Täglich haben Mitarbeiter aus Einkauf und Vertrieb, QS, Produktion, Entwicklung und Verpackugnstechnik mit ihr zu tun, der Spezifikation! Aber was ist eine Spezifikation genau? Wodurch unterscheidet sie sich von Datenblättern und was ist eigentlich ihre Daseinsberechtigung?
Eine Spezifikation beschreibt formalisiert ein Produkt, ein System oder eine Dienstleistung. Sie dient zur Absicherung kaufmännischer oder juristischer Belange und definiert und quantifiziert dazu Merkmale (Tolerenzwerte), um bei Übergabe das Werk oder die Dienstleistung zu prüfen. Die Spezifikation enthält in der Regel für jede spezifizierte Eigenschaft eine präzise Referenz zu der anzuwendenden Prüfmethode für das jeweilige Merkmal. Bei Einhaltung der geforderten Spezifikationsmerkmale kann dann die Bezahlung gefordert werden.
Kurz zusammengefasst: Eine Spezifikation dient der Vereinfachung der kaufmännischen und produktionstechnischen Abläufe. Sie schafft Klarheit und Sicherheit, da sie sowohl den Kundenforderungen als auch denen des Gesetzgebers entspricht und bestimmte Standards erfüllt. Sie ermöglicht eine effiziente Kommunikation. Somit generiert sie Sicherheit und beugt vielen Risiken und Fehlern vor. Außerdem dokumentiert sie die Sorgfaltspflicht und stellt einen Eignungsnachweis dar.
Die Lieferwolke: Alle müssen spezifizieren, was geliefert wird – in jeder Stufe!!!
In diesem Semiar lernen die Teilnehmer auf Basis der ausgereiften Innoform Folien-Spezifikationsvorlage, selbst Spezifikationen zuverlässig und lückenlos zu erstellen. Ein wesentlicher Bestandteil der Seminarunterlagen sind Listen der üblichen Prüfungen mit Erklärungen sowie die Spezifikationsvorlage für Folien und Beutel, die im Detail besprochen werden.
Die Teilnehmer erlernen Spezialwissen zu praxisrelevanten Prüfungen an Folienverpackungen. Mit ein wenig Statistik wird das Programm abgerundet. Spezielle Fragestellungen können gerne von den Teilnehmern eingebracht werden. Am zweiten Tag diskutieren wir Praxisbeispiele, die helfen das Erlernte für Ihr Unternehmen zur Kosten- und Fehlersenkung einzusetzen.
Die nächste Veranstaltung findet statt am 3./4. Dezember 2019 im Steigenberger Hotel Remarque in Osnabrück.
Bereits das zweite Mal wird Frau Dr. Amberg Schwab auf der Barriereverbundfolien-Tagung in Würzburg referieren. Sie ist als Wissenschaftlerin am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) in Würzburg tätig. Das Fraunhofer Institut für Silicatforschung entwickelt als Materialforschungsinstitut innovative nichtmetallische Werkstoffe. Frau Dr. Amberg-Schwab widmet sich besonders der Entwicklung neuer Beschichtungsmaterialien, vor allem im Bereich der Funktionsbeschichtungen auf der Basis anorganisch-organischer Hybridpolymere (ORMOCER®e).
Welchen Nutzen stiften Sie mit Ihren Entwicklungen und Produkten im Hinblick auf Barriereverpackungen und Ihren Vortrag?
Frau Amberg-Schwab betont den Nutzen der ISC eigenen Entwicklungen und Produkte in Hinblick auf Barriereverpackungen vor allem in individuell konzipierten Barrieresystemen, die zusätzlich mit weiteren Funktionen, wie z.B. antimikrobieller Ausrüstung versehen werden können. So bietet das Fraunhofer ISC Barrierematerialien für Lebensmittel, Pharma, Kosmet als auch Hoch- und Ultrabarrierematerialien. Die neueste Entwicklung sind sogenannte bioORMOCER®e, die sowohl biobasiert als auch bioabbaubar sind.
Zwei Trends sieht das Fraunofer ISC zur Zeit als besonders vielversprechend und zukunftsweisend an:
Erstens sind es die bioabbaubaren Kunststoffe. So kann mit dem neuartigen bioORMOCER®en der steigenden Nachfrage nach bioabbaubaren Kunststoffen entgegen gekommen und der Industrie bioabbaubares Beschichtungsmaterial zur Verfügung gestellt werden, das vilefältige Chancen für neue innovative Verpackungslösungen bietet.
Zweitens treibt das ISC mit seinen Hoch- und Ultrabarrierekonzepten Innovationen im Bereich oLED und oPV voran.
In dieser Ausgabe nähern wir uns dem scheinbar einfachen Zugversuch und seiner Aussagekraft für den Praktiker. Kernaussage ist: „Legen Sie weniger Wert auf alte Bekannte aus dem Zugversuch wie Zugfestigkeit und Reißdehnung und mehr Wert auf den Startpunkt des Zugversuches im Messbereich des s.g. Sekantenmoduls bei 1 bis 2 % Dehnung. Genau dieser Bereich ist es, der in der Praxis häufig über gute oder weniger gute Laufeigenschaften oder sogar eine grundsätzliche Eignung eines Materials entscheidet. Trennen Sie sich von Prüfwerten, die für ihren Anwendungsfall keine Relevanz haben, wie in vielen Fällen die Zugfestigkeit oder Reißdehnung. Diese belasten nicht nur die Speichermedien Ihrer Serverinfrastruktur sondern auch Denkkapazität ihr Mitarbeiter. (Das fällt besonders dann schwer, wenn die Werte doch ohnehin anfallen – aber dadurch eben trotzdem nicht relevanter werden.)
1 Festigkeiten mit dem Zugversuch bewerten – wie geht das?!
Nun geht es ans Eingemachte: Zugversuch nach DIN EN ISO 527 / ASTM D 882.
