Die Wasserdampfdurchlässigkeit von Polyethylen (PE) beschreibt, wie viel Wasserdampf durch eine Kunststofffolie innerhalb eines bestimmten Zeitraums hindurchtreten kann. Sie ist eine wichtige Materialeigenschaft bei der Herstellung und Auswahl von Verpackungsfolien, Beuteln, Abdeckfolien und technischen Kunststoffprodukten.
Die Wasserdampfdurchlässigkeit wird häufig auch als Wasserdampfdiffusion oder Wasserdampfdurchlässigkeit einer Folie bezeichnet. Im technischen Zusammenhang ist zwischen der Wasserdampfdurchlässigkeit als Materialkennwert und der tatsächlich gemessenen Wasserdampfdurchgangsrate einer fertigen Folie zu unterscheiden.
Polyethylen zählt zu den häufig eingesetzten Kunststoffen, wenn Produkte vor Feuchtigkeit geschützt werden sollen. Aufgrund seiner chemischen Struktur und seines unpolaren Charakters nimmt PE vergleichsweise wenig Wasser auf und bietet eine gute Barriere gegenüber Wasserdampf. Dadurch eignet sich das Material für zahlreiche Verpackungsanwendungen, bei denen die Feuchtigkeitsaufnahme oder das Austrocknen eines Produkts begrenzt werden soll.
Die tatsächliche Schutzwirkung hängt unter anderem von der PE-Sorte, der Foliendicke, der Temperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit und den Prüfbedingungen ab.
Wie wasserdampfdurchlässig ist Polyethylen?
Polyethylen besitzt eine vergleichsweise geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Wie gut eine PE-Folie Wasserdampf zurückhält, hängt wesentlich von ihrer Materialstruktur und Dichte ab.
Grundsätzlich unterscheidet man insbesondere zwischen PE-HD und PE-LD:
- PE-HD (Polyethylen hoher Dichte): Dieses Material besitzt eine vergleichsweise dichte, stärker kristalline Struktur. Wasserdampf kann daher unter vergleichbaren Bedingungen in der Regel schlechter hindurchtreten.
- PE-LD (Polyethylen niedriger Dichte): Aufgrund seiner stärker verzweigten Molekülstruktur und des geringeren Kristallinitätsgrades weist dieses Material häufig eine höhere Wasserdampfdurchlässigkeit auf.
Als beispielhafte Orientierungswerte für eine Folie mit einer Dicke von 100 µm können folgende Wasserdampfdurchgangsraten herangezogen werden:
| PE-Folientyp | Foliendicke | Beispielhafter Wert |
|---|---|---|
| PE-HD | 100 µm | ca. 0,4 g/(m² · d) |
| PE-LD | 100 µm | ca. 1,0 g/(m² · d) |
Die angegebenen Werte dienen der Orientierung und sind nicht als allgemeingültige Materialkennwerte zu verstehen. Sie müssen anhand der konkreten Folienqualität und der jeweiligen Prüfbedingungen überprüft werden. Insbesondere die relative Luftfeuchtigkeit beziehungsweise die Wasserdampfdruckdifferenz zwischen den beiden Folienseiten kann das Messergebnis beeinflussen.
Welche Einheit wird für die Wasserdampfdurchlässigkeit verwendet?
Die Wasserdampfdurchgangsrate wird üblicherweise in Gramm pro Quadratmeter und Tag angegeben:
g/(m² · d)
Die Einheit beschreibt, wie viele Gramm Wasserdampf innerhalb von 24 Stunden durch einen Quadratmeter Folienfläche hindurchtreten.
Ein Beispiel: Beträgt der Messwert einer Folie 1,0 g/(m² · d), entspricht dies unter den jeweiligen Prüfbedingungen einem Wasserdampfdurchgang von einem Gramm pro Quadratmeter innerhalb von 24 Stunden.
Wichtig ist dabei, dass dieser Wert nicht ohne Weiteres auf andere Temperaturen, Luftfeuchtigkeiten oder Foliendicken übertragen werden kann. Für einen belastbaren Vergleich müssen die Messbedingungen identisch sein.
Welche Faktoren beeinflussen die Wasserdampfdurchlässigkeit von PE-Folien?
Die Wasserdampfdurchlässigkeit von Polyethylen wird durch mehrere Material- und Umgebungsfaktoren beeinflusst.
1. Materialtyp und Dichte
Die Molekülstruktur des Polyethylens hat einen wesentlichen Einfluss auf die Barriereeigenschaften. PE-HD besitzt in der Regel einen höheren Kristallinitätsgrad als PE-LD. Dadurch stehen weniger amorphe Bereiche für den Transport von Wassermolekülen zur Verfügung.
Unter vergleichbaren Prüfbedingungen weist PE-HD deshalb häufig eine geringere Wasserdampfdurchlässigkeit auf als PE-LD.
2. Foliendicke
Die Dicke der Kunststofffolie ist ein entscheidender Faktor für den Feuchtigkeitsschutz. Bei gleichem Material und vergleichbaren Prüfbedingungen führt eine größere Foliendicke in der Regel zu einer niedrigeren Wasserdampfdurchgangsrate.
Eine dünnere PE-Folie lässt entsprechend mehr Wasserdampf pro Flächeneinheit hindurch als eine dickere Folie aus demselben Material.
Für die Auswahl der geeigneten Folienstärke müssen neben der Wasserdampfbarriere auch mechanische Eigenschaften, Verarbeitbarkeit und Materialverbrauch berücksichtigt werden.
