Vorbemerkungen Es gibt derzeit keinen branchenweit anerkannten und sicher anwendbaren Barrierentest für Papierprodukte. Eine in Kooperation vom Schweizer Verpa-ckungsinstitut (SVI) und dem Deutschen Referenzbüro für Ringversuche und Referenzmaterial (DRRR) gestartete Initiative zur Validierung einer Barrieretest-methode für Kunststoff-Innenbeutel gegenüber migrierenden Substanzen mittels Ringversuch offenbarte viele Unsicherheiten in der praktischen Handhabung [30]. Auch die bereits 2015 gestartete Initiative des SVI zu barrierebeschichteten Recyclingkartonen hat bislang noch keine Methodik der Messbarkeit der Barrier-ewirkung hervorgebracht [31].
Auch die bereits vor dem Projekt gesammelten Erfahrungen an der PTS deuten auf große Probleme und Unsicherheiten bei der Anwendung einer Barrieretest-methode hin, mit der migrierte Substanzen in absoluten Konzentrationen erfasst werden sollen.
Barrierentest Methodenent-wicklung
Die Methodenentwicklung erfolgte auf Basis der bereits beschriebenen Messzel-len und Prozessen zur Probenvorbereitung und -messung.
Die Extraktion von Tenax® erfolgte zunächst in Anlehnung an die BfR-Methode zur Bestimmung von Mineralölkohlenwasserstoffen in Papier und Pappe [32]
durch Extraktion mit 20 ml n-Hexan unter gelegentlichem Schütteln bei Raum-temperatur. Die Ergebnisse wurden mit aufwändigeren Extraktionsverfahren verglichen. Getestet wurden die Extraktion mit einem Gemisch aus Ethanol und Hexan mit anschließendem Ausschütteln des Ethanols mit Wasser sowie die Extraktion mit Acetonitril im Ultraschallbad bei höheren Temperaturen. Die drei getesteten Extraktionsverfahren zeigten keine signifikanten Unterschiede, so dass für die folgenden Arbeiten die Extraktion mit 20 ml n-Hexan über Nacht bei Raumtemperatur beibehalten wurde.
Um Abweichungen beim Extraktionsvolumen sowie beim Einspritzvolumen des GC-MS-Autosamplers auszugleichen, wurde dem Tenax vor der Extraktion Bicyclohexyl als interner Standard zugesetzt. Die nach der Migration ermittelten Peakflächen wurden stets mit der Peakfläche des Bicyclohexyls korrigiert.
Verkürzung der
Lagerzeit Des Weiteren sollte in diesem Arbeitspaket der Frage nachgegangen werden, ob kürzere Lagerzeiten der verschlossenen Messzellen bei höheren Temperaturen eine sinnvolle Alternative zu den üblichen Lagerbedingungen von 40°C und 10Tagen darstellen. Um schnelle Vergleiche zu ermöglichen, wurde zudem auf eine absolute Bestimmung der Migration verzichtet. Es erfolgt somit auch keine Kalibrierung des GC-MS Systems für die Leitsubstanzen. Sämtliche Auswertun-gen wurden vergleichend vorAuswertun-genommen, die Ergebnisse ausgedrückt als pro-zentuale Migration in Relation zu der Migration des dotierten Filterpapieres ohne aufgelegte Barriere. Viele Störeffekte wie z.B. nicht vollständiger Übergang der Substanzen aus dem Filterpapier, Verluste über die Gasphase, unvollständige Extraktionen und ähnliche Phänomene werden somit eliminiert, da sie systema-tisch in der Vergleichsprobe ohne Barriere wie in den Versuchen mit Barriere auftreten.
Durchgeführte
Messreihen Um die oben genannten Überlegung zur Verkürzung der Lagerzeit umzusetzen, wurden folgende Messreihen mit drei unterschiedlich beschichteten Papieren durchgeführt:
(1) Bestimmung der Migration bei 40°C und 10 Tagen Lagerzeit (2) Bestimmung der Migration bei 60°C und 5 Tagen Lagerzeit
Dazu wurde das Standardpapier (vgl. Kap. 6) mit jeweils mit (15 ± 1) g/m² an B4, B10 und B2 im Labor beschichtet und für die Versuche eingesetzt. In Vorversu-chen wurde festgestellt, dass B2 eine sehr gute, B10 eine mittlere und B4 eher eine schlechte Migrationsbarriere gegenüber den Leitsubstanzen aufweist.