Wer hat die Norm eigentlich wirklich schon einmal richtig gelesen und wer hat sie dann noch verstanden und hat sich mit der Auswahl der richtigen Kenngrößen für seine Anwendung beschäftigt und wer kann diese dann auch reproduzierbar prüfen?
Viele Fragen, die aber von großer Bedeutung in der Folien-Verpackungsindustrie sind.
Denn: Der Zugversuch liefert uns Messwerte über das Verhalten eines Materials unter
quasistatischer ,
einachsiger (daher ist eine Prüfung längs und mindestens zusätzlich quer notwendig),
stetig steigender Zugbeanspruchung.
Genau die Zugbeanspruchung ist es, die hier geprüft wird. Und eben die Zugbeanspruchung ist es auch, die man damit bewerten, vergleichen und spezifizieren kann. In der Praxis sind Werte aus dem Zugversuch in fast allen Spezifikationen enthalten, weil sich die Vermutung aufdrängt, dass man daraus alle relevanten Eigenschaften wie:
Robustheit
Laufeigenschaften
Sprödigkeit,
Siegelverhalten etc.
ableiten könnte. Aber dieser Anspruch ist leider häufig überhöht und kann sogar in eine völlig falsche Richtung lenken bzw. scheinbare Sicherheit vorgaukeln, die der Zugversuch als alleinige Prüfmethode einfach nicht bieten kann.
Der Zugversuch gibt z.B. keine oder nur sehr begrenzte Rückschlüsse über Verhalten wie:
Schockbeanspruchung
Widerstand gegen Einreißen und Durchreißen
Langzeitbeanspruchung (Creep)
1.1 Relevante Normen
Die Normen, die in Europa und der Welt für Folien (Verpackungen) relevant sind, lauten heute: DIN EN ISO 527 Teil 1-3 (Ersatz für DIN 53455 in D)
Teil 1: Allgemeine Grundsätze (Begriffsdefinitionen)
Teil 2: Prüfbedingungen für Form- und Extrusionsmassen (Spritzguss etc.)
Teil 3: Prüfbedingungen für Folien und Tafeln
Teil 3/ Berichtigungen: betrifft Probekörperabmessungen
Die Teile 1 und 3 sind hier besonders relevant.
Für den Sekantenmodul, auf den später noch eingegangen wird, nutzen wir auch in Europa die amerikanische Norm:
ASTM D 882
Für Folien besonders interessant: Secant- Modulus
Bezüglich der Messung der Foliendicke sind folgende Normen zu berücksichtigen:
ISO 4593 bzw. DIN 53370
Kunststoffe – Normalklimate für Konditionierung und Prüfung
Es gibt mindestens 20 weitere Normen, die im weitesten Sinne mit dem Zugversuch zu tun haben, die aber entweder ungeeignet oder unüblich sind. Auch passiert es in der Praxis gelegentlich, dass eine veraltete Norm zu Rate gezogen wird.
1.2 Die Prüfung an sich
Wir wollen an dieser Stelle nicht zu sehr auf die Durchführung eingehen, sondern auf einige typische Fehler aus der Praxis hinweisen.
1.2.1 Der Probekörper
Wie werden Folienstreifen eigentlich nach Norm hergestellt? Im Innoform Testservice in Oldenburg werden die Probekörper durch Schneiden oder Stanzen hergestellt. Das hört sich leichter an als es ist – insbesondere, wenn man sich die unterschiedlichen Eigenschaften weicher Polyethylenfolien, steifer Polyesterfolien, zäher Polyamidfolien und empfindlicher Aluminiumfolien einmal vor Augen führt. Individuell unterschiedliche Messer und angepasste Verfahren sind nötig, um die Normvorgaben zu erfüllen und über längere Zeiträume reproduzierbare Ergebnisse liefern zu können. Hier nur mal ein kleiner Auszug aus der Norm DIN EN Iso 527:
Empfehlung: Probekörper Typ 2, d.h. 15 ± 0,1 mm Breite
Das hört sich leichter an, als es ist, denn nur 0,1 mm Toleranz gesteht uns die Norm für die Breite des Probekörpers zu.
Weiterhin heißt es in der Norm:
„5 Probestreifen längs und quer zur Bahn ausschneiden, […] Probekörper mit Fehlern an den Schnittkanten verwerfen“
Werden wirklich immer alle Probenstreifen begutachtet und werden immer längs 5 und dann noch quer ebenfalls 5 Proben gemessen und daraus das Ergebnis berechnet? Wenn es normgerecht sein soll, muss das so sein.
1.3 Einspannlänge
Ähnlich sieht es bei der Einspannlänge (im Laborjargon auch „Probenlänge“), also bei der Bezugslänge zur Berechnung der Dehnung, aus:
Üblich für gereckte Folien und Verbundfolien (etB (Bruchdehnung) < 100 %)
L0= (Ausgangs-)Messlänge (bei Traversenmessung= „freie Einspannlänge (entspricht z.B. bei
Zwick- Prüfgeräten der parallelen Probenlänge)
L0= 100 ± 0,5 mm
Üblich für Polyolefinfolien, ungereckt (etB (Bruchdehnung) > 100 %) L0 (Einspannlänge zu Beginn der Prüfung) = 50 *** ± 0,5 mm (***lt. DIN EN ISO 527 T3 Pkt. 6.1.1 erlaubt für Folien mit hoher Dehnung, entspricht auch ASTM D 882)
Auch bei der Einspannlänge muss Wert auf Genauigkeit gelegt werden. Noch entscheidender ist, dass beim Ergebnis gekennzeichnet wird, mit welcher Probenlänge geprüft wurde. Andernfalls ist eine Vergleichbarkeit wieder nur bedingt oder gar nicht gegeben.
