DIN 53380 Badanie tworzyw sztucznych – Oznaczanie przepuszczalności gazów

Norma „DIN 53380 Badanie tworzyw sztucznych – Oznaczanie przepuszczalności gazów”, wydana przez Niemiecki Instytut Normalizacyjny (DIN), składa się z następujących podrozdziałów opublikowanych pod tym samym tytułem:

• Metoda opisana w normie „DIN 53380-1 Część 1: Metoda pomiaru objętościowego folii z tworzyw sztucznych” służy do określania prędkości przepływu gazu (np. tlenu, dwutlenku węgla, azotu i ich mieszanin) przez folię z tworzyw sztucznych, a tym samym jej przydatności do pakowania, na przykład produktów wrażliwych. Metody tej nie można stosować w przypadku gazów, które mają tendencję do kondensacji lub reakcji chemicznych z materiałem próbki.

Natężenie przepływu gazu mierzy się poprzez określenie objętości gazu przepływającego przez próbkę w określonych warunkach. Wartości podane w punkcie 8 nadają się do określania natężenia przepływu gazu w zakresie od około 3 cm³/(m²•d•bar) do 20 000 cm³/(m²•d•bar) (d to symbol dni). Ponieważ natężenie przepływu gazu zależy od grubości produktu, powtarzalne wyniki można uzyskać jedynie w przypadku próbek o jednorodnej grubości. W przypadku materiałów jednorodnych natężenie przepływu gazu jest zazwyczaj odwrotnie proporcjonalne do grubości.

W świecie materiałoznawstwa i inżynierii tworzyw sztucznych zapewnienie integralności i wydajności materiałów opakowaniowych jest kwestią priorytetową. Jedną z kluczowych właściwości folii stosowanych w opakowaniach żywności, urządzeniach medycznych i zastosowaniach przemysłowych jest ich zdolność do tworzenia bariery przed gazami. Właśnie tutaj pojawia się norma DIN 53380-1, zapewniająca precyzyjną metodę pomiaru szybkości przenikania gazów w foliach z tworzyw sztucznych. Norma ta pozostaje kamieniem węgielnym kontroli jakości w przemyśle tworzyw sztucznych. Dzięki zastosowaniu podejścia objętościowego do pomiaru ilości gazu przepływającego przez folię w kontrolowanych warunkach, pomaga ona producentom optymalizować materiały pod kątem konkretnych zastosowań.

Przepuszczalność gazów odnosi się do szybkości, z jaką cząsteczki gazu dyfundują przez materiał. W przypadku folii z tworzyw sztucznych, niska przepuszczalność jest preferowana w celu wydłużenia okresu przydatności do spożycia produktów wrażliwych na tlen, takich jak świeże produkty lub produkty farmaceutyczne, natomiast wysoka przepuszczalność może być wymagana w przypadku membran oddychających stosowanych w tekstyliach lub rolnictwie. Niedostateczna kontrola tej właściwości może prowadzić do zepsucia, zanieczyszczenia lub uszkodzenia materiału.

Norma DIN 53380-1 zaspokaja te potrzeby, standaryzując testy, zapewniając zgodność z przepisami międzynarodowymi i ułatwiając handel. Jest ona często porównywana z normą ISO 1399 i podobnymi normami dotyczącymi przepuszczalności gazów przez gumę, co podkreśla jej interoperacyjność w globalnych laboratoriach badawczych. W erze zdominowanej przez ekologiczne tworzywa sztuczne i zaawansowane kompozyty, dokładne dane dotyczące przepuszczalności napędzają innowacje, od folii biodegradowalnych po wysokowydajne laminaty.

Norma DIN 53380-1 jest niezbędna dla branż bazujących na foliach polimerowych:

• Opakowania żywności: Pomiar dostarczania tlenu w celu zapobiegania utlenianiu przekąsek lub mięsa.
• Produkty farmaceutyczne: Opakowania typu blister zapewniają sterylne środowisko, zapobiegając wydostawaniu się wilgoci i gazów.
• Elektronika: testowanie materiałów do hermetyzacji elastycznych wyświetlaczy pod kątem wnikania helu i azotu.
• Nowa technologia: Ocena barier metanowych w foliach do magazynowania biogazu, w których normę tę uzupełniają badania przepuszczalności objętościowej metanu.

Zgodność z normą DIN 53380-1 nie tylko spełnia wymogi prawne (np. dotyczące materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością w UE), ale także wspiera prace badawczo-rozwojowe nad materiałami nowej generacji.