Ergebnisse der
Messreihen Die Ergebnisse der Versuchsreihen sind in Abb. 7 dargestellt. Aus Abb. 7 wird ersichtlich, das die Mengen der an Tenax adsorbierten Leitsubstanzen beim Wechsel von 10d/40°C auf 5d/60°C zunehmen. Die Zunahme erfolgt umso deutlicher je geringer die Barrierewirkung der Beschichtung ist. Bei sehr guten Barrieren verändert sich vergleichsweise wenig. Der Vergleich der einzelnen Analyten zeigt, dass die Zunahme der Migration nicht bei allen Substanzen mit gleichem Faktor erfolgt. Abhängig von Molekülgröße, Siedepunkt und Polarität gibt es hier Unterschiede. Die relativ stärkste Migration zeigen die aromatischen Modell-Verbindungen Biphenyl, 2,6-Diethylnaphthalin und Benzophenon.
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Abb. 7: Tenax-Adsorption von 3 Standardpapiermustern mit unterschiedlichen Barrierebeschichtungen (jeweils 15 g/m²) im Vergleich; %-Angaben bezogen auf Filterpapier ohne Barriere (BW); Produkte sortiert nach steigender Barriereeigenschaft
Links: 10 Tage Lagerzeit bei 40°C rechts: 5 Tage Lagerzeit bei 60°C.
Es konnten weder bei 25°C, noch bei den erhöhten Temperaturen von 40°C sowie 60°C Störsubstanzen im Chromatogramm identifiziert werden, welche auf
eine Zersetzung der getesteten Papiere und Barrieren schließen lassen.
Insgesamt betrachtet, ermöglicht die Verkürzung der Lagerzeit auf 5 Tage und die Erhöhung der Temperatur auf 60°C die Einstufung der Sperrwirkung einer Beschichtung im Rahmen der Produktentwicklung. In jedem Fall ist die sichere relative Unterscheidung von Beschichtungen mit guter, mittelmäßiger und schlechter Barrierewirkung bezüglich Mineralölkohlenwasserstoffen, Phthalaten und Benzophenon möglich. Sie wurde daher im weiteren Verlauf des Projektes für die rasche Bewertung der Barrierewirkung von Beschichtungen eingesetzt.
Validierung der Methode mit kürzerer Lagerzeit
Um die Aussagekraft der Methode weiter abzusichern, wurde sie einer ausführli-chen Validierung unterzogen.
Dazu wurden die drei mit B4, B10 und B2 im Labor beschichteten Papiermuster mit einer Migrationsdauer von 5 Tagen bei einer Temperatur von 60°C erneut geprüft, wobei jede Messung 5-fach wiederholt wurde, um die Reproduzierbarkeit festzustellen. Die Ergebnisse sind in Abb. 8 graphisch dargestellt. Zusätzlich dazu enthält die Graphik die Mittelwerte und die Standardabweichung der Einzelsubstanzmengen. Die relative Standardabweichung bewegt sich zwischen 5-30 %. Die Unsicherheit des Messverfahrens bewegt sich in einem für komplexe analytische Verfahren üblichen Bereich.
Abb. 8: Temperaturabhängige Messung der Tenax-Adsorption – 5-fach Bestimmung; T= 60 ⁰ C bei jeweils 5d Lagerzeit; rechts: Mittelwert und Standardabweichung der 5-fachen Bestimmung.
9 Langzeitmethode (Arbeitspaket 4)
Inhalt und Um die Einschätzung der Barrierewirkung bei längeren Lagerzeiten
realitätsnä-Vorgehen her zu gestalten, sollte in diesem Arbeitspaket die Prüfmethodik zwei zusätzli-che Erweiterungen erfahren:
(1) Zeitabhängige Messung bei Raumtemperatur und längeren Kontakt-Zeiträumen (10, 30 und 60 Tage).
