalen Prüflaboratorien unterstreicht. In einer Zeit, die von umweltfreundlichen Kunststoffen und modernen Verbundwerkstoffen geprägt ist, treiben präzise Permeabilitätsdaten Innovationen voran – von biologisch abbaubaren Folien bis hin zu Hochleistungslaminaten.

Die Norm DIN 53380-1 ist für Industrien, die auf Polymerfolien basieren, unverzichtbar:

• Lebensmittelverpackungen: Messung der Sauerstoffzufuhr zur Verhinderung von Oxidation in Snacks oder Fleischwaren.
• Pharmazeutika: Blisterverpackungen gewährleisten sterile Umgebungen, indem sie das Entweichen von Feuchtigkeit und Gasen verhindern.
• Elektronik: Prüfung von Verkapselungsmaterialien für flexible Displays gegen das Eindringen von Helium oder Stickstoff.
• Neue Technologie: Bewertung von Methanbarrieren in Biogasspeicherfolien, wobei die volumetrische Methandurchlässigkeitsprüfung diesem Standard folgt.

Die Einhaltung der Norm DIN 53380-1 erfüllt nicht nur gesetzliche Anforderungen (z. B. EU-Vorschriften für Lebensmittelkontaktmaterialien), sondern unterstützt auch die Forschung und Entwicklung von Materialien der nächsten Generation.

• Die Norm „DIN 53380-2 Teil 2: Manometrisches Prüfverfahren für Kunststofffolien“ beschreibt ein manometrisches Verfahren zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeitsgeschwindigkeit dünner Kunststofffolien. Im Gegensatz zu volumetrischen oder Trägergasverfahren anderer Teile der Normenreihe basiert das manometrische Verfahren auf Druckdifferenzen und eignet sich daher ideal für Materialien mit mittlerer bis hoher Permeabilität, bei denen Druckänderungen leicht erfasst werden können. Die Norm deckt im Allgemeinen Folien mit Dicken zwischen 20 µm und 3 mm ab; Anpassungen für andere Dickenbereiche sind auf Anfrage möglich. Sie ist mit internationalen Normen wie ISO 15105-1 für coulometrische Sensoren kompatibel, betont aber die Einfachheit der manometrischen Prüfung für universelle Gasprüfungen.

Im Bereich der Kunststoffprüfung, wo die Empfindlichkeit die Produktzuverlässigkeit bestimmt, hat sich die Norm DIN 53380-2 als unverzichtbares Protokoll zur Bewertung der Wechselwirkung von Gasen mit Polymerwerkstoffen etabliert. Diese Norm baut auf früheren Versionen auf und bietet einen robusten Rahmen für manometrische Messungen. Sie ergänzt die umfassendere Normenreihe DIN 53380 durch einen direkten, druckbasierten Ansatz zur Messung der Gasdurchlässigkeit und ist damit für Branchen, die hocheffiziente und zuverlässige Barrierebewertungen benötigen, unverzichtbar. Diese Methode ist besonders wertvoll aufgrund ihrer Anwendbarkeit und Einfachheit für ein breites Spektrum an Gasen, von Sauerstoff bis Wasserstoff, in Folien, die in Verpackungen, Automobilkomponenten und vielen anderen Bereichen eingesetzt werden.

Die Norm DIN 53380-2 findet in verschiedenen Branchen breite Anwendung:

• Verpackung: Bewertung von Kohlendioxidbarrieren in Getränkeflaschen oder Sauerstoffschutz für leicht verderbliche Produkte.
• Automobilindustrie und Energie: Bewertung der Wasserstoffdurchlässigkeit von Brennstoffzellenmembranen und Ermöglichung sicherer und normkonformer Prüfungen mit neuen Geräten.
• Medizin und Elektronik: Prüfung von Folien auf gasdichte Abdichtung in Geräten oder Displays.
• Nachhaltigkeit: Messung des Stickstoff- oder Methantransfers in biologisch abbaubaren Folien für die Landwirtschaft.

Dieser Standard beschleunigt Forschung und Entwicklung, indem er schnelle und vielseitige Tests ermöglicht, wie man es beispielsweise bei thermoplastischen Polyurethanen sieht, wo Permeabilitätsdaten die Formulierungen für Anwendungen mit niedrigem Gasgehalt leiten.

• Die Norm „DIN 53380-3 Teil 3: Sauerstoffspezifisches Trägergas – Messverfahren für Kunststofffolien und Kunststoffformteile“ beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffdurchlässigkeit (gegenüber reinem Sauerstoff oder Sauerstoffgasgemischen, z. B. gegen Luft) von Kunststofffolien, -platten und Hohlkörpern aus Kunststoff (z. B. Verpackungsbehälter, Kunststoffrohre) gemäß DIN 16922. Dadurch kann deren Eignung für Verpackungs- und technische Anwendungen beurteilt werden. Mit diesem Verfahren lassen sich Durchlässigkeitswerte von 0,05 cm³/(m²·d·bar) bis 1000 cm³/(m²·d·bar) für Folien und Platten sowie von ca. 0,0005 cm³/(d·bar) bis 10 cm³/(d·bar) für Hohlkörper bestimmen. Hierbei steht d für eine Einheit von 24 Stunden.

