Sauerstoffbarrieren

Sauerstoffbarrieren describe the property of materials or layered structures that limit the diffusion of molecular oxygen (O2) into a product or device. They are essential in preserving food quality and shelf life, protecting electronics, pharmaceuticals, and other sensitive goods from oxidative degradation.

Der Barriereeffekt resultiert aus Diffusion und Löslichkeit des Sauerstoffs im Material. Die Leistungsfähigkeit wird typischerweise durch die Sauerstoffdurchlässigkeit P oder die Sauerstofftransmissionsrate OTR angegeben; niedrigere Werte bedeuten eine bessere Barriere. OTR hängt von Temperatur, Feuchte, Materialstruktur, Kristallinität und der Art der Grenzschicht ab.

Typische barriereschaffende Materialien und Konzepte umfassen EVOH (Ethylencovinylalkohol), PVdC (Polyvinylidienchlorid), Nylon (PA), keramische oder metallisierte Beschichtungen sowie Aluminiumfolie. In der Praxis wird oft Mehrlagentechnik eingesetzt, etwa durch Coextrusion oder Laminierung, um Innen- und Außenflächen mit hochbarrieren Materialien zu versehen und gleichzeitig Siegelbarkeit und mechanische Eigenschaften sicherzustellen. Neue Ansätze nutzen Nanokomposite, dünne Inorganisch-Beschichtungen (z. B. ALD) oder Hybridmaterialien, um Barrierewerte zu verbessern, ohne Recyclinghemmnisse zu erhöhen.

Messung: Die OTR wird üblicherweise mit Geräten nach dem Mocon-Prinzip bestimmt, häufig bei 23 °C und 0 % RH, standardisiert durch Normen wie ASTM D3985 oder ISO 15105. Werte werden in cm3 (STP) m-2 d-1 oder in Barrer angegeben.

Anwendungen umfassen Lebensmittelverpackungen, Getränkeflaschen, medizinische Verpackungen und Elektronik. Herausforderungen sind Feuchtigkeitsabhängigkeit, Balance von Barriere, Verarbeitbarkeit und Recycling sowie Kosten.