OTR-Wert bei Verpackungsfolien: Sauerstoffdurchlässigkeit verstehen – Aluminiumfolie, Blister, Laminate

Der OTR-Wert, ausgeschrieben Oxygen Transmission Rate, beschreibt, welche Sauerstoffmenge im stationären Zustand durch eine konkrete Verpackungsfolie je Fläche und Zeit tritt. Die häufige Einheit cm³/(m²·d) bedeutet: Kubikzentimeter Sauerstoff pro Quadratmeter Folie und Tag. Unter gleichen Messbedingungen steht ein niedrigerer OTR-Wert für weniger Sauerstoffdurchtritt und damit für eine höhere Sauerstoffbarriere. ^{[1] [2]}

Für die technische Vorauswahl reicht die Zahl allein jedoch nicht. Ein OTR-Wert bewertet weder einen Werkstoff pauschal noch beweist er die Haltbarkeit eines verpackten Produkts. Erst Einheiten, Messbedingungen und Folienaufbau zeigen, ob zwei Prüfwerte wirklich vergleichbar sind und ob sie die spätere Verpackungskonstruktion beschreiben.

Was der OTR-Wert misst und wie seine Einheiten zu lesen sind

Entscheidend ist der stationäre Messzustand: Erst wenn sich der Sauerstoffdurchtritt unter den festgelegten Prüfbedingungen stabil eingestellt hat, beschreibt der Wert eine reproduzierbare Durchtrittsrate der Probe. Auch das in der Einheit ausgewiesene Gasvolumen ist nicht losgelöst zu lesen, sondern auf definierte Referenzbedingungen bezogen. Ein Datenblattwert ist damit immer das Ergebnis aus konkreter Folie, definierter Prüfsituation und festgelegtem Volumenbezug – keine frei übertragbare Materialaussage. ^{[1] [2]}

In Datenblättern erscheinen auch Schreibweisen wie cc/(m²·Tag) oder andere Flächenbezüge. Vor jedem Vergleich muss deshalb klar sein, auf welche Fläche und welchen Zeitraum sich die Angabe bezieht. Besonders wichtig ist ein möglicher Drucknenner: Ein Zusatz wie „/atm“ kennzeichnet keine bloße Varianten-Schreibweise, sondern eine andere Bezugsgröße.

OTR

Sauerstoffmenge je Fläche und Zeit durch die konkret geprüfte Folie, zum Beispiel cm³/(m²·d).

Permeanz

Der Durchtritt wird zusätzlich auf die Sauerstoffpartialdruckdifferenz Δp bezogen. Ein Drucknenner in der Einheit weist auf diesen Bezug hin.

Permeabilitätskoeffizient P

Eine materialbezogene Größe, die zusätzlich die Foliendicke l einbezieht. In der üblichen technischen Beziehung gilt: P = OTR·l/Δp; die SI-Einheit ist mol/(m·s·Pa).

Die Abgrenzung verhindert einen häufigen Denkfehler: Ein OTR ohne Drucknenner beschreibt die untersuchte Folie unter den dokumentierten Prüfbedingungen. Die Permeanz berücksichtigt zusätzlich die antreibende Sauerstoffpartialdruckdifferenz. Der Permeabilitätskoeffizient P soll dagegen eine Materialeigenschaft abbilden. Seine Dickennormierung ist nur für homogene Materialien sinnvoll, wenn die Dickenabhängigkeit experimentell bestätigt ist. Der OTR eines Mehrschichtverbunds ist daher nicht mit der Materialpermeabilität einer einzelnen Schicht gleichzusetzen. ^{[3] [4]}

Steht bei einem Prüfwert ein Drucknenner, darf er nicht direkt neben einen reinen OTR gestellt und als bessere oder schlechtere Barriere gelesen werden. Selbst die Bezeichnung „OTR“ genügt nicht als Klärung, weil technische Unterlagen drucknormierte Größen ebenfalls so benennen können. Entscheidend ist die ausgeschriebene Einheit samt Bezugsgröße. ^[5]

Welche Messbedingungen einen Vergleich tragen

Zwei OTR-Werte lassen sich nur dann unmittelbar gegenüberstellen, wenn sie dieselbe Messgröße unter passenden Randbedingungen beschreiben. Gleiche Zahlenformate oder gleiche Flächeneinheiten genügen nicht. Temperatur, relative Feuchte auf beiden Seiten der Folie, Sauerstoffpartialdrücke und Prüfmethode bestimmen, welche Aussage der Prüfwert zulässt.

Die Feuchteangabe muss beide Seiten der Probe erfassen. Eine Folie kann auf der einen Seite einer anderen Atmosphäre ausgesetzt sein als auf der anderen. Bei Verbunden mit feuchteempfindlichen Barriereschichten reicht daher die verkürzte Angabe „bei Feuchte gemessen“ nicht aus, wenn offenbleibt, wie die Feuchte verteilt war.

