DIN 6139-1-2011 Packaging - Oxygen scavengers for packaging applications - Part 1 Determination of capacity《包装 包装用氧气清除剂 第1部分 容量测定》.pdf

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1、Mai 2011DEUTSCHE NORM Normenausschuss Verpackungswesen (NAVp) im DINPreisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 55.040!$n“1755856www.din.deDDIN 6139-1Verpa

2、ckung Sauerstoffabsorber fr Verpackungsanwendungen Teil 1: Bestimmung der KapazittPackaging Oxygen scavengers for packaging applications Part 1: Determination of capacityEmballage Absorbeurs doxygne pour utilisations dans les emballages Partie 1: Dtermination de la capacitAlleinverkauf der Normen du

3、rch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 12 SeitenDIN 6139-1:2011-05 Inhalt Seite Vorwort . 3 Einleitung 4 1 Anwendungsbereich 5 2 Begriffe 5 3 Beschreibung des Verfahrens. 6 4 Gerte. 6 5 Probennahme 6 6 Durchfhrung 7 6.1 Allgemeines. 7 6.2 Messverfahren. 7 6.3 Probenaufbereitung

4、 8 6.4 Messfrequenz und Messdauer 9 6.5 Prftemperatur 9 6.6 Angabe der Ergebnisse 9 7 Prfbericht. 10 Anhang A (informativ) Gleichgewichtsfeuchten von gesttigten Salzlsungen mit Bodensatz . 11 Literaturhinweise . 12 2 DIN 6139-1:2011-05 Vorwort Diese Norm wurde vom Normenausschuss Verpackungswesen (N

5、AVp) im Arbeitsausschuss NA 115-02-06 AA Aktive Verpackungen/Sauerstoffabsorber“ erstellt. Der vorliegende Teil 1 dient der Charakterisierung der Kapazitt von Sauerstoffabsorbern. Der Teil 2 befindet sich in Erarbeitung und wird sich mit der Kinetik von sauerstoffabsorbierenden Systemen befassen. 3

6、DIN 6139-1:2011-05 Einleitung Bei der Bestimmung der Sauerstoffabsorption ist zu beachten, dass die Sauerstoffabsorption einiger sauerstoffabsorbierender Systeme beispielsweise durch Feuchtigkeit, Wrme oder UV-Strahlung aktiviert werden muss. Zustzlich ist zu beachten, dass bei aktiven Sauerstoffbar

7、rieren die Sauerstoffdurchlssigkeit ansteigt, wenn der Sauerstoffabsorber erschpft ist. 4 DIN 6139-1:2011-05 1 Anwendungsbereich Diese Norm gilt fr die Durchfhrung der Messung zur Bestimmung der Sauerstoffabsorptionskapazitt von Substanzen, Packstoffen, Packmitteln und Packhilfsmitteln, die dazu bes

8、timmt sind, Sauerstoff zu absorbieren. Sie umfasst aktive und aktivierbare Systeme. ANMERKUNG Diese Norm beschreibt nicht die Reduzierung der Sauerstoffpermeation durch den Einsatz von Sauerstoffabsorbern (Aktive Sauerstoffbarriere“). Diese kann nach DIN 53380-3 bestimmt werden. 2 Begriffe Fr die An

9、wendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach DIN 55405 und die folgenden Begriffe. 2.1 aktive Verpackung Packmittel und Packhilfsmittel, die dazu bestimmt sind, die Haltbarkeit eines verpackten Gutes zu verlngern oder dessen Zustand zu erhalten bzw. zu verbessern und derart beschaffen sind, das

10、s sie gezielt Bestandteile enthalten, die Stoffe an das verpackte Gut oder die das Gut umgebende Umwelt abgeben oder diesen entziehen knnen 2.2 Sauerstoffabsorber (en: oxygen scavenger) Material, welches Sauerstoff bindet 2.3 Material Rohstoff, Werkstoff, Halbzeug oder Hilfsstoff 2.4 sauerstoffabsor

