I film multistrato e laminati combinano materiali differenti per ottenere una struttura con caratteristiche specifiche. Ogni strato può svolgere una funzione diversa, contribuendo alle proprietà meccaniche, alla lavorabilità, alla termosaldabilità o alla barriera del materiale.
La misura della permeabilità dei film multistrato e laminati permette di caratterizzare il comportamento della struttura nel suo complesso nei confronti di ossigeno, vapor d’acqua e anidride carbonica.
La valutazione delle proprietà barriera attraverso OTR, WVTR e CO₂TR consente di confrontare differenti configurazioni, verificare l’effetto dei singoli strati e supportare lo sviluppo e la qualificazione di nuove strutture.
Perché misurare la permeabilità dei film multistrato
La progettazione di una struttura multistrato nasce dalla combinazione di materiali con caratteristiche differenti.
La misura della permeabilità permette di verificare sperimentalmente il risultato ottenuto dalla loro combinazione e di confrontare strutture alternative.
I test possono essere utilizzati per:
- confrontare differenti configurazioni multistrato;
- verificare le proprietà barriera della struttura finale;
- valutare l’effetto dei singoli strati;
- confrontare differenti materiali barriera;
- valutare l’effetto di spessori e rivestimenti;
- ottimizzare laminati e strutture co-estruse;
- qualificare nuovi materiali;
- controllare la costanza delle prestazioni;
- supportare il controllo qualità.
Il dato sperimentale permette quindi di verificare il comportamento effettivo della struttura e non soltanto le caratteristiche dichiarate dei singoli materiali.
Film multistrato, laminati e strutture co-estruse
Non tutte le strutture multistrato vengono realizzate attraverso lo stesso processo.
Un film può essere costituito mediante co-estrusione, oppure attraverso la laminazione di materiali differenti. Possono inoltre essere presenti coating o strati funzionali destinati a modificare specifiche proprietà della struttura.
Dal punto di vista della caratterizzazione, è importante valutare la struttura nella configurazione nella quale verrà effettivamente utilizzata.
La permeabilità misurata sul prodotto finito può infatti differire da quella dei singoli materiali che lo compongono.
Quali proprietà barriera possono essere misurate
La scelta del test dipende dalla proprietà che si desidera caratterizzare.
Le principali misure sono:
- OTR, per determinare la trasmissione dell’ossigeno;
- WVTR, per determinare la trasmissione del vapor d’acqua;
- CO₂TR, per determinare la trasmissione dell’anidride carbonica.
Le tre misure descrivono proprietà differenti e possono essere utilizzate singolarmente oppure combinate.
La scelta del parametro deve essere quindi effettuata in funzione della struttura, dell’applicazione e dei requisiti che il materiale deve soddisfare.
OTR dei film multistrato e laminati
La misura dell’OTR (Oxygen Transmission Rate) permette di caratterizzare la trasmissione dell’ossigeno attraverso la struttura multistrato.
Il test può essere utilizzato per confrontare differenti combinazioni di materiali e verificare l’effetto di:
- strati barriera;
- spessore complessivo;
- spessore dei singoli strati;
- laminazione;
- coating;
- materiali utilizzati;
- condizioni di prova.
La misura OTR fornisce quindi un parametro quantitativo utile per valutare la barriera all’ossigeno della struttura finale.
Per approfondire la metodologia: Permeabilità all’ossigeno e OTR.
WVTR dei film multistrato e laminati
La misura del WVTR (Water Vapor Transmission Rate) permette di caratterizzare il passaggio del vapor d’acqua attraverso la struttura.
Nel caso di film multistrato e laminati, la misura può essere utilizzata per confrontare differenti configurazioni e valutare l’effetto dei materiali e degli strati funzionali sulla barriera all’umidità.
Il risultato può supportare:
- sviluppo di nuove strutture;
- confronto tra materiali;
- qualificazione di laminati;
- controllo delle prestazioni;
- verifica della ripetibilità produttiva.
Per approfondire il parametro: Permeabilità al vapor d’acqua e WVTR.
CO₂TR dei film multistrato e laminati
La misura del CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate) permette di quantificare la trasmissione dell’anidride carbonica attraverso la struttura.
Il test può essere utilizzato per confrontare differenti laminati e strutture multistrato e per verificare il comportamento della soluzione finale rispetto alla CO₂.
Anche in questo caso, il valore misurato deve essere interpretato considerando la composizione della struttura e le condizioni nelle quali è stato effettuato il test.
Per approfondire: Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR.
Come influiscono i singoli strati sulla permeabilità
In una struttura multistrato, ogni componente può contribuire al comportamento complessivo del materiale.
La funzione barriera può essere affidata a uno specifico strato, mentre gli altri possono svolgere funzioni differenti.
La caratterizzazione della struttura completa permette di verificare il risultato della combinazione dei diversi componenti.
Durante lo sviluppo è quindi possibile confrontare strutture con:
- materiali barriera differenti;
- numero di strati differente;
- spessori differenti;
- coating differenti;
- differenti materiali di supporto;
- differenti configurazioni di laminazione.