• Norma „DIN 53380-2 Część 2: Manometryczna metoda badania folii z tworzyw sztucznych” określa manometryczną technikę określania prędkości przepływu gazu przez cienkie folie z tworzyw sztucznych. W przeciwieństwie do metod objętościowych lub metod z gazem nośnym stosowanych w innych częściach serii, podejście manometrycze koncentruje się na różnicach ciśnień, co czyni je idealnym rozwiązaniem dla materiałów o średniej i wysokiej przepuszczalności, gdzie zmiany ciśnienia można łatwo wykryć. Norma obejmuje zasadniczo folie o grubości od 20 µm do 3 mm, ale na życzenie możliwe są adaptacje do innych zakresów. Jest ona zgodna z normami międzynarodowymi, takimi jak ISO 15105-1 dla czujników kulometrycznych, ale podkreśla prostotę badań manometrycznych w przypadku uniwersalnych badań gazowych.

W dziedzinie badań tworzyw sztucznych, gdzie czułość decyduje o niezawodności produktu, norma DIN 53380-2 staje się kluczowym protokołem oceny interakcji gazów z materiałami polimerowymi. Norma ta, bazując na poprzednich wersjach, zapewnia solidne ramy dla pomiarów manometrycznych. Uzupełnia ona szerszą serię norm DIN 53380, oferując bezpośrednie podejście oparte na ciśnieniu do pomiaru przepuszczalności gazów, co czyni ją niezastąpioną dla branż wymagających wysoce wydajnej i niezawodnej oceny barierowości. Metoda ta jest szczególnie cenna ze względu na swoją przydatność i prostotę do szerokiego zakresu gazów, od tlenu po wodór, w foliach stosowanych w opakowaniach, komponentach samochodowych i wielu innych obszarach.

Norma DIN 53380-2 jest powszechnie stosowana w różnych gałęziach przemysłu:

• Opakowania: Ocena barier dwutlenku węgla w butelkach na napoje lub osłon tlenowych dla produktów łatwo psujących się.
• Motoryzacja i energetyka: Ocena przepuszczalności wodoru przez membrany ogniw paliwowych i umożliwienie nowym urządzeniom przeprowadzania bezpiecznych i zgodnych z normami testów.
• Medycyna i elektronika: testowanie folii pod kątem szczelności gazowej w urządzeniach lub wyświetlaczach.
• Zrównoważony rozwój: Pomiar transferu azotu lub metanu w biodegradowalnych foliach dla rolnictwa.

Norma ta przyspiesza prace badawczo-rozwojowe, umożliwiając szybkie i wszechstronne testowanie, jak to ma miejsce w przypadku poliuretanów termoplastycznych, gdzie dane dotyczące przepuszczalności stanowią podstawę formulacji do zastosowań o niskiej emisji gazów.

• Norma „DIN 53380-3 Część 3: Gaz nośny specyficzny dla tlenu – Metoda pomiaru folii z tworzyw sztucznych i formowanych elementów z tworzyw sztucznych” opisuje metodę określania przepuszczalności tlenu (dla czystego tlenu lub mieszanin tlenowych, np. dla powietrza) folii z tworzyw sztucznych, arkuszy i pustych w środku brył z tworzyw sztucznych (np. pojemników opakowaniowych, rur z tworzyw sztucznych), zgodnie z definicją zawartą w normie DIN 16922, umożliwiając tym samym ocenę ich przydatności do zastosowań opakowaniowych i inżynieryjnych. Metodę tę można stosować do określania współczynników przepuszczalności w zakresie od 0,05 cm³/(m²•d•bar) do 1000 cm³/(m²•d•bar) dla folii i arkuszy oraz od około 0,0005 cm³/(d•bar) do 10 cm³/(d•bar) dla brył pustych w środku. W tym przypadku d oznacza jednostkę 24 godzin.

We współczesnej inżynierii materiałowej precyzja działania bariery gazowej jest niezaprzeczalna, a norma DIN 53380-3 jest uważana za złoty standard pomiaru szybkości przenikania tlenu w foliach z tworzyw sztucznych metodą gazu nośnego. Norma ta reprezentuje najbardziej zaawansowane i precyzyjne podejście do badań specyficznych dla tlenu w serii norm DIN 53380. W przeciwieństwie do technik objętościowych i manometrycznych, metoda gazu nośnego wykorzystuje układ ciągłego przepływu z dedykowanym czujnikiem tlenu i zapewnia granice wykrywalności już od 0,0005 cm³/(m²•d•bar), co jest kluczowe w przypadku folii o wysokiej barierowości stosowanych w opakowaniach żywności, produktów farmaceutycznych i elektroniki.