(2) Temperaturabhängige Messung der Tenax-Adsorption (Raumtemperatur, 40°C und 60°C bei jeweils 10 Tagen) mit Vergleich der migrierten Stoff-mengen bei Raumtemperatur. Gegenüber einer punktuellen Messung bei 60°C sollte dadurch zusätzliche Sicherheit erreicht und mögliche uner-wünschte Veränderungen der Beschichtung bei höheren Temperaturen erkannt werden.
Für die Versuche zu Punkt (1) wurden Barrierebeschichtungen verwendet, deren Rezepturen in Tab. 10 aufgelistet sind. Sie entstammen den Versuchen in AP6-AP9.
Tab. 10: Rezepturen der für Langzeit-Migrationsversuche verwendeten Be-schichtungen
Für die Versuche zu Punkt (2) wurden Barrierebeschichtungen aus B2, B4 und B10 eingesetzt.
Die Beschichtungen wurden jeweils im Labor auf das Standardpapier aufgetra-gen. Die aufgetragene Menge betrug 15 g/m².
In den folgenden Absätzen werden die Ergebnisse dargestellt und diskutiert.
Ergebnisse zeitabhängiger Messungen
Abb. 9 zeigt exemplarisch die Ergebnisse der Migrationsmessungen analog der in Kap. 5.2 beschriebenen Messprozedur bei verschiedenen Lagerzeiten.
Erwartungsgemäß nehmen mit steigender Lagerzeit die an Tenax adsorbierten Stoffmengen zu. Die relativ stärkste Migration zeigen erneut die aromatischen Modell-Verbindungen Biphenyl, 2,6-Diethylnaphthalin und Benzophenon. Auf eine analoge Darstellung der Ergebnisse von V2 und V3 wurde verzichtet. Es zeigt sich bei allen drei untersuchten Proben eine stetige Zunahme der an Tenax adsorbierten Mengen mit steigender Kontaktzeit.
Abb. 9: Tenax-Adsorption gemessen am Standardpapier beschichtet mit 15 g/m² der Barrierebeschichtung V1; Lagerzeiten von
10, 30 und 60 Tagen bei einer Temperatur von 25°C.
Ergebnisse temperatur-abhängiger Messungen
Abb. 10 zeigt exemplarisch die Ergebnisse der Migrationsmessungen für B4 analog der beschriebenen Messprozedur bei verschiedenen Temperaturen (25°C, 40°C, 60°C) und jeweils gleichbleibender Lagerzeit von 10 Tagen. In diesem Fall erfolgt für die meisten Analyten eine Zunahme der an Tenax adsorbierten Mengen mit steigender Temperatur. Besonders für
Di-iso-Butylphthalat sowie Di-n-Di-iso-Butylphthalat ist der signifikante Anstieg der Migration bei 60°C auffällig.
Je nach Qualität der Beschichtung ist ein unterschiedlich signifikanter Einfluss der Temperatur sichtbar. So bewegen sich die migrierten Mengen bei B2 und B10 im Bereich der methodischen Unsicherheiten. Bei der durchlässigsten Barriereformulierung B4 hingegen ist die Erhöhung des Dampfdruckes der Substanzen bei 60°C verglichen mit 40°C sowie bei Raumtemperatur und damit die gemessene Migration signifikant. Den größten Beitrag liefern hier Di-iso-Butylphthalat sowie Di-n-Di-iso-Butylphthalat, die erst bei 60°C eine dann vollständige Migration zeigen.
Da es bei der Entwicklung einer Barrieretechnologie um den bestmöglichen Schutz für Lebensmittel und Verbraucher geht, hilft eine „worst-case“ Betrach-tung die Produktsicherheit deutlich zu erhöhen. Auch um den deutlich höher als erwartet ausfallenden Anstieg der Migration bei erhöhten Temperaturen mit abzubilden, wurden die weiteren Untersuchungen im Projekt bei 60°C durchge-führt.