11、bierende Packmittel Packmittel mit Sauerstoffabsorber(n) 2.5 sauerstoffabsorbierende Packhilfsmittel Packhilfsmittel mit Sauerstoffabsorber(n), z. B. Sachets, Etiketten 2.6 Absorptionskapazitt fr Sauerstoff Menge Sauerstoff, die von einer Menge Sauerstoffabsorber, sauerstoffabsorbierendem Packmittel

12、 oder sauerstoffabsorbierendem Packhilfsmittel gebunden werden kann ANMERKUNG Die theoretische Absorptionskapazitt fr Sauerstoff kann bei bekanntem Reaktionsmechanismus stchiometrisch berechnet werden. Die Absorptionskapazitt fr Sauerstoff kann fr verschiedene Reaktionsbedingungen unterschiedlich se

13、in. Sie sollte daher messtechnisch bestimmt werden. 2.7 Anfangssauerstoffpartialdruck Partialdruck des Sauerstoffs, der sich zu Beginn eines Zeitraumes oder Prozesses, z. B. Schutzbegasung, in einem freien Kopfraumvolumen befindet ANMERKUNG Angabe fr Anfangssauerstoffpartialdruck blicherweise in mba

14、r. 2.8 Restsauerstoffpartialdruck Partialdruck des Sauerstoffs, der sich nach einem festgesetzten Zeitraum oder Prozess in einem freien Kopfraumvolumen befindet ANMERKUNG Angabe fr Restsauerstoffpartialdruck blicherweise in mbar. 5 DIN 6139-1:2011-05 2.9 Kopfraumvolumen (en: head space) Differenz zw

15、ischen Behltnisvolumen und Fllvolumen ANMERKUNG Angabe fr Kopfraumvolumen blicherweise in cm3. 2.10 Aktivierungsmechanismus (en: trigger mechanism) chemischer und/oder physikalischer Prozess, durch den die sauerstoffabsorbierende Funktion des Sauerstoffabsorbers gestartet wird ANMERKUNG Sauerstoffab

16、sorber knnen beispielsweise durch Feuchtigkeit, die z. B. vom verpackten Produkt abgegeben wird, UV-Strahlung oder Wrme aktiviert werden. Einige Systeme werden im aktivierten Zustand vertrieben. 2.11 Messzyklus Periode zwischen Anfangssauerstoffpartialdruck und Restsauerstoffpartialdruck 3 Beschreib

17、ung des Verfahrens Bei der Bestimmung der Sauerstoffabsorptionskapazitt von Sauerstoffabsorbern wird ein Sauerstoffabsorber in ein verschliebares Gef (z. B. Messzelle) mit einem bekannten Kopfraumvolumen und einem bekannten Anfangssauerstoffpartialdruck gelagert. Der Sauerstoffpartialdruck wird in d

18、efinierten Zeitintervallen gemessen. Aus der Differenz aus Anfangssauerstoffpartialdruck und Restsauerstoffpartialdruck wird die Kapazitt des Sauerstoffabsorbers berechnet. 4 Gerte Als Messzellen werden inerte, gasdicht verschliebare Gefe verwendet, in denen ein definierter Anfangssauerstoffpartiald

19、ruck eingestellt wird (ein Beispiel fr den Aufbau einer Messzelle wird in Bild 1 dargestellt). Der Sauerstoffpartialdruck in den Messzellen wird mit einem Gaschromatographen, einem optischen Messverfahren oder einem anderen geeigneten Messverfahren bestimmt. Bevorzugt werden zerstrungsfreie Messsyst

20、eme. ANMERKUNG Bei Verwendung eines Druckmessers wird eine Korrektur hinsichtlich Temperatur und Wasserdampf empfohlen. Die Messgenauigkeit des Sauerstoffmessgertes/Detektors betrgt mindestens 5 % vom Anfangssauerstoffpartialdruck. Fr die Messung des Sauerstoffpartialdruckes innerhalb eines Zyklus d