1.4 Prüfgeschwindigkeit
Gleiches gilt für die Prüfgeschwindigkeit. Auch hier lässt die Norm, entsprechend der Vielzahl der unterschiedlichen Kunststoffe mit verschiedenen Eigenschaften, ein breites Band an Möglichkeiten zu. Üblich in der Praxis der Folienprüfung und unbedingt im Prüfprotokoll oder Bericht anzugeben sind:
Sekantenmodul (z.B. 2% oder 1 %):
Einspannlänge: l0=100 mm:
Prüfgeschwindigkeit Vprüf= 10 ± 1 mm/min (ASTM D 882)
Einspannlänge l0=50 mm: Prüfgeschwindigkeit
Prüfgeschwindigkeit Vprüf= 5 ± 1 mm/min (ASTM D 882)
Zugfestigkeit/Dehnung bei Bruch:
gereckte Folien und Verbundfolien (etB < 100%):
Prüfgeschwindigkeit Vprüf= 100 ± 10 mm/ min
Polyolefinfolien, ungereckt (etB > 100%)
Prüfgeschwindigkeit Vprüf= 500 ± 50 mm/ min (entspricht auch ASTM D 882)
1.5 Spannbacken
Das Thema Probeneinspannung/Spannbacken allein könnte einen ganzen Artikel füllen. Hier nur so viel: Es werden üblicherweise glatte (planparallele) Backen eingesetzt oder konvexe gegen plane Backen gespannt. Diese Abbildung hier zeigt, wo der Haltepunkt in etwa bei konvex / planen Backen liegt.
Abbildung 1: Konvex / plane Backenpaare – Kreidestrich zeigt Haltepunkt des Probenstreifens
2 Auswertung des Zugversuchs – einige Hinweise für Praktiker
Ein bisschen Kunststoffphysik muss sein, Genaueres findet sich hinreichend in der Fachliteratur. Aufmerksam machen möchte ich hier auf den vorderen Bereich des Spannungs/-Dehnungsdiagramms.
Abbildung 2: Die ersten drei Phasen der Verformung beim Zugversuch an Kunststofffolien.
In fast allen Folienverpackungsanwendungen spielen der linear-elastische sowie der linear-viskoelastische Bereich eine Rolle. Genau in diesen leichten Verformungsbereichen (1 – 2 % z.B.) werden Folien belastet. Zum Beispiel verformt eine Druckmaschine über die Bahnspannung eine PP-Folie weniger als 1 %, gereckte Folien sogar noch weniger (<0,05%).
Auch Abpackmaschinen üben nicht wesentlich größere Kräfte auf Folien aus. Zum Beispiel wird eine Deckelfolie für die Versiegelung einer Schalenverpackung für Käseprodukte nie mehr als 1 % in die Länge gezogen, damit der Rapport zum Schalenformat passend gemacht werden kann.
Das sind nur zwei Gründe, warum es sich lohnt, gerade den unteren Dehnungsbereich beim Zugversuch anzusehen. Man bestimmt hiermit die Zugsteifigkeit eines Materials, die mit dem s.g. 1 % oder 2 % Sekantenmodul beschrieben wird.
Das Tolle daran: Wenn man solch eine Prüfung beherrscht und ohnehin die Zugfestigkeit etc. durch einen Zugversuch bestimmen möchte, können diese Werte (Sekantenmodul, Bruchdehnung)mit ausgewertet werden. Es ist keine zusätzliche Prüfung nötig.
2.1 Der Sekantenmodul – wie er bestimmt wird
Im vorherigen Abschnitt habe ich schon erwähnt, warum gerade die unteren Verformungsbereiche für Folienverpackungen, insbesondere aus weichen ungereckten Folien, relevant und interessant sind. Nun hier noch einige wenige Hinweise zur Prüfung selbst.
Woher kommt eigentlich der Name Sekantenmodul? Nun, eine Sekante ist eine Gerade, die einen Kreis(bogen) in zwei Punkten schneidet. Und genau das tun wir bei der Auswertung. Wir legen eine Sekante durch den 0-Punkt (in Spezialfällen beginnt diese auch etwas später) des Spannungsdehnungsdiagramms und schneiden den leicht gebogenen Kraftkurvenverlauf bei z.B. 2% Dehnung des Materials. Die Auswertung ist dann denkbar einfach, wie die folgende Skizze nebst Rechnung zeigt. Das Sekantenmodul entspricht somit der Steigung der Sekante, d.h. je höher das Sekantenmodul ist, desto “steiler” verläuft der Kraftverlauf und somit die Gerade.
Abbildung 3: Der Prüfbereich des Sekanten-Moduls
Abbildung 4: Skizze zur Auswertung des Sekanten-Moduls
Folgendes hat sich in der Folienindustrie bewährt
(ASTM D 882)
e1= 0 % Dehnung
e2= z.B. 2 % Dehnung (z.T. auch 1 %) => in jedem Fall unterhalb der Streckgrenze (= erstes relatives Zugspannungsmaximum)!
Desto höher e2 gewählt wird, desto niedriger wird derZahlenwert des Sekanten-Moduls, da die Steifigkeit mit zunehmender Dehnung des Materiales abnimmt
3 Typische Werte aus unserem Prüflabor
Abschließend möchte ich Ihnen noch ausgewählte Diagramme mit an die Hand geben, die einige typische Werte von unterschiedlich steifen und festen Folien zeigen. Diese habe ich unverändert einer unserer Seminarmappen entnommen, die in vielen unserer Kurse verwendet werden, um mehr Klarheit über die Bedeutung des Zugversuches zu bekommen.
