{"id":476,"date":"2011-09-27T08:26:12","date_gmt":"2011-09-27T08:26:12","guid":{"rendered":"http:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/?p=476"},"modified":"2011-10-25T08:01:25","modified_gmt":"2011-10-25T08:01:25","slug":"%e2%80%9cdrucken-und-kaschieren%e2%80%9d-teil-4-von-8-barrierefolien-im-hinblick-auf-verarbeitung-und-anwendung-%e2%80%93-ein-komprimierter-uberblick","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/2011\/09\/27\/%e2%80%9cdrucken-und-kaschieren%e2%80%9d-teil-4-von-8-barrierefolien-im-hinblick-auf-verarbeitung-und-anwendung-%e2%80%93-ein-komprimierter-uberblick\/","title":{"rendered":"\u201cDrucken und Kaschieren\u201d (Teil 4 von 8): Barrierefolien im Hinblick auf Verarbeitung und Anwendung \u2013 ein komprimierter \u00dcberblick"},"content":{"rendered":"

4. Teil:\u00a0 H\u00e4ufig verwendete Folien zum Drucken und Kaschieren<\/a>. <\/a><\/strong><\/p>\n

BARRIEREFOLIEN<\/a> IM HINBLICK AUF VERARBEITUNG UND ANWENDUNG – EIN KOMPRIMIERTER \u00dcBERBLICK<\/strong><\/p>\n

von Karsten Schr\u00f6der<\/a> und Ansgar Wessendorf<\/p>\n

Im vierten Teil dieser Artikelserie \u00fcber die markt\u00fcblichen Arten und Typen synthetischer Folien (Kunststofffolien) zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen stehen die Barrierefolien, die vor allem In Kaschieranwendung einen stetig wachsenden Anteil ausmachen.<\/em><\/p>\n

1\u00a0\u00a0 Definition Barriere<\/a><\/h1>\n

Was verstehen wir heute unter Barriere in Bezug auf Folien, die f\u00fcr die Veredelung von Lebensmittelverpackungen gedacht sind? Versucht man in Lexika Definitionen hierf\u00fcr zu finden, so sind diese sehr vielf\u00e4ltig. Begriffe wie:<\/p>\n

– Hindernis
\n– Sperre
\n– Schranke
\n– Wellenbrecher<\/p>\n

findet man z.B. in der online Enzyklop\u00e4die Wikipedia. Alles diese Begriffe beschreiben auch die Funktion, die eine Barriere f\u00fcr Folienverpackungen aufweisen soll.<\/p>\n

Eine der wesentlichen Funktionen einer Folienverpackung ist naturgem\u00e4\u00df der Produktschutz und die Abschirmung zur Umwelt. Aber auch das Fernhalten von Stoffen aus der Folie selbst wird immer h\u00e4ufiger \u2013 gerade bei Lebensmittelverpackungen \u2013 zur Nebenaufgabe. So k\u00f6nnen beispielsweise \u201eSchadstoffe\u201c aus weiter au\u00dfen liegenden Schichten der Verpackungsfolie durch eine innen liegende Barriereschicht dazu f\u00fchren, dass diese Stoffe nicht mehr auf das verpackte Gut \u00fcbergehen k\u00f6nnen. In Einzelf\u00e4llen kann nur so die Gesetzgebung eingehalten werden. Hierzu werde ich im weiteren Verlauf n\u00e4her eingehen.<\/p>\n

Zun\u00e4chst einige Bemerkungen zur Barriereberechnung. Grunds\u00e4tzlich lassen sich heute Barriereeigenschaften von vielen Materialien rechnerisch gut absch\u00e4tzen. In diesem Artikel werden wir aber mehr auf die praxisnahen Messungen und F\u00fcllgutschutz eingehen. Hier aber einige Grundlagen f\u00fcr den Praktiker, die jeder Barrierefolien-Hersteller kennt:<\/p>\n

