Beitragsbild: mit KI erstellt (Symbolbild)
Eine Sperrschicht ist die Schicht in einer Verpackung, die den Durchtritt von Sauerstoff, Wasserdampf, Licht oder Aromastoffen verhindert oder stark verlangsamt. In flexiblen Folien sitzt sie als dünne Zwischenlage in einem Mehrschichtaufbau, in Flaschen und Bechern als Kernschicht zwischen zwei Wandschichten. Welches Material zum Einsatz kommt, richtet sich danach, welche Stoffe zurückgehalten werden müssen und wie lange das Produkt halten soll.
Der Begriff wird außerhalb der Verpackungsbranche auch im Bauwesen (Feuchtigkeitssperre im Mauerwerk) und in der Elektronikfertigung (Diffusionsbarriere beim Löten) verwendet. Dieser Beitrag behandelt die Sperrschicht als Barrierewerkstoff in Verpackungen; die anderen Bedeutungen sind am Ende in den häufigen Fragen eingeordnet.
Barrierefunktion einer Sperrschicht: wovor sie schützt
Sauerstoff oxidiert Fette, Vitamine und Farbstoffe und begünstigt das Wachstum aerober Mikroorganismen. Wasserdampf lässt trockene Produkte wie Kekse oder Chips weich werden oder entzieht feuchten Produkten Flüssigkeit. Licht, vor allem UV- und Blauanteile, baut Vitamine ab und verändert Farbe und Geschmack von Fetten. Aromastoffe können durch die Verpackungswand hindurch entweichen (Scalping) oder von außen eindringen. Eine Sperrschicht reduziert diese Übergänge auf ein für das jeweilige Produkt tolerierbares Maß – vollständig undurchlässig ist außer massiven Metallschichten kein Verpackungsmaterial.
Wie hoch die Anforderung ausfällt, hängt vom Füllgut ab: Ein sauerstoffempfindliches Produkt wie Wein oder ein Fruchtsaft braucht eine deutlich dichtere Sperrschicht als ein trockenes, lagerstabiles Gut. Hochbarrierefolien mit EVOH- oder PVDC-Anteil erreichen bei der Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) häufig Werte unter 1 cm³/(m²·d) – ein Bereich, der erst mit empfindlicheren Prüfmethoden zuverlässig messbar wurde.
Materialien: organische und anorganische Sperrschichten
Organische Sperrschichten: EVOH, PVDC und Polyamid
Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) ist die in Barrierefolien am häufigsten eingesetzte Kunststoff-Sperrschicht gegen Sauerstoff. Die Schicht ist meist nur 2 bis 10 µm dick und wird per Coextrusion zwischen zwei Trägerschichten – häufig Polypropylen (PP) oder Polyethylen – eingebettet. Ihr Nachteil: Die Barrierewirkung sinkt, wenn EVOH Feuchtigkeit aufnimmt, weshalb die Schicht in feuchtigkeitskritischen Anwendungen zusätzlich durch Haftvermittler- und Trägerschichten vor Wasserdampf geschützt wird.
Polyvinylidenchlorid (PVDC) bietet sowohl eine gute Sauerstoff- als auch Wasserdampfbarriere und bleibt dabei, anders als EVOH oder Polyamid, weitgehend unabhängig von der Luftfeuchtigkeit stabil. Polyamid (PA) ist durchlässiger für Sauerstoff als EVOH oder PVDC, aber dichter als PE oder PP, und wird häufig als mechanisch stabilisierende Zwischenschicht mit eingesetzt.
Anorganische Sperrschichten: Aluminium, AlOx und SiOx
Aluminiumfolie gilt als praktisch undurchlässige Barriere gegen Licht, Sauerstoff und Wasserdampf und wird deshalb auch als „absolute Barriere“ bezeichnet. In Verbundverpackungen wie Getränkekartons kommt sie in Stärken von nur 0,006 mm zum Einsatz und behält dabei ihre Schutzwirkung. Unterhalb von etwa 20 bis 25 µm Dicke können beim Walzen jedoch mikroskopisch kleine Nadellöcher entstehen, die die Barrierewirkung mindern – dünne Folien werden deshalb meist zusätzlich kaschiert oder beschichtet.
Als Alternative haben sich Vakuum-Metallisierung mit Aluminium sowie transparente anorganische Bedampfungen mit Aluminiumoxid (AlOx) oder Siliziumoxid (SiOx) etabliert. Diese Schichten sind nur wenige hundert Nanometer dick, verändern ihre Barrierewirkung kaum mit Luftfeuchtigkeit oder Temperatur und erreichen im Spitzenbereich ähnliche Barrierewerte wie EVOH-Hochbarriereschichten. Ihr Nachteil ist die Kratzempfindlichkeit; beim mechanischen Recycling wurden bislang keine relevanten Beeinträchtigungen durch diese dünnen Schichten festgestellt.
Fünfschichtaufbau einer typischen Barrierefolie: Zwei strukturgebende Außen- und Innenschichten, zwei Haftvermittlerschichten und eine zentrale Sperrschicht, die Sauerstoff, Wasserdampf und Aromen zurückhält.
