I film plastici sono utilizzati in numerose applicazioni nelle quali è necessario controllare il passaggio di gas e vapor d’acqua attraverso il materiale.
La misura della permeabilità dei film plastici permette di caratterizzare quantitativamente queste proprietà e di verificare il comportamento barriera del materiale in condizioni di prova definite.
Film monostrato, film multistrato, laminati, materiali metallizzati e strutture con rivestimenti possono presentare caratteristiche di permeabilità molto differenti. La loro valutazione attraverso test specifici permette di confrontare materiali, ottimizzare le strutture e verificare la costanza delle prestazioni.
I principali parametri utilizzati per caratterizzare la permeabilità dei film sono OTR, WVTR e CO₂TR, relativi rispettivamente alla trasmissione di ossigeno, vapor d’acqua e anidride carbonica.
Perché misurare la permeabilità dei film plastici
La permeabilità è una delle caratteristiche che permettono di descrivere il comportamento di un film nei confronti dell’ambiente esterno.
La misura può essere utilizzata durante diverse fasi dello sviluppo e della produzione del materiale per:
- confrontare film differenti;
- valutare le proprietà barriera di un nuovo materiale;
- verificare l’effetto dello spessore;
- confrontare strutture monostrato e multistrato;
- valutare l’effetto di coating e rivestimenti;
- ottimizzare la composizione di un film;
- verificare la costanza delle prestazioni;
- supportare il controllo qualità;
- qualificare nuovi materiali e fornitori.
Il risultato del test fornisce un parametro quantitativo che può essere utilizzato per confrontare materiali e strutture in condizioni di prova definite.
Quali proprietà di permeabilità possono essere misurate
Il comportamento di un film plastico può essere valutato nei confronti di differenti sostanze.
Le principali misure riguardano:
- OTR (Oxygen Transmission Rate) per la trasmissione dell’ossigeno;
- WVTR (Water Vapor Transmission Rate) per la trasmissione del vapor d’acqua;
- CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate) per la trasmissione dell’anidride carbonica.
La scelta del parametro dipende dall’applicazione e dalla proprietà barriera che si desidera caratterizzare.
In alcuni casi può essere sufficiente determinare un singolo parametro. In altri, soprattutto durante lo sviluppo di strutture complesse, può essere utile combinare più misure per ottenere una caratterizzazione più completa del film.
Permeabilità all’ossigeno dei film plastici
La misura dell’OTR permette di determinare la quantità di ossigeno che attraversa il film nelle condizioni impostate per il test.
Il valore ottenuto può essere utilizzato per confrontare film con differenti caratteristiche barriera e per valutare l’effetto di:
- materiale;
- spessore;
- struttura;
- orientamento;
- rivestimenti;
- laminazioni;
- condizioni di prova.
La misura OTR è particolarmente importante nello sviluppo di film destinati ad applicazioni nelle quali il controllo della trasmissione dell’ossigeno rappresenta un requisito del materiale.
Per gli aspetti specifici della misura si può approfondire la pagina Permeabilità all’ossigeno e OTR.
Permeabilità al vapor d’acqua dei film plastici
Il WVTR permette di caratterizzare la trasmissione del vapor d’acqua attraverso il film.
La misura può essere utilizzata per confrontare materiali differenti e verificare le prestazioni di film destinati ad applicazioni nelle quali il controllo dell’umidità è un parametro rilevante.
Anche in questo caso, il comportamento del materiale può dipendere da diversi fattori, tra cui composizione, spessore, struttura e condizioni di temperatura e umidità durante il test.
Per approfondire questo parametro: Permeabilità al vapor d’acqua e WVTR.
Permeabilità alla CO₂ dei film plastici
La misura del CO₂TR permette di quantificare la trasmissione dell’anidride carbonica attraverso il film.
Questa caratterizzazione può essere utile nello sviluppo e nella qualificazione di materiali destinati ad applicazioni nelle quali il controllo dello scambio di CO₂ costituisce una proprietà da valutare.
Il confronto del CO₂TR tra film differenti permette di verificare il comportamento di materiali e strutture e di supportare la scelta della soluzione più adatta all’applicazione.
Per approfondire la misura: Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR.
Quali film plastici possono essere analizzati
La misura della permeabilità può essere effettuata su differenti tipologie di film e strutture.
Tra i materiali che possono essere caratterizzati rientrano:
- film plastici monostrato;
- film multistrato;
- film barriera;
- film metallizzati;
- film con coating;
- laminati;
- strutture co-estruse;
- materiali destinati al packaging flessibile;
- altre strutture filmogene compatibili con il metodo di prova.
La possibilità di analizzare strutture differenti consente di confrontare il comportamento barriera dei materiali e di verificare l’effetto delle diverse soluzioni costruttive.
Permeabilità dei film monostrato
Nei film monostrato, la proprietà barriera dipende principalmente dalla natura del materiale, dallo spessore e dalle condizioni di prova.
La misura permette di ottenere un riferimento quantitativo utile per:
- confrontare differenti materiali;
- verificare l’effetto dello spessore;
- valutare modifiche alla formulazione;
- controllare la ripetibilità della produzione;
- selezionare materiali per una determinata applicazione.
Il confronto tra film deve essere effettuato mantenendo coerenti le condizioni di misura, in modo che i risultati siano effettivamente comparabili.
Permeabilità dei film multistrato e laminati
Le strutture multistrato possono combinare materiali differenti per ottenere caratteristiche specifiche.
Un film può, ad esempio, integrare strati con funzioni diverse, tra cui proprietà meccaniche, termosaldabilità e barriera.
La misura della permeabilità permette di valutare il comportamento della struttura nel suo complesso, verificando il risultato ottenuto dalla combinazione dei diversi strati.