In der modernen Werkstofftechnik ist die Präzision der Gasbarriereleistung unbestritten, und die Norm DIN 53380-3 gilt als Goldstandard für die Messung der Sauerstoffdurchlässigkeit von Kunststofffolien mittels Trägergasmethode. Diese Norm stellt den fortschrittlichsten und präzisesten Ansatz für sauerstoffspezifische Prüfungen innerhalb der Normenreihe DIN 53380 dar. Im Gegensatz zu volumetrischen oder manometrischen Verfahren nutzt die Trägergasmethode ein kontinuierliches Durchflusssystem mit einem speziellen Sauerstoffsensor und ermöglicht Nachweisgrenzen bis hinunter zu 0,0005 cm³/(m²·d·bar). Dies ist entscheidend für Hochbarrierefolien, die in Lebensmittel-, Pharma- und Elektronikverpackungen eingesetzt werden.

Sauerstoff ist ein Schlüsselfaktor für Oxidation, Verderb und mikrobielles Wachstum in verpackten Produkten. Bereits geringste Sauerstoffdurchlässigkeit, beispielsweise 0,1 cm³/m²/Tag, kann die Haltbarkeit empfindlicher Produkte von Monaten auf Wochen verkürzen. Daher ist eine kontrollierte Sauerstoffzufuhr bei Anwendungen wie der Verpackung von Frischwaren (Verpackung unter Schutzatmosphäre) oder Wundverbänden erwünscht.

Die Norm DIN 53380-3 sieht Folgendes vor:

• Extrem niedrige Nachweisgrenzen für Materialien mit hoher Barrierewirkung (z. B. aluminiumbeschichtetes PET).
• Hohe Wiederholgenauigkeit (typischerweise plus/minus 5 Prozent)
• Echtzeitüberwachung bei kontinuierlichem Gasfluss.
• Einhaltung der Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 und der FDA 21 CFR-Vorschriften für Lebensmittelkontaktmaterialien.

Angesichts des Aufkommens flexibler elektronischer Geräte, biologisch abbaubarer Barrieren und aktiver Verpackungen sind genaue Daten zur Sauerstoffabgaberate für Innovationen und die behördliche Zulassung unerlässlich.

• Die Norm DIN 53380-4 Teil 4: Spezifisches Infrarot-Absorptionsverfahren zur Kohlendioxidprüfung von Kunststofffolien und -formen beschreibt ein Infrarot-Absorptionsverfahren zur Bestimmung der Gasdurchlässigkeitsgeschwindigkeiten von Kohlendioxid, Methan, Lachgas und anderen infrarotabsorbierenden Gasen. Dieses Verfahren gewährleistet internationale Vergleichbarkeit und entspricht der Norm ISO 15105-3.

Im komplexen Bereich der Barriereprüfung von Polymeren bietet die Norm DIN 53380-4 eine spezialisierte, hochempfindliche Lösung zur Messung der Transmissionsraten von Kohlendioxid und anderen infrarotaktiven Gasen durch Kunststofffolien. Diese Norm nutzt die nichtdispersive Infrarotspektroskopie für eine selektive Echtzeit-Detektion mit Nachweisgrenzen bis hinunter zu 0,1 cm³/(m²·d·bar). Mit Fokus auf kohlendioxidkritische Anwendungen, von Getränkeverpackungen über Schutzgassysteme bis hin zu nachhaltigen Biogasmembranen, ergänzt diese Norm sauerstoffspezifische (DIN 53380-3), manometrische (DIN 53380-2) und volumetrische (DIN 53380-1) Verfahren.

Die Norm DIN 53380-4 findet in folgenden Bereichen breite Anwendung:

• Getränkeverpackungen: PET-Flaschen müssen innerhalb von 3 Monaten einen Kohlendioxidverlust von weniger als 10 % aufweisen. Diese Norm validiert Barrierebeschichtungen und Mischungen aus recyceltem PET.
• Lebensmittelverpackungen: Kaffee, Snacks, Käse und andere Produkte erfordern eine mit Kohlendioxid gewaschene Schutzatmosphäre, die einen ausgeglichenen Gasaustausch beim Ein- und Austritt voraussetzt. Dies verhindert, dass die Verpackung während des Transports zusammenfällt.
• Biogas und erneuerbare Energien: Methansperren in Auskleidungen von anaeroben Fermentern. Ein Methanfilter (3,3 µm) gemäß DIN 53380-4 dient der Messung des Leckagerisikos.
• Pharmazeutika: Mit Kohlendioxid gewaschene Ampullen und Blisterpackungen verhindern die Oxidation ohne Sauerstoffprüfung.

DIN 53380-4 ist die präzise Norm für die Permeabilität von Kohlendioxid und IR-aktiven Gasen in Kunststofffolien.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir Unternehmen auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm DIN 53380 „Prüfung von Kunststoffen – Bestimmung der Gasdurchlässigkeit“ an.