Film barriera: caratteristiche, materiali e metodi di misura
I film barriera sono materiali progettati per limitare il passaggio di sostanze attraverso la propria struttura. Nel packaging questa funzione può riguardare soprattutto ossigeno, vapor d’acqua e anidride carbonica.
La barriera può essere ottenuta attraverso la scelta del materiale, lo spessore, la struttura del film o la combinazione di più strati. Per questo non esiste un unico tipo di film barriera: le soluzioni possono essere molto diverse in funzione dell’applicazione.
La caratterizzazione attraverso OTR, WVTR e CO₂TR permette di trasformare le prestazioni del materiale in dati quantitativi e confrontabili.
Cosa sono i film barriera
Un film viene definito barriera quando presenta una capacità di limitare la trasmissione di una determinata sostanza.
La prestazione deve quindi essere sempre riferita al fenomeno che si vuole controllare. Un materiale può avere caratteristiche particolarmente favorevoli nei confronti dell’ossigeno e comportarsi diversamente rispetto al vapor d’acqua o alla CO₂.
Per questo, nella scelta e nella caratterizzazione di un film è importante stabilire quale proprietà deve essere valutata
Quali caratteristiche deve avere un film barriera
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Le caratteristiche di un film barriera dipendono da diversi elementi, tra cui:
- materiale utilizzato;
- struttura del film;
- spessore;
- numero di strati;
- presenza di coating o rivestimenti;
- eventuali strati metallizzati;
- condizioni ambientali;
- processo di produzione.
Anche la combinazione di più materiali può modificare in modo significativo il comportamento della struttura finale.
Per questo motivo, la valutazione della barriera dovrebbe considerare il film nella configurazione effettivamente utilizzata, soprattutto quando si tratta di strutture multistrato o laminate.
Materiali utilizzati per i film barriera
Le prestazioni barriera possono essere ottenute attraverso materiali differenti, utilizzati singolarmente oppure combinati all’interno di una struttura.
A seconda delle esigenze applicative, un film può essere realizzato come:
- struttura monostrato;
- film multistrato;
- struttura co-estrusa;
- laminato;
- film metallizzato;
- film con coating o rivestimenti funzionali.
Nelle strutture più complesse, i diversi strati possono svolgere funzioni differenti. Uno strato può contribuire principalmente alla barriera, mentre altri possono essere utilizzati per migliorare caratteristiche meccaniche, lavorabilità, termosaldabilità o protezione.
La progettazione della struttura permette quindi di combinare proprietà differenti all’interno dello stesso materiale.
Film monostrato e film multistrato
Un film monostrato utilizza un’unica struttura materiale, mentre un film multistrato combina più strati con caratteristiche differenti.
La struttura multistrato può essere ottenuta, ad esempio, attraverso co-estrusione o laminazione.
Questa configurazione permette di progettare il materiale in funzione delle prestazioni richieste. La barriera non dipende quindi necessariamente da un singolo componente, ma dal comportamento della struttura nel suo complesso.
Per questo, durante lo sviluppo di un nuovo packaging, può essere utile confrontare differenti combinazioni di materiali e spessori.
Approfondisci: Misura della permeabilità dei film multistrato e laminati.
Film ad alta barriera
Il termine film ad alta barriera viene utilizzato per indicare materiali progettati per ottenere una trasmissione particolarmente contenuta rispetto alla sostanza considerata.
Anche in questo caso è importante specificare quale proprietà viene valutata.
Un film può essere progettato per offrire una barriera elevata all’ossigeno, al vapor d’acqua o alla CO₂, oppure per combinare più caratteristiche.
La definizione della prestazione deve quindi essere sempre collegata al parametro di misura e alle condizioni del test.
Film barriera e packaging
Nel packaging, i film barriera vengono utilizzati quando è necessario controllare il passaggio di sostanze attraverso il materiale.
La scelta della struttura può riguardare, ad esempio:
- film per imballaggi alimentari;
- imballaggi flessibili;
- laminati;
- strutture multistrato;
- packaging farmaceutico;
- materiali per applicazioni tecniche.
Le esigenze possono essere differenti da un’applicazione all’altra. Per questo la progettazione del film deve partire dalle caratteristiche richieste al packaging e dalle condizioni nelle quali verrà utilizzato.
Come si misurano le prestazioni di un film barriera
Le prestazioni barriera vengono valutate attraverso test specifici che misurano la trasmissione della sostanza di interesse.
I principali parametri sono:
- OTR, per la trasmissione dell’ossigeno;
- WVTR, per la trasmissione del vapor d’acqua;
- CO₂TR, per la trasmissione dell’anidride carbonica.
La scelta del metodo dipende quindi dalla proprietà che si vuole caratterizzare.
Per approfondire i singoli parametri:
Quali fattori considerare durante la misura
Il risultato di un test di barriera deve essere interpretato insieme alle condizioni con cui è stato ottenuto.
Tra gli elementi da considerare rientrano:
- temperatura;
- umidità relativa;
- spessore del campione;
- struttura del film;
- gas o sostanza analizzata;
- condizioni specifiche della prova.
Questo è particolarmente importante quando si devono confrontare materiali differenti.
Un confronto significativo richiede infatti condizioni di misura coerenti e campioni caratterizzati secondo criteri comparabili.
Perché misurare un film barriera
La misura delle proprietà barriera permette di ottenere dati utili in diverse fasi dello sviluppo e della produzione.
Può essere utilizzata per:
- confrontare differenti materiali;
- valutare nuove strutture;
- verificare l’effetto di variazioni di spessore;
- ottimizzare film multistrato e laminati;
- qualificare materiali e fornitori;
- controllare la costanza delle prestazioni;
- verificare il rispetto di specifiche definite.
Il test consente quindi di affiancare alla progettazione del materiale una valutazione quantitativa delle sue prestazioni.
Come scegliere il test per un film barriera
La scelta della misura dovrebbe partire dall’applicazione e dalla proprietà che si vuole controllare.
Prima del test è utile definire:
- quale sostanza deve essere limitata;
- quale struttura deve essere analizzata;
- quali condizioni di utilizzo sono rilevanti;
- quali materiali devono essere confrontati;
- quale parametro deve essere determinato.
Da queste informazioni deriva la scelta della metodologia e della configurazione dello strumento.
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Le soluzioni disponibili permettono di effettuare misure di OTR, WVTR e CO₂TR, con configurazioni dedicate alle diverse esigenze di analisi.
Per approfondire:
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