Abbildung 5: typische Werte aus dem Zugversuch (Maximalkraft)
Die ersten beiden Säulenpaare zeigen Verbundfolien, wie sie häufig verwendet werden (PA-BO/PE bzw. PET-BO/PE. Beide mit Prüfgeschwindigkeit 100 mm/min, sodass sie geringe Reißdehnungen haben. Es folgen Säulenpaare von Standard-PE Folien mit unterschiedlichen Prüfgeschwindigkeiten (V=100 bzw v=500 mm/min). Hier sieht man deutlich, wie mit höherer Geschwindigkeit die Maximalkraft sinkt.
Die letzte Säule zeigt im Vergleich noch einmal den Einfluss der Prüfbacken.
Mit dem folgenden Diagramm wird deutlich, dass man die Zugsteifigkeit prima mit dem 2 % Sekantenmodul zeigen kann: Die wesentlich festeren (steiferen) Verbundfolien haben deutlich höhere Werte hinsichtlich Zugfestigkeit und Sekantenmodul. Auch die geringere Zugsteifigkeit des PA-BO/PE-Materials im Vergleich zum PET-BO/PE-Material lässt sich eindeutig über das vergleichsweise geringere Sekantenmodul nachweisen.
Abbildung 6: Der 2 % Sekanten-Modul an typischen Folien
Es gäbe noch so viel zu sagen – aber das würde den Rahmen sprengen. Ich möchte mit diesem kurzen Beitrag erneut auf die Wichtigkeit von fachgerechten, zwischen den Geschäftspartnern abgestimmten und durchdachten Spezifikationen hinweisen und darf Ihnen schon den 4. Teil mit dem Themenschwerpunkt: „Durch- und Weiterreißeigenschaften“ ankündigen.
Fordern Sie unsere kostenlose Innoform Branchen-Folienspezifikationsvorlage formlos per E-Mail unter Coaching@innoform.de an.
Helmut Spaeter hat schon auf mehreren Innoform-Tagungen referiert. Er ist Spezialist für dreidimensionale Beschichtungen von spritzgegossenen Verpackungen und Verpackungsmaterialien. Seine favorisierte Verpackung ist die “Kaffeekapsel”, vielfältig einsetzbar. Auf der diesjährigen Tagung Barriere-Verbundfolien – Verbesserte Haltbarkeit von Lebensmittelnauf der Festung Marienberg in Würzburg am 23./24.September referiert Helmut Später über neue und weiter entwickelte Lösungen für Migrations- und Aromabarrieren. Er vertritt die Meinung, dass sich anorganische Schichten auf Behältern durchsetzen werden und gibt einen Ausblick nach ca. 40 Jahren Flexpack Barrierefolien. Ein weiterer Schwerpunkt seines Vortrags liegt auf typischen Verbesserungen durch anorganische Barrieren (Migration, Haltbarkeit von Füllgütern etc.)
Auf die Frage, welchen Nutzen er mit seinen Entwicklungen und Produkten in Hinblick auf Barriereverpackungen und seinen Vortrag stiftet, antwortet er entsprechend konsequent:
Chemisch inerte Barriereschichten geben hohe Produktsicherheit und Qualitätserhalt für Food – und Pharmaprodukte – da sie “neben der normalen Barriere”
gegen Gas- und Wasserdampfpermeation auch die Migration / Wechselwirkung aus Umwelt und Verpackung zum Produkt und aus dem Produkt verhindern!
Als besonderen Trend bei Barrierefolien und Behältern mit Barriereschicht gilt für ihn das Motto “Ressourceneffizienz”: die einzusetzenden Rohstoffe werden sicher knapper / teurer u n d jedes eingesparte Gramm Material hilft die Umweltbelastung zu reduzieren!!
Welchen Nutzen stiften Sie mit Ihren Entwicklungen und Produkten im Hinblick auf Barriereverpackungen und Ihren Vortrag?
Welchem Trend folgen Sie bei Barrierefolien aus Ihrem Umfeld zur Zeit besonders?
Hendrik Steen ist Leiter des Modulvertriebes Extrusionsanlagen bei Windmöller & Hölscher. Auf der Tagung wird er über Fortschritte bei der Co-Extrusionstechnik für Barrierefolien referieren. Neben der Erweiterung des Folienspektrums durch Auftrüstung bestehender Maschinensowie verbesserte Folienqualität und Qualitätskontrolle bilden Ausstoßerhöhungen durch neue Kühlringkonzepte sowie Energie- und Rohstoffeinsparungen weitere Schwerpunkte seines Vortrags.
Hier ist seine Antwort auf Frage 1:
Nicht immer ist eine Investition in eine neue Extrusionsanlage erforderlich, um Barriereverpackungen herstellen zu können. So können die Anforderungen durch Änderungen auch an bestehenden Extrusions-Anlagen durchgeführt werden. So kann eine Mono- oder 3-Schicht Blasfolienanlage, welche ursprünglich zur reinen Polyethylen-Produktion vorgesehen war, durch entsprechende Nachrüstungen auf 5 oder mehr Schichten zur Produktion von Barrierestrukturen hochgerüstet werden.
Zudem können durch entsprechende Modifikationen Leistungssteigerungen sowie Energieeinsparungen generiert werden. Denn neben der Möglichkeit Schichtdicken zu reduzieren („Downgauging“) sind dies entscheidende Faktoren zur Erhöhung der Produktivität bei gleichzeitig geringeren Produktionskosten, die insb. bei Barriereverpackungen eine wichtige Rolle einnehmen.
Was die Trends betrifft, so vertritt er mehrere Blickwinkel:
Sicherlich gibt es verschiedene Trends im Bereich der Barrierefolien.
Zu nennen wäre hier bspw. die Verwendung von immer mehr Folien-Schichten, so dass heute Extrusionswerkzeuge für bis zu 9 und mehr Schichten am Markt existieren. Dies ist auch dadurch begründet, dass Blas- als auch Gießfolien extrudierte Barriereverpackungen heutzutage stärker am Markt verbreitet sind, als dies noch vor einigen Jahren der Fall gewesen ist; Stichwort Substitution von bspw. Glas- oder Aluverpackungen.