Auch die bloße Angabe „Sauerstoff als Prüfgas“ ersetzt den Druckbezug nicht. Für die Vergleichsentscheidung muss der Prüfbericht erkennen lassen, welche Sauerstoffpartialdrücke auf beiden Seiten der Folie anlagen oder welche Partialdruckdifferenz verwendet wurde. Erst diese Angabe erklärt, ob ein Drucknenner dieselbe Bezugsgröße abbildet und ob die antreibende Kraft beider Messungen übereinstimmt. ^[5]

Die Konsequenz ist klar: Liegen für zwei Kandidaten abweichende Temperatur-, Feuchte- oder Druckbedingungen vor, vergleichen die Datenblätter zunächst Messsituationen statt Folienleistung unter denselben Bedingungen. Eine pauschale Umrechnung wäre nicht belastbar, weil die Änderung vom Material und vom Folienaufbau abhängt. Der belastbare nächste Schritt ist eine gemeinsame, einsatznahe Vergleichsmessung mit dokumentierten Bedingungen.

Warum Folienaufbau und Verarbeitung den Prüfwert verändern

Bei Mehrschichtverbunden erklärt die Gesamtdicke die Sauerstoffbarriere nicht ausreichend. Entscheidend ist, welche Schicht die Barriere bildet, wie dick diese Einzelschicht ist und wie die übrigen Lagen sie gegenüber Feuchtigkeit abschirmen. Der OTR-Wert beschreibt damit die gesamte geprüfte Konstruktion, nicht eine gleichmäßig wirkende Materialmasse.

Das lässt sich an einem Verbund mit EVOH als Barriereschicht nachvollziehen. Für die Einordnung zählen nicht nur Dicke und Lage der EVOH-Schicht. Auch Feuchtigkeit innen und außen sowie Dicke und Wasserdampfdurchlässigkeit der angrenzenden Schichten können die Bewertung beeinflussen. Die umgebenden Lagen entscheiden mit darüber, wie stark Feuchte die Barriereschicht erreicht. ^[5]

Ein dickerer Verbund ist deshalb nicht automatisch die bessere Sauerstoffbarriere. Zwei Folien mit gleicher Gesamtdicke können sich deutlich in Schichtfolge, Barriereschichtdicke und Feuchteschutz unterscheiden. Umgekehrt lässt sich der OTR eines konkreten Verbunds nicht allein durch eine Umrechnung der Gesamtdicke auf einen anderen Aufbau übertragen.

Beim Thermoformen kann sich die Schichtverteilung in der Formzone gegenüber der Flachfolie verändern. Daraus folgt nicht automatisch eine bestimmte Richtung der Barriereänderung. Es folgt aber eine klare Grenze der Interpretation: Soll später eine geformte Verpackung bewertet werden, ist die verarbeitete Konstruktion der passende Untersuchungsgegenstand.

Von zwei Datenblättern zur belastbaren Vorauswahl

Hypothetisches Beispiel: Zwei Mehrschichtverbunde liegen zur Vorauswahl vor. Verbund A weist einen OTR unter trockenen Bedingungen aus, Verbund B unter kontrollierter Feuchte. In einem Bericht bleibt außerdem offen, ob die Einheit einen Drucknenner enthält. Obwohl die Zahlen unterschiedlich sind, ergibt sich daraus weder eine belastbare Rangfolge noch eine Aussage zur Produkthaltbarkeit.

1. Messgrößen trennen. Zunächst wird geklärt, ob beide Angaben einen reinen OTR oder eine drucknormierte Permeanz beschreiben. Unterschiedliche Bezugsgrößen dürfen nicht in einer Rangfolge zusammengeführt werden.
2. Prüfbedingungen gegenüberstellen. Temperatur, relative Feuchte auf Innen- und Außenseite, Sauerstoffpartialdrücke, Prüfmethode und stationärer Messzustand werden für beide Proben zusammengetragen. Abweichungen erklären, warum die Zahlen keine direkte Vergleichsbasis bilden.
3. Gemeinsame Messbasis herstellen. Beide Verbunde werden bei derselben Temperatur, derselben Feuchteverteilung und denselben Sauerstoffpartialdrücken geprüft, die zum vorgesehenen Einsatz passen. Eine rechnerische Angleichung trockener und feuchter Werte ersetzt diese Messung nicht. ^[1]
4. Aufbau dokumentieren. Bei einem EVOH-Verbund gehören vollständige Schichtfolge und Einzelschichtdicken zur Einordnung. Die Gesamtdicke allein wäre keine tragfähige Entscheidungsgrundlage.
5. Verarbeiteten Zustand berücksichtigen. Folgt auf die Flachfolie das Thermoformen, wird die geformte Konstruktion unter den relevanten Bedingungen untersucht. Erst dieser Prüfwert bezieht sich auf die Verpackungskonfiguration, über die entschieden werden soll. ^[7]

Fazit: Die Aussagekraft entscheidet

Der OTR-Wert ist ein hilfreicher Kennwert für die Sauerstoffdurchlässigkeit, sofern er korrekt gelesen wird. Ein niedrigerer Wert steht nur bei gleichen Einheiten, Messbedingungen und vergleichbaren Folienaufbauten für eine höhere Sauerstoffbarriere. Unterschiedliche Prüfklimata, ein unklarer Druckbezug oder eine abweichende Verarbeitung machen aus einem scheinbar einfachen Zahlenvergleich eine offene technische Frage.

Die nächste Entscheidung richtet sich deshalb nach der konkreten Datenlücke: fehlende Prüfbedingungen beim Datenlieferanten ergänzen lassen, eine gemeinsame einsatznahe Vergleichsmessung veranlassen oder nach einer Umformung die verarbeitete Verpackung betrachten. Aus dem OTR allein lässt sich weder ein universeller Grenzwert noch die Haltbarkeit eines Produkts ableiten.