21、arf in Summe maximal 1 % des Kopfraumvolumens entnommen werden. Dadurch soll der durch die Messung des Sauerstoffpartialdrucks auftretende systematische Fehler begrenzt werden. Bewhrt hat sich fr kommerziell erhltliche Sauerstoffabsorptionssysteme eine inerte Messzelle aus Edelstahl/Glas mit einem G

22、esamtvolumen von 100 cm3bis 1 500 cm3und einem Anfangssauerstoff-partialdruck von etwa 210 mbar (entspricht einer Anfangssauerstoffkonzentration von etwa 21 % bei im Verpackungsbereich blichen Standardbedingungen (23 C und 1 013 mbar). 5 Probennahme Die zu untersuchende Probe ist durch Probennahme u

23、nd Probenteilung so vorzubereiten, dass eine reprsentative Probe zur Untersuchung der Sauerstoffabsorber gewonnen wird. Bei der Probennahme ist darauf zu achten, dass die zu untersuchenden Sauerstoffabsorber nicht oder in vernachlssigbarem Umfang vorzeitig mit Sauerstoff reagieren. 6 DIN 6139-1:2011

24、-05 6 Durchfhrung 6.1 Allgemeines Es muss mindestens eine Doppelbestimmung durchgefhrt werden, bei signifikanten Abweichungen sind weitere Bestimmungen und/oder Blindproben zu empfehlen. 6.2 Messverfahren Je nach Anwendungsfall mssen die Messzellen unterschiedlich konfiguriert werden (Wasser, Licht,

25、 Wrme oder UV-Strahlung). In Abhngigkeit der Empfindlichkeit und des Wirkmechanismus des zu untersuchenden Systems mssen bestimmte Konditionierungszustnde der Prfatmosphre dokumentiert und eingehalten werden. Sauerstoffabsorber, die Feuchtigkeit fr die Reaktion bentigen (Verfahren A), sind bei einer

26、 relativen Luftfeuchte von 90 % (gesttigt) zu messen. Diese wird standardmig mittels Einbringen von demineralisiertem Wasser in eine geeignete Messzelle realisiert. Sollten neben dieser Standardmessbedingung weitere spezifische Luftfeuchtigkeiten bentigt werden, knnen diese z. B. mittels gesttigten

27、Salzlsungen mit Bodensatz eingestellt werden. Beispiele fr Gleichgewichtsfeuchten von Salzlsungen mit Bodensatz befinden sich im Anhang A. Bei Sauerstoffabsorbern, die nur in Kontakt mit Wasser reagieren (Verfahren B), werden die Proben in einer geeigneten Messzelle in demineralisiertes Wasser geleg

28、t. Sollen weitere spezifische Bedingungen, wie pH-Werte usw. bercksichtigt werden, sind auch diese Messbedingungen in das Prfprotokoll mit aufzunehmen. Fr Verfahren A und B gilt: Der Sauerstoffgehalt des eingebrachten demineralisierten Wassers kann bei einem Anfangssauerstoffpartialdruck von etwa 21

29、0 mbar oder mehr in der Messzelle vernachlssigt werden. Bei einem Anfangssauerstoffpartialdruck von weniger als 105 mbar in der Messzelle ist der Sauerstoff aus dem demineralisiertem Wasser zu entfernen, beispielsweise durch Splen mit Stickstoff unter sauerstofffreien Bedingungen. Bei nochmaligem Sp

30、len der Zellen ist dieser Vorgang nicht wieder zu bercksichtigen. Zum Schutz gegen mikrobielles Wachstum kann das Wasser mit einer geeigneten, antimikrobiellen Substanz versetzt werden, die das Kapazitts-Messergebnis nicht beeinflusst. Bewhrt hat sich eine Silbernitratlsung (0,2 mmol/l). Im Falle fe