Ein weiterer Trend ist in Richtung mehr Funktionalität, wie Beeinflussung der Eigenschaftsprofile, begründet. Zu nennen wären hier u.a. der steigende Bedarf an Convenience-Produkten, d.h. lange Haltbarkeit in kleinen Gebinden, auch für die wachsende Anzahl an Single-Haushalten.
Sicherlich ist auch der Kostendruck ein wesentlicher Aspekt. Denn neben den eigentlichen Rohstoffkosten sind auch die Produktionskosten, wie Energie-, Personal- und Maschinenkosten, nicht zu vernachlässigen.
Ein Trend geht hierbei sicherlich auch in Richtung Downgauging („Schichtdickenreduzierung“).
Seien Sie gespannt auf seinen Vortrag am 24. September in Würzburg!
Dieser Workshop ist einer der Bestseller unter den Innoform-Seminaren und ein MUSS für jeden Mitarbeiter, der mit Folien und Folienverpackungen sowie allen gängigen Zug-/Druckprüfmaschinen zu tun hat. Es wird das notwendige Hintergrundwissen für die Betrachtung von Spezifikationen und Datenblättern vermittelt, so dass die Teilnehmer auch ohne Prüfpraxis die Kennwerte der einzelnen Prüfungen besser verstehen.
Nach einem kurzen Überblick zur Normung in Deutschland und Beispielen nationaler und internationaler Normungsinstitutionen wird anhand einer Innoform-Prüfvorschrift gezeigt, wie eine Norm in werksinterne Prüfanweisungen umgesetzt werden kann.
Grundbegriffe der statistischen Auswertung wie Normalverteilung, Mittelwert, Standardabweichung und Cp und Cpk Wert und ihre Bedeutung für die Prüfpraxis werden besprochen.
Im praktischen Teil im Labor erfahren die Teilnehmer, wie die gängigen Folienprüfungen vorbereitet und durchgeführt werden:
Verbundhaftungsprüfung nach DIN 53 357v
COF-Messung nach DIN EN ISO 8295 früher DIN 53376
Siegelnahtprüfung
Zugprüfung nach DIN EN ISO 527 / ASTM D 882
Durch-/Weiterreißwiderstandsprüfung
Nach dem Kurs können die Teilnehmer mechanische Prüfungen sicher und selbstständig durchführen, Werte beurteilen und Proben normgerecht vorbereiten. Praktikern bietet dieser Workshop den Austausch von Erfahrungen.
Die efsa (European Food Safety Authority) veröffentlichte am 21. Janur 2015 unter: http://www.efsa.europa.eu/en/press/news/150121.htm eine Artikel indem beschreiben wird, dass bisherige Untersuchungsergebnisse von offizieller Stelle keine Gesundheitsrisiken für Menschen bestehen, wenn man die Aufnahme des Stoffes aus einer Kombination von üblichen Quellen zugrunde legt (Kosmetik, Staub, Nahrungsmittel…). Dennoch ist der aktualisierte Grenzwerte (TDI=tolerable daily intake) auf 4 µg/kg of bw/day (µg/Kg Körpergewicht/Tag) von 50 µg/kg of bw/day reduziert worden, um ausreichend Sicherheitsreserve bis zum Abschluss von Langzeitstudien zu gewährleisten.
Innoform bietet ab sofort vergünstigte Permeationsmessungen an. In Anlehnung an unser Inno-Ticket und Migra-Ticket, gibt es nun auch das Perma-Ticket. Dieses Gutscheinsystem funktioniert nach dem gleichen Schema: Sie kaufen 10 Permeationsmessungen im Voraus, sichern sich dadurch priorisierte Bearbeitung sowie Kostenvorteile und reduzieren Bürokratie auf ein Minimum. Details finden Sie hier.
Die ehemalige Innoform XING Gruppe „Sichere Folienverpackung“ hat nicht nur ihr Gesicht gewechselt. Auch inhaltlich will der Moderator Karsten Schröder eine Trendwende einläuten. Hinzu kommt die mobile Nutzung mittels Smart-Phone &Co.
Weniger Werbung und mehr Diskussion sollen ab jetzt das Ziel sein. Das ist der Wunsch vieler XING Nutzer und einiger Gesprächspartner von Karsten. Um dieses zu erreichen wird der Inhalt der Gruppe von Werbe-Interessen abgekoppelt. So gibt es keine automatischen RSS-Feeds mehr zu Seminarangeboten und inhaltlich soll deutlich mehr wert auf Fachliches gelegt werden. So stehen Risiken und Nutzen von Folienverpackungen hinsichtlich Lebensmitteln und somit uns Verbrauchern auf der Tagesordnung. Vermeidung von Schadstoffen aus Verpackungen, Recycling, Haltbarmachung und natürlich Produktschutz sind typische Themen, die diskutiert werden.
Hierzu laden die Moderatoren Karsten Schröder und Karen van Wuellen herzlich ein.
Teil 3: Überprüfung der Einhaltung von Grenzwerten (SML-Werte, SML(T), QMA, etc.)
Kurzzusammenfassung
In den ersten beiden Teilen dieser Reihe von INNOLETTERN haben wir ausgeführt, welche Belege erforderlich sind, um eine Konformitätserklärung gemäß Anhang IV der Verordnung (EU) Nr. 10/2011 zu erstellen und wie die gesammelten Daten ausgewertet werden. Im dritten Teil dieser Reihe von INNOLETTERN stellen wir die möglichen Alternativen zur Überprüfung der Einhaltung von spezifischen Grenzwerten vor.