Abb. 10: Prozentuale Migrationen gemessen bei verschiedenen Temperaturen am Standardpapier beschichtet mit 15 g/m² der Barrierebeschichtung B4; Lagerzeiten gleichbleibend bei jeweils 10 Tagen.
10 Mustercharakterisierung (Arbeitspaket 5)
Durchgeführte Mustercharak-terisierung
In AP5 wurden die in AP6 - AP9 erzeugten Labormuster nach der in AP3 entwickelten Methode hinsichtlich ihrer Barrierewirkung gegenüber Mineralöl-kohlenwasserstoffen, Phthalaten und Benzophenon geprüft. Die Ergebnisse sind in AP6 - AP9 zusammen mit den Daten der hergestellten Muster aufgeführt und diskutiert.
Zusätzlich dazu wurden die Beschichtungen der Muster mit dem Rasterelektro-nenmikroskop (REM) untersucht, wobei die Pigment-Orientierung anhand von digitalen Aufnahmen ausgewertet und dokumentiert wurde. Diese Untersu-chungen stellten ein wichtiges Instrument zur Beurteilung der Beschaffenheit (Fehlstellen) und internen Struktur der Beschichtungen (Pigmenteinbettung und -verteilung) und somit der Bewertung des Tortuositäts-Effektes dar. Für letzte-res wurden artefaktfreie Querschnitte der Beschichtungen mit der Technik des Ionenstrahlätzens hergestellt und in hoher Auflösung abgebildet. Exemplarisch sind in den folgenden Absätzen die wichtigsten Befunde zu den beobachteten Strukturen der Beschichtung erläutert. Weitere Ergebnisse finden sich bei AP6 - AP9 zusammen mit den Daten der hergestellten Muster.
REM Untersuchung der Oberfläche
REM-Aufnahmen von den Oberflächen der Beschichtungen lassen eine Bewer-tung der Abdeckung des Rohpapiers, vorhandener Fehlstellen und der Pig-menteinbettung zu. Abb. 11 zeigt exemplarisch die Oberflächen zweier pig-menthaltiger Beschichtungen. Aufgrund der relativ hohen Auftragsmengen (15 g/m²) war die Abdeckung in der Regel sehr gut. Die Pigmente waren
aufgrund der hohen Zugabemenge (≥ 20 %) erkennbar. Allerdings gab es Unterschiede zwischen den verschiedenen Pigmentsorten (vgl. Kaolin und Bentonit in den Beschichtungen von Abb. 11).
Abb. 11: REM-Aufnahmen der Oberfläche pigmenthaltiger Beschichtungen bei 2500-facher Vergrößerung: Links: 53 % B10 mit Kaolin (47 % P2);
Rechts: 80 % B10 mit Bentonit (20 % P9).
Untersuchungen
zur Schichtdicke REM-Aufnahmen von Querschnitten beschichteter Muster lieferten weitere Aussagen zur Abdeckung des Rohpapiers und vorhandener Fehlstellen.
Darüber hinaus wurden die Schichtdicken ermittelt (vgl. Abb. 12, rechts).
Abb. 12: REM-Aufnahmen von Querschnitten beschichteter Muster bei 500-facher Vergrößerung (jeweils 15 g/m² auf Standardpapier):
Links: B1; Rechts: B9 (mit punktueller Schichtdickenbestimmung).
Pigmentein-bettung
und -ausrichtung
Die Pigmenteinbettung, -verteilung und -orientierung waren Gegenstand ausführlicher Untersuchungen. Sehr gut ließen sich diese Eigenschaften visuell an kaolinhaltigen Mustern beobachten, während insbesondere bei bentonithalti-gen Mustern die Konturen der Pigmentpartikel nur sehr eingeschränkt erkenn-bar waren. Dies dürfte vor allem an der geringeren Dicke der Bentonitplättchen liegen.
Insgesamt lieferten die REM-Untersuchungen folgende Befunde:
• Weitgehend homogene Verteilung der Pigmente über den Querschnitt
• Starke Ausrichtung von Pigmentplättchen parallel zur Beschichtungsober-fläche
Damit sind gute Voraussetzungen für die Ausnutzung von Tortuositätseffekten gegeben.