Tlen jest kluczowym czynnikiem utleniania, psucia się i rozwoju mikroorganizmów w produktach pakowanych. Nawet śladowe ilości przepuszczalności, takie jak 0,1 cm³/m²/dzień, mogą skrócić okres przydatności do spożycia produktów wrażliwych o miesiące, a nawet tygodnie. Z kolei kontrolowane dostarczanie tlenu jest preferowane w zastosowaniach takich jak pakowanie świeżych produktów (pakowanie w atmosferze modyfikowanej) lub opatrunki na rany.

Norma DIN 53380-3 przewiduje:

• Bardzo niskie granice wykrywalności dla materiałów o wysokiej barierowości (np. PET powlekany aluminium).
• Wysoka powtarzalność (zwykle plus/minus 5 procent)
• Monitorowanie w czasie rzeczywistym z ciągłym przepływem gazu.
• Zgodność z przepisami (WE) nr 1935/2004 i FDA 21 CFR dotyczącymi materiałów przeznaczonych do kontaktu z żywnością.

W związku z rozwojem elastycznych urządzeń elektronicznych, biodegradowalnych barier i aktywnych opakowań, dokładne dane dotyczące szybkości dostarczania tlenu mają kluczowe znaczenie dla innowacji i uzyskania zatwierdzeń regulacyjnych.

• Norma „DIN 53380-4 Część 4: Metoda absorpcji w podczerwieni do badania folii i form z tworzyw sztucznych z wykorzystaniem dwutlenku węgla” opisuje metodę absorpcji w podczerwieni do określania prędkości przenikania dwutlenku węgla, metanu, podtlenku azotu i innych gazów absorbujących podczerwień. Metoda ta, gwarantująca międzynarodową spójność, jest zgodna z normą ISO 15105-3.

W złożonym świecie badań barier polimerowych norma DIN 53380-4 oferuje specjalistyczne, wysokoczułe rozwiązanie do pomiaru szybkości transmisji dwutlenku węgla i innych gazów aktywnych w podczerwieni przez folie z tworzyw sztucznych. Norma ta wykorzystuje niedyspersyjną spektroskopię w podczerwieni, aby zapewnić selektywną detekcję w czasie rzeczywistym z granicami wykrywalności już od 0,1 cm³/(m²•d•bar). Koncentrując się na zastosowaniach krytycznych pod względem dwutlenku węgla, od opakowań napojów, przez systemy modyfikowanej atmosfery, po zrównoważone membrany biogazowe, norma ta uzupełnia metody specyficzne dla tlenu (DIN 53380-3), manometryczną (DIN 53380-2) i objętościową (DIN 53380-1).

Norma DIN 53380-4 jest szeroko stosowana w następujących obszarach:

• Opakowania na napoje: Butelki PET muszą mieć wskaźnik utraty dwutlenku węgla mniejszy niż 10% w ciągu 3 miesięcy. Norma ta weryfikuje powłoki barierowe i mieszanki z przetworzonego PET.
• Opakowania żywności: Kawa, przekąski, sery i inne produkty wymagają opakowań w atmosferze modyfikowanej, płukanych dwutlenkiem węgla, co wymaga zrównoważonego wejścia/wyjścia. Zapobiega to zapadaniu się opakowania podczas transportu.
• Biogaz i energia odnawialna: Bariery metanowe w wkładach komór fermentacyjnych beztlenowych. Filtr metanu (3,3 µm), zgodny z normą DIN 53380-4, mierzy ryzyko wycieku.
• Produkty farmaceutyczne: Fiolki i blistry myte dwutlenkiem węgla zapobiegają utlenianiu bez konieczności przeprowadzania testu tlenowego.

Norma DIN 53380-4 określa precyzyjną normę dotyczącą przepuszczalności dwutlenku węgla i gazów IR w foliach z tworzyw sztucznych.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, oferując im zaawansowane usługi badawcze oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi badawcze dla przedsiębiorstw zgodnie z normą „DIN 53380 Badania tworzyw sztucznych – Oznaczanie przepuszczalności gazów”.