31、uchtigkeitsempfindlicher Systeme (Verfahren C) wird die Messung der Kapazitt in einer Probenatmosphre aus trockener Luft (relative Feuchte kleiner 10 %) in einer geeigneten Messzelle durchgefhrt. Die relative Feuchte der trockenen Luft ist im Prfprotokoll aufzunehmen. 7 DIN 6139-1:2011-05 Mae in Mil

32、limeter Legende 1 Zellenkrper 2 Glasdeckel 3 Ventile 4 Sensor fr optische Messung des Sauerstoffpartialdrucks Grenzabma 1,00 mm Bild 1 Beispiel fr den Aufbau einer Messzelle Die einzubringende Wassermenge ist dabei so zu bemessen, dass ber den gesamten Prfzeitraum die geforderte relative Luftfeuchti

33、gkeit gewhrleistet ist. Dabei kann das Wasser beispielsweise direkt in die Messzelle eingebracht werden (bei Glasmesszellen), bei Verwendung in Edelstahlmesszellen, sind zur Vermeidung von Korrosionserscheinungen geeignete Gefe (z. B. Petrischalen mit Glasperlen) einzustellen, in die das Wasserreser

34、voir eingebracht wird. Fr Verfahren A ist sicherzustellen, dass das Wasserreservoir so eingebracht wird, dass Probe und Wasserreservoir keinen direkten Kontakt haben. Fr Verfahren B ist zu bercksichtigen, dass die Probe vollstndig benetzt sein muss. Zum Beschweren der Probe knnen z. B. Glasperlen ve

35、rwendet werden. In der Praxis hat sich ein Verhltnis fr Verfahren A von etwa 1:10 (Wasservolumen:Kopfraumvolumen) bewhrt. 6.3 Probenaufbereitung Die Probemenge ist fr den Startzyklus so zu whlen, dass der Sauerstoffpartialdruck im Kopfraum eine Reduzierung um mindestens 50 % aufweist, d. h. beispiel

36、sweise von 210 mbar auf 105 mbar (entspricht 21 % und 10,5 % Sauerstoff bei Umgebungsdruck). Um eine schnellere Analyse zu ermglichen, knnen die Sauerstoffabsorber vor der Analyse in einer Inertgasatmosphre zerkleinert werden, um die Reaktionsflche der Probe zu erhhen. Die Proben, die aktiviert werd

37、en mssen, werden unter Bercksichtigung der Reaktionskinetik vor Start der Messung aktiviert. Es ist ebenso mglich, dass durch die Konditionierung der Messzelle eine Aktivierung der Probe stattfindet. Die Aktivierungsbedingungen sind im Prfbericht anzugeben. 8 DIN 6139-1:2011-05 6.4 Messfrequenz und

38、Messdauer Sobald der Sauerstoffpartialdruck auf mindestens die Hlfte des Anfangspartialdruckes gefallen ist, wird in der Zelle wieder der Anfangspartialdruck eingestellt, z. B. durch Belften mit Umgebungsluft (entspricht etwa 210 mbar Sauerstoffpartialdruck) oder durch Splen mit einem Gas mit bekann

39、tem Sauerstoffpartialdruck. Die Messung wird so lange fortgesetzt, bis der Sauerstoffpartialdruck in der Zelle bei drei Messungen in einem Messzyklus in geeignetem zeitlichen Abstand innerhalb der Messtoleranz konstant bleibt. Die Messung kann vorzeitig abgebrochen werden. Die Messdauer und die Anza

40、hl der Messzyklen mssen im Prfbericht angegeben werden. Die Messfrequenz ist abhngig von der Reaktionsgeschwindigkeit des zu untersuchenden Systems. Sie kann individuell gewhlt werden. 6.5 Prftemperatur Die Sauerstoffabsorber sind bei einer Temperatur von (23 3) C zu prfen. Bei abweichenden Prftempe

