Wasserdampfdurchlässigkeit verschiedener Kunststofffolien

Nicht nur in der Lebensmittelindustrie benötigt man „Verpackungen“, die möglichst wenig Wasserdampf hindurch lassen. Will man bei Produkten wie Backwaren oder Fleisch eher das Austrocknen verhindern, wird in der Elektronik besonderen Wert darauf gelegt, Feuchtigkeit von den Bauteilen fern zu halten.

Wasserdampf (und natürlich auch eine Vielzahl von Gasen) durchdringt dünne Schichten von Polymeren (Folien) relativ gut. Sie erlauben den Durchtritt (Permeation) der Wasser-Moleküle durch das Material. Die weltbekannte Gore-Membrane für Outdoor-Kleidung hat eine besonders hohe Wasserdampfdurchlässigkeit (WDD) bzw. Water Vapour Transmission Rate (WVTR). Verpackungen und Barrierefolien dagegen versuchen, eine besonders gute Sperre für Wasserdampfdiffusion zu sein.

Im Prinzip wird bei der Messung eine Seite der Folie einer vorgegebenen Luftfeuchtigkeit (z.B. 90% rel. H) ausgesetzt. Auf der anderen Seite wird mittels eines getrockneten Trägergases die durch die Barriere gedrungene (permeierte) Menge Wasser gemessen (z.B. DIN EN ISO 15106)

Der Messwert für die Menge Wasserdampf, die durch eine Folie dringen kann, wird in Gramm pro Quadratmeter und Tag angegeben: gr/(m² x d).

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Material

Folienstärke

WDD in
gr/(m² x d) *)

PVDF

50 µm

0,2

PCTFE

19 µm

0,42

PPS (Torelina™)

25 µm

0,9

ETFE

100µm

1,5

PFA

50µm

2

PVF

25 µm

5

PEEK (Aptiv™)

50 µm

6

PEN (Teonex®)

25µm

6,7

FEP

25 µm

7

PET (Mylar®)

25 µm

18

PTFE

200 µm

18

PEI

50 µm

27

PA 6

25 µm

60

PI (Kapton®)

25 µm

80

Kapton® FMT

30µm 

 17,5

*) Die Angaben stammen aus den Datenblättern namhafter Hersteller der jeweiligen Folien-Produkte

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Der Wasserdampfdruck bei Raumtemperatur beträgt etwa 23,4 mbar, steigt jedoch mit der Temperatur exponentiell an (100°C: etwa 1013 mbar). Diesen Umstand sollte man bei dem Vergleich von Angaben in Datenblättern verschiedener Kunststoff-Folien immer berücksichtigen. Durch den erhöhten Dampfdruck erhöht sich auch wesentlich die Permeationsmenge pro Fläche und Zeit.

Wie bereits oben angedeutet haben Gore-Membranen (mikroporöse Kunststoff-Folie) eine besonders niedrige Diffusionssperrwirkung: >>550 gr/(m² x d). Im Vergleich lässt eine erheblich dünnere PET-Folie (25 µm) nur etwa 18 gr/(m² x d) Wasserdampf hindurch.

Wichtig bei dem Vergleich verschiedener Wasserdampfdurchlässigkeiten: die Werte hängen sehr stark vom Druck, der Folienstärke, der Temperatur und dem Material selbst ab. Denn Polymere gleicher Bezeichnung von verschiedenen Herstellern können erheblich voneinander abweichen. Sogar die verschiedenen Messmethode ergeben deutliche Unterschiede bei gleichem Material.

Bei Polyolefinen wie PP, PE sowie bei Thermoplaste wie PVC und PA sind zudem das Molekulargewichte (am bekanntesten: LDPE, HDPE und UHMW-PE) maßgeblich für die Wasserdampfdiffusionsrate.

 

Beispiel: Verlauf der Dampfdurchlässigkeit (WVTR, WDD) abhängig von der Materialstärke

Ergänzung:

Von der Firma DuPont gibt es Kapton®-Varianten mit Fluorpolymer-Beschichtung. Diese verfügen über eine deutlich verbesserte Dampfsperren-Funktionalität (siehe auch Liste oben):

Kapton® 120FN616  16 gr/m²/24h