1.\u00a0\u00a0\u00a0 Barriere<\/strong>
\nDie Barriere setzt an drei Schritten zusammen (mache Literaturstellen nennen auch noch eine vierte \u2013 die Absorption, die wir hier auslassen m\u00f6chte, da sie in der Praxis mehr verwirrt als n\u00fctzt, bei akademischen Betrachtungen aber durchaus relevant sein kann).<\/p>\n

a.\u00a0\u00a0\u00a0 Adsorption<\/em><\/strong> \u2013 das Anl\u00f6sen des \u201ePermeanden= Stoff der durchdringen kann\/wird\u201c
\nDamit ist also die Aufnahme des z.B. Gases Sauerstoff O2 gemeint, die direkt an der Oberfl\u00e4che der Folie geschieht.
\nb.\u00a0\u00a0\u00a0 Diffusion<\/strong><\/em> \u2013 das Durchdringen des z.B. O2 durch die Folie, nachdem er in die Folie eingedrungen ist
\nHier spielt prim\u00e4r die Diffusionskonstante eine Rolle, die Material abh\u00e4ngig ist
\nc.\u00a0\u00a0\u00a0 Desorption<\/strong><\/em> \u2013 Das Verlassen des Sauerstoffs der Folie \u2013 das \u201eAusdringen\u201c ist der dritte, der Adsorption umgekehrte Schritt, der die gesamte Permeation bedingt\/beschreibt.<\/p>\n

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Abbildung 1 schematische Darstellung der Permeation von innen nach au\u00dfen und von au\u00dfen nach innen<\/p>\n

2. Einflussfaktoren:<\/strong>
\nDie Verbesserung der Barriere ist m\u00f6glich, indem man einen oder alle drei Schritte so ver\u00e4ndert, dass der Permeand langsamer oder gar nicht mehr hindurch permeieren kann. Man kann also entweder die Adsorption reduzieren oder unterdr\u00fccken. Diese geschieht z.B. durch Metallisierungen, Lackierungen oder andere Oberfl\u00e4chenbehandlungen wie chemisch reaktive Prozesse. Alternativ dazu kann die Diffusion durch die Ver\u00e4nderung des Materials beeinflusst werden, um eine g\u00fcnstigere Diffusionskonstante zu erhalten muss in jedem Fall der Werkstoff gewechselt oder ver\u00e4ndert werden. Auch das Verh\u00e4ltnis beispielsweise beim EVOH Copolymer zwischen Ethylen und Vinylalkohol ver\u00e4ndert die Barriereeigenschaften aufgrund der ver\u00e4nderten Diffusion deutlich. Faustregel ist: Je mehr\u00a0 Vinylalkohol (VOH) desto besser die Barriere gegen Sauerstoff. Je mehr Ethylen \u20ac, desto besser ist die Feuchtigkeitsunempfindlichkeit der Folie hinsichtlich Sauerstoffpermeation. Dazu werden wir im abschnitt Barrierematerialien aber detaillierter zur\u00fcck kommen.
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3. Durchbruchzeit<\/strong>
\nAls Durchbruchzeit kann man die Zeit beschreiben, die es dauert, bis genauso viele Sauerstoffatome au\u00dfen in die Folie eindringen, wie innen austreten. Man beschreibt hiermit also die Zeit, die es dauert, bis ein Gleichgewichtszustand erreicht ist, der prim\u00e4r vom Konzentrationsgef\u00e4lle des Permeanden innen zu au\u00dfen und dem Klima abh\u00e4ngt.<\/p>\n

Die Steigung der Summenkurve gibt dabei die Permeationsrate an. Legt man an den linearen Verlauf eine Tangente an, so gibt der Schnittpunkt mit der X-Achse die Durchbruchzeit an, die zwischen Sekunden und einigen Tagen liegen kann und somit nur f\u00fcr kurz haltbare Lebensmittel bei der Barriereauslegung bedeutsam ist.<\/p>\n

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Abbildung 2 Durchbruchzeit und Permeationsrate schematisch dargestellt<\/p>\n