Barrierewerte messen: OTR und WVTR
Zwei Kenngrößen beschreiben die Leistungsfähigkeit einer Sperrschicht: die Sauerstoffdurchlässigkeit (Oxygen Transmission Rate, OTR) in cm³/(m²·d·bar) und die Wasserdampfdurchlässigkeit (Water Vapour Transmission Rate, WVTR) in g/(m²·d). Beide Werte beziehen sich auf eine Flächeneinheit und einen Zeitraum bei definierter Temperatur und Luftfeuchte – je niedriger der Wert, desto besser die Barriere.
| Sperrschichtmaterial | Barrieretyp | Sauerstoffbarriere (OTR) | Wasserdampfbarriere (WVTR) | Feuchteabhängig |
|---|---|---|---|---|
| Aluminiumfolie | anorganisch, monolithisch | sehr hoch | sehr hoch | nein |
| Alu-Metallisierung / AlOx / SiOx | anorganisch, Bedampfung | sehr hoch | hoch bis sehr hoch | nein |
| EVOH | organisch, Copolymer | sehr hoch (Hochbarrieretyp < 1 cm³/m²·d) | gering | ja |
| PVDC | organisch, Beschichtung | hoch | hoch | nein |
| Polyamid (PA) | organisch | mittel | mittel | ja |
Gemessen werden beide Kenngrößen nach genormten Prüfverfahren:
| Kenngröße | Deutsche Norm | Internationale Norm | Messprinzip |
|---|---|---|---|
| OTR | DIN 53380-3 | ASTM D3985 | Sauerstoffspezifisches Trägergasverfahren bzw. coulometrischer Sensor |
| WVTR | DIN 53122-1 | ASTM F1249 | Gravimetrisch (Trockenmittel, Wägung) bzw. modulierter Infrarotsensor |
Die gravimetrische Methode nach DIN 53122-1 deckt einen Messbereich von etwa 1 bis 200 g/(m²·d) ab; für Hochbarrierefolien mit niedrigeren Werten sind empfindlichere Sensorverfahren wie das coulometrische OTR-Verfahren nach ASTM D3985 nötig.
Mehrschichtaufbau und der Zielkonflikt mit dem Recycling
Die Barrierewirkung einer Sperrschicht steht in Konkurrenz zur Recyclingfähigkeit der Verpackung. Ein klassischer Fünfschichtaufbau aus zwei Trägerpolymeren, zwei Haftvermittlern und einer EVOH- oder PA-Sperrschicht lässt sich im werkstofflichen Recycling nur eingeschränkt sortenrein aufbereiten, weil die Schichten fest miteinander verbunden sind. In Deutschland gilt eine Verpackung als Monomaterial, wenn sie höchstens fünf Prozent Fremdmaterial enthält; eine PE- oder PP-Folie mit einer EVOH-Sperrschicht bis zu dieser Fünf-Prozent-Grenze gilt derzeit als der einzige in dieser Form etablierte recyclingfähige Mehrschichtverbund mit Kunststoffbarriere. Bei höherem EVOH-Anteil – etwa wenn die Produktsicherheit eine dickere Barriere verlangt – geht diese Einstufung verloren.
Anorganische Bedampfungen wie AlOx oder SiOx umgehen dieses Problem teilweise, weil sie in so geringer Menge aufgebracht werden, dass sie den Kunststoffstrom beim Recycling bisher nicht relevant stören. Regulatorisch verschärft sich die Lage ab 2030: Nach der EU-Verpackungsverordnung (Verordnung (EU) 2025/40, PPWR) dürfen ab dem 1. Januar 2030 nur noch Verpackungen mit einer Recyclingfähigkeit von mindestens Leistungsstufe C (70 bis unter 80 Prozent) in Verkehr gebracht werden; ab dem 1. Januar 2038 sind nur noch die Stufen A (mindestens 95 Prozent) und B (mindestens 80 Prozent) zulässig. Mehrschichtverpackungen mit hohem Sperrschichtanteil müssen bis dahin durch Monomaterial-Lösungen oder besser sortierbare Aufbauten ersetzt werden, wenn sie am Markt bleiben sollen.
Häufig gestellte Fragen
Was genau ist eine Sperrschicht in Verpackungen?
Sie ist die Schicht in einer Verpackung, die Sauerstoff, Wasserdampf, Licht oder Aromastoffen den Durchtritt erschwert und so Frische und Haltbarkeit des Füllguts schützt. Je nach Aufbau ist sie eine dünne Zwischenlage in einer Folie oder eine Kernschicht in einer Flaschenwand.
Welche Materialien werden für Sperrschichten verwendet?
Gebräuchlich sind organische Kunststoffe wie EVOH, PVDC und Polyamid sowie anorganische Schichten aus Aluminiumfolie, Aluminium-Metallisierung, Aluminiumoxid (AlOx) oder Siliziumoxid (SiOx). Organische Schichten reagieren meist empfindlich auf Feuchtigkeit, anorganische Schichten kaum.
Wie werden OTR und WVTR gemessen?
Die Sauerstoffdurchlässigkeit (OTR) wird in Deutschland nach DIN 53380-3, international meist nach ASTM D3985 bestimmt, jeweils mit einem sauerstoffspezifischen Sensor. Die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) folgt DIN 53122-1 (gravimetrisch) oder ASTM F1249 (Infrarotsensor).
Wo kommt eine Sperrschicht im Bauwesen zum Einsatz?
Im Mauerwerk verhindert eine horizontale Sperrschicht, dass Feuchtigkeit kapillar aus dem Erdreich in aufgehende Wände aufsteigt – eine ausführliche Anleitung dazu liefert der Beitrag zur horizontalen Sperrschicht im Keller, passende Abdichtungsprodukte listet das Sperrschicht-Sortiment von OBI. Verwandt, aber nicht identisch, ist die Dampfsperre, die in Bauteilen das Eindringen von Wasserdampf aus Innenräumen in die Konstruktion begrenzt.
Warum ist eine Sperrschicht beim Löten wichtig?
In der Elektronikfertigung bezeichnet Sperrschicht eine dünne Zwischenschicht innerhalb einer Metallisierung, die verhindert, dass zwei Metalle durch Diffusion ineinander übergehen und sich die Metallisierung beim Lötvorgang auflöst. Details zu diesem Fachbegriff erklärt das Lötlexikon von Kurtz Ersa.