41、raturen sind diese zu vereinbaren und im Prfbericht als von der Norm abweichende Bedingung anzugeben. 6.6 Angabe der Ergebnisse Die Kapazitt x fr die Sauerstoffabsorption berechnet sich aus der Summe der Differenzen der Sauerstoffpartialdrcke im Kopfraum der Messzellen zu Beginn p0und den Sauerstoff

42、partialdrcken zum Zeitpunkt t bei Ende des jeweiligen Messzyklus pt, dem Kopfraumvolumen der Messzelle V und der Masse des eingelagerten Sauerstoffabsorbers mmbarVppxantnn10131)(10=(1) bei im Verpackungsbereich blichen Standardbedingungen (23 C und 1 013 mbar). Dabei ist np0der Sauerstoffpartialdruc

43、k im Kopfraum der Messzelle zu Beginn eines Messzyklus, in mbar; ntp der Sauerstoffpartialdruck im Kopfraum der Messzelle zum Zeitpunkt t bei Ende eines Messzyklus, in mbar; a die Anzahl der Messzyklen; m die Masse des eingelagerten Sauerstoffabsorbers, in g; V das Kopfraumvolumen der Messzelle, in

44、cm3; x die Kapazitt fr die Sauerstoffabsorption, in cm3O2/ gAbsorber.9 DIN 6139-1:2011-05 7 Prfbericht Der Prfbericht muss folgende Angaben enthalten: a) Verweisung auf diese Norm; b) Probenbezeichnung und Datum der Prfung; c) Sauerstoffabsorptionskapazitt, in cm3O2/ g Absorber; d) Messverfahren; e)

45、 Aktivierungsbedingungen der Proben; f) Temperatur; g) Relative Feuchte der Luft in der Messzelle zu Beginn der Messung; h) Konfiguration der Messzelle (eingesetzte Probenmenge, Volumen der Messzelle, Kopfraumvolumen, ggf. Volumen des eingebrachten Wassers und Anfangssauerstoffpartialdruck) und eing

46、esetzte Messgerte (Detektor, Genauigkeit, Wiederholbarkeit); i) Messfrequenz, Messdauer und Anzahl der Messzyklen; j) Vorbereitung der Proben, z. B. ob die Proben zerkleinert wurden und in welcher Atmosphre die Zerkleinerung stattfand; k) Datum Probeneingang; l) Probenzustand bei Anlieferung, Proben

47、historie, Probenlagerung, Zeitdifferenz zwischen Probenaktivierung und Einlagerung in der Messzelle; m) Prfer. 10 DIN 6139-1:2011-05 Anhang A (informativ) Gleichgewichtsfeuchten von gesttigten Salzlsungen mit Bodensatz Tabelle A.1 Gleichgewichtsfeuchten von gesttigten Salzlsungen mit Bodensatz Name

48、Summenformel Gleichgewichtsfeuchte bei 23 C % Kaliumhydroxid KOH 9 Natriumhydroxi NaOH Lithiumchlorid LiCl 11 Lithiumiodid LiI 18 Kaliumacetat H3CCOOK 23 Magnesiumchlorid MgCl233 Natriumiodid NaI 39 Kaliumcarbonat K2CO343 Magnesiumnitrat Mg(NO3)254 Natriumbromid NaBr 58 Kaliumiodi KI 69 Natriumnitra

49、t NaNO375 Natriumchlorid NaCl Ammoniumchlorid NH4Cl 79 Kaliumbromid KBr 81 Ammoniumsulfat (NH4)2SO481 Kaliumchlorid KCl 85 Kaliumnitrat KNO394 Kaliumsulf K2SO497 ANMERKUNG Werte interpoliert aus den Gleichgewichtsfeuchten der Fachliteratur (siehe beispielsweise 1) bei 20 C und 25 C. 11 DIN 6139-1:2011-05 12 Literaturhinweise DIN 53380-1, Prfung von Kunststoffen Bestimmung der Gasdurchlssigkeit T