1 Angaben der Lieferanten
In den Dokumenten zur Bestätigung der lebensmittelrechtlichen Konformität der Inhaltsstoffe sind regelmäßig Substanzen aufgeführt, für die Begrenzungen und Spezifikationen gelten. Für Kunststoffe können die Grenzwerte für diese Stoffe den Spalten (8) bis (11) der Unionsliste aus Tabelle 1, Anhang 1 der Verordnung (EU) Nr. 10/2011 entnommen werden:
Abbildung 1: Auszug aus Tabelle 1
Um sicher zu stellen, dass keine Stoffe, die die menschliche Gesundheit gefährden können, in Mengen auf das Lebensmittel übergehen können, müssen alle migrierfähigen Stoffe berücksichtigt werden. Dazu zählen auch Stoffe, die in Druckfarben, Klebstoffen oder anderen Materialien, welche nicht unter die Verordnung (EU) Nr. 10/2011 fallen, enthalten sind. Dabei sind alle Einzelkomponenten der fertigen Verpackung bzw. des Bedarfsgegenstandes in Gänze zu berücksichtigen, z.B. auch Etiketten, Kennzeichnungsdruck, Verschlüsse, Ausgießer etc.
Hat der Aussteller einer Erklärung für eine Einzelkomponente bereits die Einhaltung aller oder einzelner Grenzwerte für eine definierte Anwendung kontrolliert, so werden diese Angaben für jeden Stoff mit den Bedingungen der vorgesehenen Verwendung abgeglichen. Nur wenn der in der Konformitätserklärung beschriebene Anwendungsbereich mindestens die gleiche oder eine höhere Anforderung an das Material stellt als der vorgesehene Anwendungszweck, ist eine Konformität gegeben.
Die Überprüfung der Einhaltung der Grenzwerte kann auch an den Kunden delegiert werden. Dies muss eindeutig aus der Erklärung hervorgehen.
Nachfolgend werden die unterschiedlichen Methoden erklärt, mit denen die Einhaltung spezifischer Migrationsgrenzwerte (SML) überprüft werden kann.
2 Spezifische Migration
Auf Basis der vorgesehenen Verwendung (Anwendung) wählt man zunächst die passende(n) Simulanz(ien) und Prüfbedingung(-en) aus (mehr dazu im Teil 2 dieser Innoletter-Serie). Das zu prüfende Material wird mit diesen Simulanzien unter den ausgewählten Prüfbedingungen in Kontakt gebracht und anschließend der Gehalt der Substanz im Migrat bestimmt. Durch die Vielzahl an zugelassenen Monomeren, Additiven sowie Zusatz- und Hilfsstoffen müssen ggfs. verschiedenste Analysemethoden bemüht werden, um z.B. den Gehalt der Stoffe im Migrat zu bestimmen. „Die analytische Universalmethode“ zur Bestimmung aller migrierfähigen Stoffe in einem Rutsch existiert nicht und wird auch in absehbarer Zeit nicht zur Verfügung stehen.
Zudem wird eine Vielzahl von Stoffen verwendet, für die analytische Methoden gänzlich fehlen oder deren Bestimmung nur in einzelnen Simulanzien möglich ist. Regelmäßig sind von einzelnen Stoffen, bzw. Reaktions- und Abbauprodukten, trotz positiver Listung, keine Kalibrierstandards erhältlich. Diese werden aber zwingend benötigt, um Analysemethoden zu entwickeln. Einzelne Substanzen sind in Simulanzien keiner Analytik mit den erforderlichen Bestimmungsgrenze zugänglich und/oder reagieren mit der Simulanz. Man kann also zusammenfassen, dass die Analytik nicht für alle in der Tabelle 1 der Verordnung (EU) Nr. 10/2011 genannten Substanzen sichergestellt ist, was für nicht gelistete migrierfähige Substanzen natürlich in besonderem Maße gilt.
Da für viele Anwendungen die Prüfung mit 2-3 Simulanzien vorgeschrieben ist, ist diese Art der Prüfung in der Regel aufwändig und teuer. Um den Aufwand zu reduzieren, dürfen sogenannte Screeningmethoden angewandt werden, wenn diese als strenger als die oben beschriebene Prüfungsmethode angesehen werden.
Erfüllt ein Material oder Gegenstand im Screeningverfahren die Migrationsgrenzwerte nicht, so heißt das nicht automatisch, dass das Material nicht konform ist. Letztendlich zählt der Übergang ins Lebensmittel, d.h., wenn durch spezifische Prüfungen mit Lebensmittelsimulantien oder durch Worst- Case-Berechnungen, die aus Sicherheitsaspekten üblicherweise zu einer Überschätzung führen, der Konformitätsnachweis nicht herbeigeführt werden kann, kann schlussendlich durch Überprüfung der Einhaltung der Grenzwerte im Lebensmittel die Konformität nachgewiesen werden.
Andersherum: Der Nachweis der Nichtkonformität kann am Ende nur durch eine Prüfung der spezifischen Migration in das reale Lebensmittel geführt werden.
Die Prüfungen mit Simulanzien oder Worst- Case- Berechnungen, z.B. auf Basis von Rezepturangaben oder Gehaltsbestimmungen am Bedarfsgegenstand, stellen lediglich erlaubte Vereinfachungen dar, um den Nachweis der Konformität zu erleichtern.
3 Screeningmethoden
3.1 Ersetzung der spezifischen Migrationsprüfung durch die Gesamtmigration
Unter bestimmten Bedingungen kann die aufwändige Analyse von Stoffen mit SML-Grenzwert anhand von Migrationsversuchen durch die weitaus einfachere und kostengünstigere Gesamtmigrationsprüfung ersetzt werden, was man als „Screening“ bezeichnet, nicht zu verwechseln mit dem sogenannten 10- ppb- Screening per Gaschromatografie-Massenspektrometrie-Kopplung, auf das im weiteren Verlauf dieses Innoletters eingegangen wird.
