Gasdurchlässigkeit

Gasdurchlässigkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, Gasmoleküle durch seine Dicke hindurch zu transportieren. In technischen Anwendungen wird sie oft durch den permeabilitätskoeffizienten P beschrieben, der das Verhältnis des durchgelassenen Gasflusses zum angelegten Druckunterschied angibt. Daneben werden die Permeanz (durchlässigkeitsbezogener Wert bezogen auf eine Dicke) sowie die Transmissionsrate verwendet. Nach dem Lösung-Diffusions-Modell ergibt sich P aus dem Produkt von D, dem Diffusionskoeffizienten, und S, der Löslichkeit des Gases im Material.

Die Messung erfolgt in standardisierten Permeationsversuchen: Auf eine Probenfläche wird ein Gas unter definiertem Druckgefälle gesetzt, und die durch die Fläche hindurchtreibende Gasmenge wird gemessen. Ergebnisse werden typischerweise in Barrer oder in cm3(STP)·cm/(cm2·s·cmHg) angegeben; bei Verpackungsmaterialien auch als Oxygen Transmission Rate (OTR) oder Water Vapor Transmission Rate (WVTR). Die Temperatur und der Gasdruck beeinflussen die Werte deutlich. Für Verpackungen sind oft spezifische Grenzwerte und Normen relevant, etwa für Sauerstoff- oder Wasserdampfbarriere.

Wesentliche Einflussfaktoren sind die Polymerstruktur (Kristallinität, Vernetzung, freie Volumen), Temperatur, Druck und das Gas selbst (Kondensierbarkeit, Molekülgröße). In glasartigen Polymeren kann die Sorption in zwei Modi erfolgen (Dual-Mode-Sorption). Das Solubility-Diffusion-Modell beschreibt, wie D und S zusammen P bestimmen.

Anwendungen reichen von Barrierebeschichtungen und Lebensmittelverpackungen über Membranen zur Gastrennung (z. B. CO2/N2, O2/N2) bis hin zu Elektronik- und Medizintechnik. Materialentwicklungen zielen darauf ab, die Gasdurchlässigkeit gezielt zu reduzieren oder zu erhöhen, um Haltbarkeit, Sicherheit oder Prozesseffizienz zu verbessern.

---