3. Temperatur
Mit steigender Temperatur nimmt die Wasserdampfdurchlässigkeit vieler Kunststofffolien zu. Der Transport von Wassermolekülen durch das Polymer wird durch die temperaturabhängige Beweglichkeit der Moleküle beeinflusst.
Deshalb sind Messwerte, die bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt wurden, nur eingeschränkt miteinander vergleichbar.
4. Relative Luftfeuchtigkeit und Wasserdampfdruckdifferenz
Auch die Feuchtigkeitsbedingungen auf beiden Seiten der Folie spielen eine wichtige Rolle. Entscheidend für den Wasserdampftransport ist insbesondere die Differenz des Wasserdampfpartialdrucks zwischen der Innen- und Außenseite.
Je nach Prüfverfahren werden unterschiedliche relative Luftfeuchtigkeiten eingestellt. Deshalb sollte bei technischen Daten immer geprüft werden, unter welchen Bedingungen der angegebene Wert ermittelt wurde.
5. Folienqualität und Verarbeitung
Neben dem Grundmaterial können die Rezeptur, zusätzliche Schichten, Füllstoffe, Beschichtungen und die Verarbeitung die Eigenschaften einer Folie beeinflussen. Auch Beschädigungen, Löcher oder undichte Siegelnähte können den tatsächlichen Feuchtigkeitsschutz einer Verpackung deutlich verschlechtern.
Für anspruchsvolle Anwendungen ist es daher sinnvoll, nicht nur das Rohmaterial, sondern die fertige Verpackung zu betrachten.
Warum wird PE als Feuchtigkeitsbarriere eingesetzt?
Polyethylen wird häufig eingesetzt, wenn Produkte während der Lagerung, des Transports oder der Verarbeitung vor Feuchtigkeit geschützt werden müssen.
Die Vorteile von PE liegen insbesondere in der vergleichsweise guten Wasserdampfbarriere, der guten Verarbeitbarkeit und den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten. Je nach Ausführung lassen sich PE-Folien flexibel, transparent oder eingefärbt sowie in unterschiedlichen Dicken herstellen.
Typische Anwendungen sind:
- Lebensmittelverpackungen: zum Begrenzen des Feuchtigkeitsaustauschs und zum Erhalt der Produktqualität.
- Kunststoffbeutel und Versandverpackungen: zum Schutz von Waren vor äußerer Feuchtigkeit.
- Schutz- und Abdeckfolien: zum Abdecken von Materialien und Produkten während Lagerung und Transport.
- Industrieverpackungen: zum Schutz feuchtigkeitsempfindlicher Komponenten und Materialien.
- Verpackungen für trockene Produkte: zum Begrenzen der Feuchtigkeitsaufnahme, sofern die gesamte Verpackung ausreichend dicht ausgeführt ist.
- Verpackungen für feuchte Produkte: zum Reduzieren des Feuchtigkeitsverlusts, abhängig von Produkt, Temperatur und Lagerbedingungen.
Die geeignete Folie muss immer anhand des jeweiligen Einsatzzwecks ausgewählt werden. Eine gute Wasserdampfbarriere allein garantiert beispielsweise nicht, dass eine Verpackung auch ausreichend gegen Sauerstoff, Aromastoffe oder andere Gase schützt.
PE-HD oder PE-LD: Welches Material bietet den besseren Feuchtigkeitsschutz?
Wenn der Schutz vor Wasserdampf im Vordergrund steht, bietet PE-HD aufgrund seiner Materialstruktur häufig Vorteile gegenüber PE-LD. Bei gleicher Foliendicke und vergleichbaren Prüfbedingungen kann PE-HD eine niedrigere Wasserdampfdurchgangsrate aufweisen.
PE-LD wird dagegen häufig eingesetzt, wenn Flexibilität, gute Siegeleigenschaften und eine einfache Verarbeitung besonders wichtig sind.
Die Entscheidung sollte deshalb nicht allein anhand der Dichte getroffen werden. Ebenso wichtig sind die benötigte mechanische Festigkeit, die Foliendicke, die Verarbeitung auf vorhandenen Verpackungsanlagen und die Anforderungen an die fertige Verpackung.
Bei besonders hohen Anforderungen an den Feuchtigkeitsschutz können auch mehrschichtige Folien oder Materialverbunde sinnvoll sein. Diese kombinieren unterschiedliche Eigenschaften und können eine höhere Barrierewirkung ermöglichen als eine einzelne PE-Schicht.
Wie wird die Wasserdampfdurchlässigkeit von PE gemessen?
Die Wasserdampfdurchlässigkeit von Kunststofffolien wird mit standardisierten Prüfverfahren bestimmt. Dabei wird untersucht, welche Wasserdampfmenge innerhalb eines definierten Zeitraums durch eine Folienprobe mit festgelegter Fläche und Dicke transportiert wird.
Zu den relevanten Normen gehören beispielsweise:
- DIN EN ISO 15106: Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit von Kunststofffolien und -bahnen.
- ASTM F1249: Prüfverfahren zur Bestimmung der Wasserdampfdurchgangsrate von Kunststofffolien und dünnen Bahnen mittels eines Infrarotsensors.
Je nach Verfahren werden Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit und weitere Prüfbedingungen festgelegt. Bei der Beurteilung von Materialdaten sollte daher stets die zugrunde liegende Prüfnorm berücksichtigt werden.
Für die Verpackungsauswahl empfiehlt es sich, Datenblätter verschiedener Folien nur dann direkt miteinander zu vergleichen, wenn die Messwerte unter vergleichbaren Bedingungen ermittelt wurden.