Abb. 13: REM-Aufnahmen von Querschnitten beschichteter Muster mit pig-menthaltigen Beschichtungen bei 2500-facher Vergrößerung (jeweils 15 g/m² auf Standardpapier): Links: 80 % B11mit Kaolin (20 % P2);
Rechts: 80 % B10 mit Bentonit (20 % P9).
11 Barrieremittel (Arbeitspaket 6)
Inhalte von AP6 In AP6 sollte ein Ranking der Barrieremittel erfolgen, um in den kommenden Arbeitspaketen eine Auswahl optimaler Mittel treffen zu können. Basis dafür sollten neben der Barrierewirkung weitere Eigenschaften, wie z. B. Verarbei-tungseigenschaften, sein. Daneben sollte versucht werden, die Barrierewirkung mit molekularen Eigenschaften zu korrelieren.
Beschichtungs-versuche Zunächst wurden von den in AP1 festgelegten 11 Barrieremitteln beschichtete Muster mit zwei unterschiedlichen Auftragsgewichten im Labor hergestellt. Als Substrat wurde das in AP1 festgelegte Standardpapier verwendet. Die Trock-nungsbedingungen wurden entsprechend den Empfehlungen der Hersteller oder nach entsprechenden Vorversuchen gewählt.
Anschließend erfolgte eine Prüfung auf vorhandene Fehlstellen und Löcher in den Beschichtungen mit Hilfe einer Farbstofflösung (Methylviolett in 1-Octanol).
Die Prüfergebnisse waren die Basis für eine Vorauswahl der Beschichtungsmit-tel (siehe Tab. 11).
Die Ergebnisse korrelierten mit rasterelektronenmikroskopischen Untersuchun-gen an den Mustern. Muster mit schlechter Barriere zeigten in der Regel vermehrt Fehlstellen und Löcher.
Tab. 11: Ergebnisse der Prüfung beschichteter Muster auf Fehlstellen und Löcher mittels Farbstofflösung
Code Auftrag 1 (5 ± 1) g/m²
Auftrag 2
(15 ± 1) g/m² Auswahl
B1 leicht undicht dicht Ja
B2 leicht undicht dicht Ja
B3 dicht dicht Ja
B4 dicht dicht Ja
B5 stark undicht leicht undicht Ja
B6 Stark undicht undicht Nein
B7 stark undicht stark undicht Nein
B8 leicht undicht undicht Nein
B9 undicht leicht undicht Ja
B10 dicht dicht Ja
B11 sehr leicht
undicht dicht Ja
Ermittlung der Barrierewirkung mittels Tenax-Test
Die nach den ersten Beschichtungsversuchen ausgewählten Muster wurden mit Hilfe der in AP3 entwickelten Prüfmethode hinsichtlich ihrer Barrierewirkung geprüft. Untersucht wurden jeweils Muster mit einer Auftragsmenge von (15 ± 1) g/m² an B1 – B5 und B9 – B11. Die erhaltenen Ergebnisse wurden wie in AP3 bereits gezeigt graphisch dargestellt (siehe Abb. 14). Aus der Abbildung wird ersichtlich:
• B2, B3, B4, B10 und B11 besitzen gute bis mittlere Barriereeigenschaften.
• B1, B5 und B9 weisen nur mäßige Sperrwirkung auf.
Im Anschluss daran wurden ausgewählte Muster, d. h. insbesondere Muster mit guter bis mittlerer Barrierewirkung, hinsichtlich ihrer Rezyklierbarkeit und
Oberflächenspannung untersucht.
Abb. 14: Migration bei unterschiedlichen Barrierebeschichtungen auf Stan-dardpapier (jeweils 15 g/m²) im Vergleich (Migrationsbedingungen: 5 Tage Lagerzeit bei 60°C).
Ergebnisse der Rezyklierbarkeits prüfung
Die Prüfung der Rezyklierbarkeit erfolgte nach PTS Methode PTS-RH: 021/97 (siehe Kap. 5.1). Die Ergebnisse sind in Tab. 12 zusammengestellt. Das Standardpapier ohne Beschichtung wurde als Referenzmuster verwendet. Die Muster waren alle gut zerfaserbar. Partikel der Beschichtungen konnten mit dem Haindl-Fraktionator in Kombination mit ZM V/1.4/86 (Schlitzplatte mit einer Schlitzbreite von 0.15 mm) gut abgetrennt werden. Alle untersuchten Muster wurden als „rezyklierbar“ eingestuft.