Voraussetzung für dieses „Screening“ ist, dass es sich um nichtflüchtige Stoffe handelt, deren SML-Grenzwert unter den Prüfungsbedingungen die Bestimmungsgrenzen der Gesamtmigrationsprüfung überschreitet (Simulanz A, B, C, D1 ≥ 6 mg/kg Lebensmittel, Simulanz D2 ≥ 18 mg/kg Lebensmittel unter Anwendung eines Verhältnisses Oberfläche zu Volumen von 6 dm2 je kg Lebensmittel, das für Verpackungen < 500 g angewendet wird, sofern das Produkt nicht für Säuglinge und Kleinkinder vorgesehen ist). Wichtig ist, dass die Ge-samtmigrationsprüfung unter den in der Regel strengeren Prüfbedingungen für die spezifische Migration durchgeführt wird.
3.2 Worst Case Berechnung auf Basis des Gehaltes bzw. Restgehaltes (QM= quantum maximum)
Eine weitere Methode des Screenings zur Überprüfung der Konformität SML-reglementierter Inhaltsstoffe stellt die Worst Case- Berechnung unter Annahme der vollständigen Migration des Migranten in das Lebensmittel dar.
Basis ist die genaue Kenntnis des maximalen Gehaltes bzw. Restgehaltes der Substanz im Bedarfsgegenstand, z.B. aufgrund von Rezepturkenntnissen. Bei Einsatz von Masterbatches oder Zubereitungen, bzw. Verwendung von fertigen Verpackungsmaterialien, ist der genaue Wirkstoffanteil der fraglichen Substanz häufig nicht bekannt.
Die Aufnahme des maximal enthaltenen Anteils der Stoffe im Masterbatch bzw. der Zubereitung oder dem fertigen Verpackungsmaterial in die verbindlichen Angaben der Konformitätserklärung bietet eine gute Basis für den Konformitätsnachweis. Hier ist nicht unbedingt der genaue Rezepturanteil gefragt; ausreichend ist die Bestätigung der Einhaltung eines maximalen Grenzwertes für alle zukünftigen Lieferungen, dessen Höhe wiederum die Einhaltung der SML-Grenzwerte für ihren vorgesehenen Einsatzbereich sicherstellt. Ist der enthaltene Anteil nicht bekannt, kann letztendlich auch eine Analyse durchgeführt werden, um diesen zu ermitteln. Für viele gängige Substanzen stehen geeignete Analysemethoden zur Verfügung.
Abbildung 2: Beispielrechnung auf Basis des Restgehaltes aller Stoffe; die Stoffe im Masterbatch wurden mit 100% angesetzt, da keine Informationen zum Gehalt vorlagen
Pro und Contra des „Screenings auf Basis Restgehalt/ Worst Case“- Rechnung:
• Bei der analytischen Gehaltsbestimmung handelt es sich um eine Momentaufnahme, andere Chargen können ggfs. abweichen
• Die weitere Berechnung unter Annahme des vollständigen Überganges überschätzt bisweilen stark die tatsächlichen Verhältnisse, So kann bei einigen sehr häufig verwendeten Additiven, wie z.B. Irganox® 1076 (Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat; CAS 2082-79-3) der Restgehalt gerade bei dicken Materialien oberhalb des Grenzwertes liegen, so dass die Einhaltung des Grenzwertes über eine Restgehaltsbestimmung manchmal nicht gegeben ist. Sollte dies der Fall sein, muss eine spezifische Migrationsprüfung oder ein Modelling ergänzend durchgeführt werden
• Einige Monomere wie z.B. Caprolactam haben in der Regel einen recht hohen Restgehalt, migrieren aber durch den Aufbau der Verpackung in Mengen unterhalb der Grenzwerte in ein Lebensmittel bzw. eine Lebensmittelsimulanz. Auch hier ist im Zweifel die spezifische Migrationsanalyse, möglicherweise sogar im Lebensmittel, zum Beleg der Konformität nicht zu vermeiden.
• Die Screening- Methoden, haben den großen Vorteil, dass anstatt mehrerer Analysen in den unterschiedlichen Simulanzien und unter verschiedenen Migrationsbedingungen (Temperatur/ Zeit) nur eine einzige Analyse, bzw. im günstigsten Fall, eine Berechnung erforderlich ist, da ja ohnehin immer vom vollständigen Übergang ausgegangen wird.
3.3 Migrationsmodellberechnung
Eine weitere Methode des Screenings zur Überprüfung der Konformität SML-reglementierter Inhaltsstoffe stellt das sogenannte „Modelling´“ zur Abschätzung des Migrationspotenzials einzelner Stoffe dar. Grundlage ist, wie unter Punkt 3.2 (Worst- Case- Berechnung), die Kenntnis des Restgehalts des Stoffes im Material, auf dessen Basis unter Anwendung allgemein anerkannter, auf wissenschaftlichen Erkenntnissen basierende Diffusionsmodelle, das Migrationspotential für die vorgesehen Anwendung abgeschätzt werden kann.
Die Methode führt zu einer weniger starken Überschätzung als das Screening durch die „einfache Worst- Case-Berechnung“, da nicht automatisch von einem vollständigen Übergang ausgegangen wird. Das Migrationspotential wird hier durch Anwendung materialspezifischer Diffusions- und Löslichkeitskoeffizienten sowie des Einflusses von Temperatur und Zeit bei der vorgesehenen Anwendung auf Basis der bekannten Diffusionsgesetze qualifiziert abgeschätzt.
Bekannte Softwareprodukte sind erhältlich z.B. von Fabes, AKTS, INRA Safe Food Packaging Portal (Freeware: http://modmol.agroparistech.fr/)
Hierzu sind „Union Guidelines“ der EU-Kommission in Vorbereitung.