I test possono essere utilizzati durante lo sviluppo per confrontare differenti configurazioni e verificare l’effetto di:
- numero e composizione degli strati;
- spessore dei singoli strati;
- materiali barriera;
- adesivi;
- laminazione;
- rivestimenti superficiali.
Questo tipo di caratterizzazione è particolarmente utile quando il comportamento finale del film non può essere dedotto semplicemente dalle proprietà dei singoli componenti.
Film barriera e materiali ad alta barriera
I film barriera sono progettati per limitare il passaggio di specifiche sostanze attraverso la struttura.
La misura delle proprietà barriera permette di verificare sperimentalmente le prestazioni del materiale e di confrontare differenti soluzioni.
A seconda dell’applicazione, possono essere analizzate la barriera all’ossigeno, al vapor d’acqua o alla CO₂.
La caratterizzazione attraverso OTR, WVTR e CO₂TR consente quindi di associare alla definizione di “barriera” un insieme di parametri quantitativi misurabili.
Come si misura la permeabilità di un film plastico
Il campione viene normalmente posizionato all’interno di una cella di misura che separa due ambienti caratterizzati da condizioni definite.
A seconda della proprietà analizzata, il sistema utilizza il gas di prova e rileva la quantità di sostanza che attraversa il film.
Il metodo di misura deve tenere conto delle caratteristiche del materiale e delle condizioni richieste dal test.
Tra i principali parametri da controllare rientrano:
- temperatura;
- umidità relativa;
- pressione;
- composizione del gas;
- area di prova;
- spessore del campione;
- condizioni di condizionamento;
- modalità di preparazione del campione.
Il controllo di questi fattori è fondamentale per ottenere risultati ripetibili e confrontabili.
Fattori che influenzano la permeabilità dei film
Il valore di permeabilità di un film plastico non dipende esclusivamente dal materiale.
Tra i principali fattori da considerare ci sono:
Spessore
La variazione dello spessore può modificare il comportamento di trasmissione del materiale. Per questo motivo è importante conoscere e considerare lo spessore del campione durante l’interpretazione dei risultati.
Temperatura
La temperatura può influenzare il comportamento di trasmissione attraverso il film. Le prove devono quindi essere effettuate a condizioni controllate e definite.
Umidità relativa
L’umidità può influenzare in modo significativo il comportamento di alcuni materiali, soprattutto quando viene analizzata la trasmissione del vapor d’acqua.
Struttura del film
Monostrato, multistrato, laminato, co-estruso o rivestito sono configurazioni differenti e possono presentare comportamenti barriera diversi.
Materiali e rivestimenti
La composizione del film e la presenza di coating o altri strati funzionali possono modificare le proprietà di trasmissione.
Per questo motivo, il valore ottenuto deve essere sempre associato alle condizioni nelle quali la misura è stata eseguita.
Come confrontare film plastici differenti
Il confronto tra due o più film deve essere effettuato utilizzando condizioni di prova coerenti.
È importante considerare non solo il valore di permeabilità, ma anche:
- spessore;
- struttura;
- temperatura;
- umidità relativa;
- gas utilizzato;
- metodo di misura;
- condizioni di condizionamento.
Un confronto basato esclusivamente sul valore numerico può infatti risultare poco significativo se i materiali sono stati caratterizzati in condizioni differenti.
La standardizzazione delle condizioni di prova permette invece di utilizzare i dati ottenuti per attività di sviluppo, qualificazione e controllo qualità.
Misura della permeabilità nello sviluppo dei film
Durante la fase di ricerca e sviluppo, la caratterizzazione della permeabilità può essere utilizzata per confrontare differenti formulazioni e strutture.
Il test permette di verificare l’effetto delle modifiche apportate al materiale e di identificare la configurazione più adatta ai requisiti dell’applicazione.
In questo contesto, la possibilità di eseguire più tipologie di misura sullo stesso materiale può essere particolarmente utile per ottenere un quadro completo delle sue proprietà barriera.
Strumenti per la misura della permeabilità dei film
ExtraSolution propone differenti sistemi per la caratterizzazione della permeabilità dei film plastici.
La configurazione può essere scelta in funzione dei parametri da misurare.
Misura OTR e CO₂TR
MultiPerm O2-CO2 permette di misurare la trasmissione di ossigeno e anidride carbonica attraverso film e materiali barriera.
Misura OTR e WVTR
MultiPerm O2-H2O combina la misura dell’ossigeno con quella del vapor d’acqua, permettendo di caratterizzare due proprietà barriera dello stesso materiale.
Misura WVTR e CO₂TR
MultiPerm H2O-CO2 è configurato per la misura della trasmissione del vapor d’acqua e dell’anidride carbonica.
Misura OTR, WVTR e CO₂TR
TotalPerm integra le tre principali misure di permeabilità e consente di caratterizzare il comportamento del film nei confronti di ossigeno, vapor d’acqua e CO₂.
Misura WVTR
PermeH2O è dedicato alla misura della permeabilità al vapor d’acqua e alla determinazione del WVTR.
La scelta dello strumento dipende quindi dalle proprietà che devono essere caratterizzate e dal livello di approfondimento richiesto dal laboratorio.
Soluzioni ExtraSolution per i film plastici
Le soluzioni ExtraSolution sono destinate alle attività di ricerca e sviluppo, qualificazione dei materiali e controllo qualità.
Gli strumenti permettono di caratterizzare differenti tipologie di film e strutture, fornendo dati utili per confrontare materiali, verificare le proprietà barriera e supportare lo sviluppo di nuove soluzioni.
La disponibilità di configurazioni dedicate a OTR, WVTR e CO₂TR consente di adattare il sistema alle esigenze specifiche dell’applicazione.
Approfondimenti
Per approfondire i principali aspetti della misura della permeabilità:
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