2\u00a0\u00a0 Definition Dichtigkeit<\/h1>\n

Als \u00dcberbegriff der Permeation fungiert die Dichtigkeit. Dichtigkeit oder Dichtheit beschreiben bei Verpackungen das gesamte System \u2013 also die Permeation durch das Material aber auch Einfl\u00fcsse durch Siegelnahtfehler oder L\u00f6cher in der Verpackung. Nun beschreiben Dichtheitspr\u00fcfungen einige Zehnerpotenzen geringere Genauigkeiten des Stoffdurchtritts in eine Verpackung als die Permeation, weshalb der Schluss nahe liegt, dass zuerst einmal eine Verpackung dicht (verschlossen) und unbesch\u00e4digt sein muss, bis man \u00fcber Permeation nachdenken sollte.<\/p>\n

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3\u00a0\u00a0 Barriereeigenschaften einiger bedeutender Folien<\/h1>\n

3.1\u00a0 Das EVOH (Ethylen Vonyl Alkohol)<\/h2>\n

Eine der bedeutendsten Barrierematerialien aus Kunststoff ist nach wie vor das EVOH, das sich durch gute Transparenz, gute Verarbeitbarkeit, hervorragende Sperrwirkung gegen Sauerstoff und Aromen sowie Thermo-Verformbarkeit auszeichnet.<\/p>\n

Wo Licht ist, ist leider auch Schatten. So hat das EVOH ein bisher ungel\u00f6stes Problem mit Feuchtigkeit. Nat\u00fcrlich gibt es Konstruktionen und Lebensmittel, die hier unproblematisch sind, dennoch ist stets drauf zu achten, dass EVOH in m\u00f6glichst trockenem Zustand seine volle Barrierewirkung entwickelt. Welchen Einfluss Feuchtigkeit und Temperatur auf die Barriere von EVOH Verbundfolien haben kann, zeigt das folgende Diagramm.<\/p>\n

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Abbildung 3 Folie aus dem Seminar Grundkurs Kaschiertechnologie: Einfluss von Temperatur und Feuchtigkeit auf Sauerstoffbarriere vom EVOH<\/p>\n

An dieser stelle werden wir nicht n\u00e4her auf die enormen Einflussfaktoren auf die Barrierewirkung eingehen. Weitere Informationen finden Sie u.a. unter http:\/\/www.eval.be\/web\/index.asp?lang=de&ut=L .<\/p>\n

F\u00fcr den Weiterverarbeiter, wie Drucker und Kaschierer, ist auf jeden Fall darauf zu achten, das wenig Feuchtigkeit in der Anwendung an die EVOH Schicht gelangt. Das ist auch ein Grund, warum EVOH immer im Verbund (z.B. mit PE, PP oder PA) verarbeitet wird.<\/p>\n

3.2\u00a0 Typische Anwendungen und Eigenschaften von EVOH-Verbundfolien<\/h2>\n

Eine typische Anwendung von EVOH Folien sind die vielf\u00e4ltigen MAP-Verpackungen (modified atmosphere packaging). Hier spielt das thermoverformbare EVOH seine ganze St\u00e4rke aus. Zum einen kann durch Wechsel der EVOH Copolymer-Type die Sauerstoffdurchl\u00e4ssigkeit (OTR=Oxygene transmission rate) eingestellt werden oder einfach \u00fcber die Schichtdicke. Aufgrund seiner Verformbarkeit wird es gerne in Unterfolien eingesetzt, wenn ein besonders O2<\/sub> empfindliches Produkt verpackt werden soll. Aber auch in den Deckelfolien wir traditionell EVOH eingesetzt, obwohl heute auch weniger feuchtigkeitsempfindliche Materialien wie SiOx bedampfte Folien oder Metallisierungen verwendet werden. Insbesondere f\u00fcr feuchte F\u00fcllg\u00fcter sind diese nicht organischen Bedampfungen (nicht aus Kunststoff bestehenden) Folien wirksamer.<\/p>\n

So finden sich heute u.a. in vielen Wurst-\/Fleisch- oder auch Tubenlaminaten EVOH Barrieren.<\/p>\n

3.3\u00a0 EVOH als funktionelle Barriere<\/h2>\n

Das Lebensmittelbedarfsgegenst\u00e4nderecht sieht europaweit vor, dass \u201eSchadstoffe\u201c, die in Folien technisch unvermeidbar sind, durch s.g. funktionelle Barriereschichten gesperrt werden k\u00f6nnen, so dass dann in der Lebensmittel abgewandten Seite h\u00f6here Konzentrationen von \u201eSchadstoffen\u201c toleriert werden k\u00f6nnen, wenn nachgewiesen wird, dass die funktionelle Barriere diese Stoffe vom Lebensmittel fern h\u00e4lt\/sperrt.<\/p>\n