3.4 Ersatz für Lebensmittelsimulanzien
Beim Screening auf spezifische Migration können Lebensmittelsimulanzien durch Ersatzlebensmittelsimulanzien ersetzt werden, wenn wissenschaftlich belegt ist, dass die Ersatzlebensmittelsimulanzien die Migration im Vergleich zu den geregelten Lebensmittelsimulanzien überschätzen.
In der Verordnung (EU) Nr. 10/2011 ist leider nicht angegeben, was als wissenschaftlicher Beleg anerkannt wird. Daher haben wir nachfolgend ein paar Möglichkeiten aufgelistet, die aus unserer Sicht als Nachweis dienen könnten:
3.4.1 Wissenschaftliche Studien
Die ISPRA veröffentlicht z.B. Migrationsstudien über einzelne Additive, wie die nachfolgend abgebildete Zusammenfassung zu Octadecyl 3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenylpropionat) (=Irganox® 1076):
3.4.2 Eigene Vergleichsuntersuchungen
Wird bei eigenen Migrationsuntersuchungen mit verschiedenen Simulanzien festgestellt, dass ein Material nur in einer Simulanz deutliche Mengen des zu untersuchenden Stoffes abgibt, so könnte man bei Kontrolluntersuchungen an einem Material mit identischen Inhaltsstoffen die Migration nur in dieser Simulanz überprüfen.
Da die Löslichkeit von Stoffen auch davon beeinflusst wird, welche anderen Stoffe in einer Lösung vorhanden sind, also in der Gesamtheit migrieren können, sind diese Daten nicht auf alle Produkte übertragbar.
3.4.3 Löslichkeitsdaten
Die Löslichkeit eines Stoffes in einer Simulanz ist von unterschiedlichen Parametern abhängig. Deutlichen Einfluss auf die Löslichkeit hat die Temperatur, die entsprechend der Anwendung für alle Simulanzien ausgewählt wird.
Unterschiede ergeben sich z.B. aus der Polarität der zu untersuchenden Stoffe. Sind sie polar, also enthalten sie Ladungen oder liegen als Ionen wie z.B. Salze vor, so sind sie in polaren Simulanzien wie z.B. Simulanz A (Ethanol 10%) besser löslich als in unpolaren Simulanzien wie z.B. Simulanz D2 (pflanzliches Öl). Eher unpolare Stoffe wie Mineralöle reichern sich zum Beispiel nicht in Salzen an. Zur Abschätzung, ob ein Stoff eher fett- oder wasserlöslich ist, kann der n-Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizient herangezogen werden.
„Der Kow-Wert ist ein Modellmaß für das Verhältnis zwischen Lipophilie (Fettlöslichkeit) und Hydrophilie (Wasserlöslichkeit) einer Substanz. Die Erwartung ist, mit Hilfe des Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten auch die Verteilungskoeffizienten dieses Stoffes in anderen Systemen mit einer wässrigen und einer lipophilen Phase abschätzen zu können. Kow ist größer als eins, wenn eine Substanz besser in fettähnlichen Lösungsmitteln wie n-Oktanol löslich ist, kleiner als eins wenn sie besser in Wasser löslich ist. Entsprechend ist Log P positiv für lipophile und negativ für hydrophile Substanzen.“ (Wikipedia®)
Für die Substanz 2,5-Thiophendiylbis(5-tert-butyl-1,3-benzoxazol), CAS 7128-64-5, FCM500, Grenzwert 0,6 mg/kg Lebensmittel, wird im Sicherheitsdatenblatt ein log POW > 6 angegeben, also ein Wert, der lipophile Stoffe kennzeichnet. Eine Prüfung in pflanzlichem Öl dürfte auf Grund der besten Löslichkeit den Worst-case für diesen Stoff darstellen.
pH-Wert
Der pH-Wert hat großen Einfluss auf die Löslichkeit von Metallen sowie einer Reihe von organischen Verbindungen (z.B. mit leicht protonierbaren funktionellen Gruppen wie Carboxyl-gruppen). So ist die Löslichkeit von Phenolen im alkalischen Milieu (pH>7) durch Bildung von Phenolat-Ionen erheblich gesteigert, während die Löslichkeit von Aminen durch Protonierung der Aminogruppe im sauren Bereich (pH<7) gesteigert wird. Daher wird z.B. Essigsäure 3% für die „worst-case Analyse“ von primären aromatischen Aminen herangezogen.
4 Migrationsscreening oder 10ppb-Screening
Das Migrationsscreening, auch 10 ppb-Screening genannt, ist keine Screeningmethode im Sinne der Verordnung (EU) Nr. 10/2011. Es dient der Plausibilitätsprüfung der Angaben in der Konformitätserklärung oder der Identifikation von Verunreinigungen (NIAS = non-intentionally added substances) und Abbauprodukten. Mit dieser Thematik werden wir uns im nächsten Innoletter näher beschäftigen.
5 Zusammenstellung der Daten zur Bewertung
Ist die Bewertung abgeschlossen, sollten alle Daten zusammengestellt werden, um z.B. einer Behörde gegenüber nachweisen zu können, auf welcher Basis die Einhaltung der Grenzwerte bestätigt wurde. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel, wie der „Innoform – Konformitätsstatus“ alle nachzuweisenden Informationen übersichtlich zusammenfasst:
Gerne übernehmen wir die Konformitätsarbeit für Sie. Für ein unverbindliches Angebot sprechen Sie mich bitte an:
Im vierten Teil des INNOLETTERS werden wir uns mit dem 10 ppb-Screening und der Beurteilung von Verunreinigungen (NIAS = non-intentionally added substances) und Abbauprodukten beschäftigen.
wie Normalverteilung, Mittelwert, Standardabweichung und Cp und Cpk Wert und ihre Bedeutung für die Prüfpraxis werden besprochen. 