Tab. 12: Ergebnisse der Rezyklierbarkeitsprüfungen an beschichteten Mustern (jeweils 15 g/m² auf Standardpapier).
Beschichtung Optische
Inhomogenitäten Blattklebetest Gesamtbe-wertung B2 Keine Flecken und
Schmutzpunkte Kein Anhaften Rezyklierbar B3 Keine Flecken und
Schmutzpunkte Kein Anhaften Rezyklierbar B4 Keine Flecken und
Schmutzpunkte Kein Anhaften Rezyklierbar B5 Keine Flecken und
Schmutzpunkte Kein Anhaften Rezyklierbar B9 Keine Flecken und
Schmutzpunkte Kein Anhaften Rezyklierbar B10 Keine Flecken und Kein Anhaften Rezyklierbar
Schmutzpunkte B11 Keine Flecken und
Schmutzpunkte Kein Anhaften Rezyklierbar Bestimmung der
Oberflächen-spannung
Die Prüfung erfolgte nach der PTS-Methode PTS-PP:103/85. Die Muster wiesen Oberflächenspannungen zwischen 35 mN/m und 55 mN/m auf. Ab 35 mN/m treten erfahrungsgemäß kaum mehr Benetzungsprobleme beim Kleben, Bedrucken und lackieren auf.
Tab. 13: Oberflächenspannungen der Beschichtungen (jeweils 15 g/m² auf Standardpapier) sowie deren polare und disperse Anteile.
Code σ(polar) σ(dispers) σ(Gesamt)
B2 24,37 26,07 50,45
B3 27,01 22,18 49,19
B4 25,52 25,56 51,08
B5 19,27 15,69 34,96
B9 20,06 14,71 34,78
B10 26,82 24,66 51,47
B11 27,51 15,88 43,39
Ranking der
Barrieremittel Da sich aus der Prüfung der Rezyklierbarkeit und der Oberflächenspannung keine wesentlichen Einschränkungen ergeben haben, ist das Gesamtranking der Beschichtungen identisch mit dem Ranking der Barrierewirkung (vgl. Abb.
14 mit Tab. 14).
Tab. 14: Ermitteltes Ranking der Barrieremittel
Platz 1 2 3 4 5 6 7 8
Beschichtung B2 B11 B3 B10 B4 B1 B5 B9
12 Pigmente (Arbeitspaket 7)
Vorgehen In diesem Arbeitspaket wurden die maßgeblichen Einflussgrößen der Pigmente systematisch untersucht. Dazu wurde die in AP1 vorgenommene Pigmentaus-wahl geringfügig eingeschränkt. Eingesetzt wurden P1, P2, P4 und P5 - P12.
Die Pigmente wurden jeweils in zwei verschiedenen Mengen ((20 ± 2)% und (40
± 3) %) zugesetzt, wobei die Einsatzmengen unterhalb der in AP1 abgeschätz-ten kritischen Pigmentvolumenkonzentration lagen.
Als Barrieremittel für die Versuchsreihen wurde B10 (Hydroxyethylcellulose) ausgewählt. Die Gründe für die Auswahl waren:
• Mittlere Barrierewirkung, d.h. nach Zugabe von Pigmenten können Verbes-serungen in der Barrierewirkung (z.B. durch Tortuositätseffekte) noch gut detektiert werden.
• Vorversuche hatten ergeben, dass die Mischbarkeit mit allen Pigmenten von AP1 gegeben war.
• Das Barrieremittel wird auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt und wurde bislang im Gegensatz zu Polyvinylalkoholen, Ethylenvinylalkoholen und Acrylaten nur wenig untersucht.