Auch in solchen Anwendungen findet EVOH Einsatz. Zum Beispiel die immer h\u00e4ufiger eingesetzten Wiederverschluss-Systeme, die in der Regel aus leicht migrierenden Komponenten formuliert werden, m\u00fcssen in ihrer Migrationsneigung ins F\u00fcllgut gebremst werden. Diese Aufgabe \u00fcbernimmt in einigen F\u00e4llen eine sehr d\u00fcnne (1 \u2013 3 \u00b5m) EVOH Sperrschicht, die quasi nebenbei nat\u00fcrlich auch die Sauerstoffbarriere erh\u00f6ht und somit zu einer l\u00e4ngeren Haltbarkeit des verpackten Lebensmittels f\u00fchrt.<\/p>\n

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3.4\u00a0 Bedampfungen<\/h2>\n

Eine weitere M\u00f6glichkeit Folien hinsichtlich Ihrer Barriereeigenschaften erheblich zu verbessern ist die Bedampfung. Eine Untergruppe stellt hier die Aluminium-Metallisierung dar, die im gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab eingesetzt wird. Diese silbrige Folienbeschichtung f\u00fchrt zudem zu einem oft ausreichendem Lichtschutz.<\/p>\n

Zudem finden transparente, anorgansische Bedampfungsschichten immer mehr Einsatz. Hier erw\u00e4hnen wir nur kurz SiOx<\/sub> und AlOx <\/sub>als die h\u00e4ufigsten. Aufgrund der Oxodation behalten die Stoffe ihre Sperrwirkung, werden aber hoch transparent. Sie lassen sich problemlos mit geeigneten Druckfarben bedrucken.<\/p>\n

N\u00e4here Details k\u00f6nnen jederzeit von den einschl\u00e4gigen herstellern oder bei Innoform erfragt werden.<\/p>\n

4\u00a0\u00a0 Barriereeigenschaften einiger handels\u00fcblicher Folien<\/h1>\n

Vergleicht man nun einmal typische Drucktr\u00e4gerfolien hinsichtlich ihrer Barriereeigenschaften, so l\u00e4sst sich daran einiges an physikalischen Grundlagen erkl\u00e4ren. Betrachten wir im Folgenden einmal diese typischen Folien in ihren handels\u00fcblichen Dicken:<\/p>\n

PP-BO 20 \u00b5m<\/p>\n

PET-BO 12 \u00b5m<\/p>\n

PA-BO 15 \u00b5m= Polyamid biaxial orientiert<\/p>\n

PA-C 20 \u00b5m = Polyamid cast (Gie\u00dffolie nicht orientiert)<\/p>\n

PET-BO 12 \u00b5m mit SiOx Beschichtung<\/p>\n

Hier einige Daten, wie einige handels\u00fcblichen kaschierfplien im Vergleich bei OTR- Betrachtungen abschneiden. Dieses sind nur Richtwerte und Spezialtypen weichen nat\u00fcrlich im Detail ab. Die Tendenz bleibt aber.<\/p>\n

\"\"<\/a>Abbildung 4 Sauerstoffdurchl\u00e4ssigkeit handels\u00fcblicher kaschier-\/Druckfolien<\/p>\n

Betrachtet man hier die Sauerstoffdurchl\u00e4ssigkeit im Vergleich, so wird deutlich, dass mit zunehmender Polarit\u00e4t des Werkstoffes die Permeation abnimmt. Am schlechtesten schneidet das PP-BO ab, das kaum eine Sperrwirkung gegen O2<\/sub> zeigt. Das PET und das PA hingegen schon als zumindest O2 Bremsen bezeichnet werden k\u00f6nnen. In den Bereich echter Barriere dringt aber nur das PET-BO mit SiOx Beschichtung vor.<\/p>\n

