Noch ganz dicht? Dresdner Forscher messen, ob Verpackungen wirklich dicht sind
Jeder kennt sie, jeder nutzt ihre Eigenschaften: Verpackungsfolien! Ob Wurst, Käse oder Brot: Verpackungsfolien schützen das Lebensmittel und halten es länger frisch. Die im Supermarkt allgegenwärtige Verpackungsfolie muss dabei eine zunächst einfach erscheinende Aufgabe erfüllen: Sie muss das Lebensmittel wirksam vor den für die Alterung des Lebensmittels verantwortlichen Gasen der Atmosphäre schützen. Diese “schädlichen” Gase sind im Wesentlichen Wasserdampf und Sauerstoff.
Das Prinzip, ein empfindliches Produkt mit einem sogenannten Barrierematerial zu schützen, wird nicht nur in der Lebensmittelindustrie angewandt. Auch im Pharmabereich müssen die produzierten Medikamente lange Haltbarkeiten besitzen. Und im Technologiebereich der Photovoltaik oder der organischen Leuchtdioden (OLEDs) muss das Prinzip “Vor Feuchte schützen!” angewandt werden, denn Pixelfehler mindern die Energieausbeute der Solarzellen oder trüben buchstäblich das Fernseherlebnis an OLED-Bildschirmen. Während Lebensmittelverpackungen täglich etwa 1 g Wasserdampf durch eine Folienfläche von einem Quadratmeter durchschlüpfen lassen (der Fachmann sagt “permeieren”), dürfen die Barrierefolien in der OLED-Fertigung nur noch für einen millionsten Teil davon, also 1 - 10 µg H2O durchlässig sein. Weltweit arbeiten Forscher daran, Folien mit solch einer Ultrabarrierewirkung zu entwickeln.
Ein großes Handikap bremste jedoch bisher diese Entwicklung: Wie kann man diese extreme Barrierewirkung sicher nachweisen? Sind die produzierten Folien wirklich so gut, wie die theoretischen Überlegungen es nahe legen? Über eine einfache Messtechnik zu verfügen, die das Durchdringen von lediglich 1 - 10 µg Wasserdampf durch eine Folie sicher nachweisen kann, war bis vor Kurzem noch ein Traum für die Folien- und Schichtentwickler.
Die Dresdener Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS haben in enger Kooperation mit der Dresdner Firma SEMPA Systems ein Messsystem entwickelt, das diesen Traum Realität werden lässt. Der Schlüssel zum Erfolg war die Verwendung eines Laserstrahls, um die wenigen permeierten Wasserdampfmoleküle zu zählen. Die Bestimmung der sogenannten Permeationsrate von weniger als 100 µg Wasserdampf pro Tag und pro Quadratmeter Folienfläche gelingt, wenn mit Hilfe der Laserstrahllichtschranke unter den vorhandenen 1 Mrd. Molekülen genau die 100 bis 1000 Wasserdampfmoleküle, die die Folie passiert haben, sicher gezählt werden können. Die Dresdner Forscher konnten erstmals zeigen, dass das von Ihnen entwickelte Gerät Nachweisempfindlichkeiten im „10-5-er Bereich“, d.h. < 100 µg erreicht. Harald Beese, der maßgeblich diese Entwicklung vorangetrieben hat und derzeit am Fraunhofer-Institut zu diesem Thema seine Doktorarbeit schreibt, ist stolz auf das Durchbrechen dieser magischen Grenze, schaut aber bereits in die Zukunft: „Die neuartige Messtechnologie bündelt eine Vielzahl Vorteile für die Permeationsratenmessung, selbst die nächste Größenordnung von 10-6 g Wasserdampf pro Tag und m2 könnte in naher Zukunft messbar werden“. Bis dahin sollen jedoch schon längst die ersten 10-5-er „HiBarSens“-Geräte (High Barrier Sensor) durch das kooperierende Unternehmen SEMPA Systems am Markt angeboten werden.
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