Die Herstellung der Muster erfolgte auf dem in AP1 festgelegten Standardpa-pier. An den damit hergestellten Papiermustern mit einheitlichem Auftragsge-wicht (jeweils (15 ± 1) g/m²) wurden in AP5 die Barrierewirkung und Struktur mittels Rasterelektronenmikroskop untersucht.
Bestimmung der
Barrierewirkung Die Prüfung der Barrierewirkung erfolgte mit der in AP3 entwickelten Prüfme-thode. Abb. 15 zeigen exemplarisch die Ergebnisse bei 20 % Pigmentzusatz.
Abb. 15: Tenax-Migration bei Beschichtungen aus B10 mit einem Anteil von ((20 ± 2)% an verschiedenen Pigmenten; Beschichtungen auf Standardpapier (jeweils 15 g/m²); Migrationsbedingungen: 5 Tage Lagerzeit bei 60°C.
Untersuchungen zum Tortuositäts-effekt
Auf Basis der REM-Aufnahme von Abb. 16 wurde eine nähere Prüfung des Tortuositätseffekts und dessen theoretischer Größe durchgeführt. Für die Herstellung artefaktfreier Proben wurde wiederum die Technik des Ionen-strahlätzens angewendet. Die REM-Aufnahme wurde durch manuelles Aus-messen der Schichtdicke, der Partikellänge und –dicke ausgewertet. Es wurden
dafür der Abbildung 30 Dickenwerte und Werte von 150 Partikeln entnommen.
Für die Dicke ergab die Auswertung einen Wert von (8 ± 1) μm. Die mittlere Partikellänge betrug 1,48 μm, die mittlere Partikeldicke 0,26 μm. Der Formfaktor (Aspect Ratio) lag bei 5,7. Aus der Querschnittsfläche und der Summe der Pigmentflächen wurde der Volumenanteil des Pigments Vf berechnet. Es ergab sich ein Wert von 0,31. Mittels Gl. 1 (siehe Kap. 3) ergab sich für das Verhältnis von d´/d ein Wert von 1,9 (Faktor von ~ 2). Aus Abb. 15 ergeben sich je nach betrachteter Substanz Faktoren von 2-5, d. h. etwas größere aber in der glei-chen Größenordnung liegende Faktoren als in der durchgeführten Abschät-zung. In Anbetracht des relativ einfachen Modells dem Gl. 1 zugrunde liegt, sind die Abweichungen allein dadurch begründbar. Zusätzlich könnten auch noch sehr schwache Adsorptionseffekte wirksam sein.
Abb. 16: REM-Aufnahme vom Querschnitt eines beschichteten Muster bei 5000-facher Vergrößerung (80% B10 / 20 % P2 (Kaolin), 15 g/m² auf Standardpapier)
Schluss-folgerungen Aus Abb. 15 sowie den REM-Untersuchungen (vgl. AP5) wird ersichtlich bzw.
kann schlussgefolgert werden:
• Bei den Mustern mit Pigmentzusatz ergeben sich höhere Sperrwirkungen gegen die geprüften Substanzen.
• Zwischen den Pigmenten ergeben sich geringfügige Unterschiede, dabei dürfte vor allem die Pigmentform und die Pigmentverteilung eine Rolle spie-len. Die gemessenen Unterschiede waren jedoch zu gering, um brauchbare Korrelationen zu ermöglichen.
• Die Reduzierung der Migration gegenüber dem Referenzmuster ohne
Pigmentzusatz fällt sehr deutlich aus (Faktor 2-6). Sie ist tendenziell etwas größer ist als theoretisch durch Gl. 1 vorhergesagt. Die Unterschiede könn-ten allein auf den stark vereinfachenden Annahmen, die zur Ableitung von Gl. 1 verwendet wurden, beruhen. Sehr geringe Adsorptionseffekte können allerdings auch nicht ausgeschlossen werden.
• Die besten Ergebnisse konnten mit den Pigmenten P11 (Glimmer) sowie P2 (Kaolin) erzielt werden. Insbesondere mit Kaolinen konnten sehr gute Sperrwirkungen erzielt werden.
• Die Ausrichtung der Pigmente ist insbesondere von Kaolinen aus den REM-Aufnahmen gut ersichtlich.