Betrachtet man nun die Wasserdampfdurchl\u00e4ssigkeit in der folgenden grafik, wird schnell klar, dass bei den organischen, Kunststoffschichten sich das Bild umkehrt. Bei der anorganischen SiOx Schicht hingegen, bleibt das Niveau niedrig.<\/p>\n

\"\"<\/a>Abbildung 5 Wasserdampfdurchl\u00e4ssigkeit handels\u00fcblicher kaschier-\/Druckfolien<\/p>\n

Die genannte SiOx und AlOx Schichten sind genau wie Aluminium-Metallisierungen deshalb in ihrer d\u00fcnnen Auspr\u00e4gung spr\u00f6der als organische\/Kunststoffschichten. Das bedeutet f\u00fcr den Drucker und Kaschierer, aber auch f\u00fcr das Logistikteam besondere Sorgfalt.<\/p>\n

So sind beispielsweise die transparenten Barrieren nach der Herstellung \u201evorgespannt\u201c auf der Folienoberfl\u00e4che. Dehnt man nun die Folie extrem, so k\u00f6nnen die d\u00fcnnen Schichten brechen und teilweise Ihre Barrierewirkung verlieren.<\/p>\n

\"\"<\/a>Abbildung 6 Schematische Darstellung der Eigenspannung von anorganischen Beschichtungen<\/p>\n

Nat\u00fcrlich kann auch eine schwer drehende Welle oder ein kratzendes Entionisierungs-Selbstkonstruktion zu kleinsten Kratzern und somit Fehlstellen f\u00fchren. Diese fehlstel\u00f6len sieht man erstens nicht und zweitens sind sie nur durch aufwendige Permeationsmessungen statistisch zu erfassen.<\/p>\n

Die L\u00f6sung ist wie so oft Wissen und Sorgfalt beim Umgang.<\/p>\n

4.1\u00a0 Auf welcher Seite drucke ich gerade?<\/h2>\n

Diese Frage hat sich vielleicht schon mancher Drucker, Kaschierer und Betriebsleiter gestellt, wenn er bedampfte, transparente Folien verarbeitet hat. Hierzu zum Schluss noch ein kurzer Tipp:<\/p>\n

Um die zu bedruckende Seite schnell und sicher zu bestimmen ben\u00f6tigen Sie nicht merh als das Wissen, einen Eimer mit Wasser und einen Schwamm. H\u00e4ngt die SiOx oder AlOx Rolle erst einmal in der Maschine, schlagen Sie ca. 30 cm des Rollenendes um und benetzen mit dem angefeuchteten Schwamm die Folienbahn auf der Vorder und R\u00fcckseite.<\/p>\n

Auf der Seite, auf der das Wasser besser benetzt, sollten Sie stets drucken, denn das ist die bedampfte Schicht, die im Zwischenlagendruck gesch\u00fctzt werden muss.<\/p>\n

Aber Achtung. Die Oberfl\u00e4chenspannung ist oft so hoch, dass nicht alle farben gut ausdrucken und haften. Fragen Sie hierzu Ihren Farb-\/Folienlieferanten, der Ihnen geren Auskunft \u00fcber getestete Systeme geben wird.<\/p>\n

4.2\u00a0 Vorbehandlungsintensit\u00e4ten<\/h2>\n

Hier noch eine Tabelle, welche Vorbehandlungsintensit\u00e4ten die besprochenen Folien haben. Als Drucker und Kaschierer wissen Sie nat\u00fcrlich, dass wir mindestens 38 mN\/m ben\u00f6tigen, um gut zu Benetzen und Haftung zu erzielen. Wie wir das schaffen berichten wir in einem der n\u00e4chsten Artikel.<\/p>\n

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[Artikel Serie 1-8 “Drucken und Kaschieren” wird fortgesetzt]<\/em><\/p>\n


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Innoform auf\u00a0\u00a0\"\"<\/a><\/strong><\/p>\n

Kontakt:<\/strong><\/p>\n

Innoform GmbH Testservice<\/strong>
\nIndustriehof 3,
\n26133 Oldenburg
\nTS@innoform.de<\/p>\n

www.innoform.de<\/strong><\/a><\/strong><\/p>\n


\n<\/strong><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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