Il confronto sperimentale aiuta a individuare come le modifiche alla struttura influenzino le proprietà barriera finali.
L’importanza dello spessore
Lo spessore è uno dei parametri da considerare nella valutazione della permeabilità di un film multistrato.
Una struttura può infatti mantenere la stessa composizione generale ma presentare differenti proprietà in funzione dello spessore complessivo o dello spessore dei singoli strati.
Per questo motivo, quando si confrontano due laminati o due strutture multistrato, è importante registrare le caratteristiche dimensionali dei campioni e mantenere condizioni di prova coerenti.
Il valore di permeabilità deve essere quindi interpretato insieme alle caratteristiche fisiche della struttura analizzata.
Effetto dei materiali barriera
All’interno di una struttura multistrato possono essere inseriti materiali con specifiche proprietà barriera.
La misura permette di verificare quanto la presenza di questi strati contribuisca al comportamento complessivo della struttura e di confrontare differenti soluzioni.
Durante la fase di ricerca e sviluppo, questo tipo di caratterizzazione può essere utilizzato per valutare:
- differenti materiali barriera;
- differenti spessori;
- diverse combinazioni di strati;
- alternative alla struttura esistente;
- modifiche ai materiali utilizzati.
Il test fornisce così un riferimento quantitativo per le attività di ottimizzazione.
Permeabilità dei laminati
Nei laminati, materiali differenti vengono uniti per ottenere una struttura con caratteristiche specifiche.
La misura della permeabilità deve essere eseguita sulla configurazione finale del laminato quando l’obiettivo è valutarne le prestazioni effettive.
Il test permette di confrontare differenti combinazioni e di verificare l’effetto della struttura complessiva sulla trasmissione di gas e vapor d’acqua.
Questo approccio è particolarmente utile nello sviluppo di materiali destinati ad applicazioni nelle quali le proprietà barriera rappresentano un requisito importante.
Permeabilità delle strutture co-estruse
Le strutture co-estruse sono costituite da più strati ottenuti attraverso un unico processo di estrusione.
Anche in questo caso, la misura della permeabilità permette di caratterizzare il comportamento della struttura finale.
Il confronto tra differenti configurazioni co-estruse può essere utilizzato per verificare l’effetto di:
- materiali utilizzati nei singoli strati;
- numero degli strati;
- spessore;
- distribuzione degli strati;
- materiali barriera;
- condizioni di processo.
La caratterizzazione sperimentale consente di verificare le prestazioni della struttura ottenuta e di confrontare differenti soluzioni progettuali.
Come si misura la permeabilità di un film multistrato
Il campione viene posizionato nella cella di misura in modo da separare due ambienti caratterizzati da condizioni definite.
Il sistema utilizza il gas previsto dal metodo di prova e rileva la quantità che attraversa la struttura.
La preparazione del campione e le condizioni di prova devono essere definite in funzione del materiale e del parametro da misurare.
Tra gli aspetti da considerare rientrano:
- temperatura;
- umidità relativa;
- pressione;
- gas di prova;
- area di misura;
- spessore;
- orientamento del campione;
- condizioni di condizionamento;
- modalità di preparazione.
La coerenza delle condizioni di prova è fondamentale soprattutto quando l’obiettivo è confrontare differenti strutture.
Fattori che influenzano la misura
Il comportamento barriera di un film multistrato può essere influenzato da numerosi fattori.
Composizione della struttura
La natura dei materiali utilizzati e la loro combinazione determinano caratteristiche differenti della struttura finale.
Spessore
Lo spessore complessivo e quello dei singoli strati possono influenzare il comportamento di trasmissione.
Temperatura
Le proprietà di trasmissione possono variare al variare della temperatura. Per questo le prove devono essere eseguite a condizioni definite.
Umidità relativa
L’umidità può influenzare il comportamento di alcuni materiali e deve essere controllata quando richiesta dal metodo di prova.
Rivestimenti e coating
La presenza di coating o strati funzionali può modificare le proprietà barriera della struttura.
Processo produttivo
Laminazione, co-estrusione e altre fasi di produzione possono influenzare la struttura finale e, di conseguenza, le sue proprietà.
Per ottenere risultati confrontabili è quindi importante associare sempre il dato di permeabilità alle condizioni di misura e alle caratteristiche del campione.
Confrontare differenti strutture multistrato
La misura della permeabilità è particolarmente utile quando devono essere confrontate più configurazioni.
Ad esempio, durante lo sviluppo di un nuovo film è possibile mettere a confronto:
- differenti materiali barriera;
- differenti spessori;
- diverse sequenze degli strati;
- differenti laminati;
- strutture co-estruse alternative;
- film con e senza coating.
Il confronto deve essere effettuato mantenendo condizioni di prova coerenti e documentando le caratteristiche dei campioni.
In questo modo il dato di permeabilità può diventare uno strumento di supporto alle decisioni tecniche durante lo sviluppo del materiale.
Controllo qualità dei film multistrato
La misura delle proprietà barriera può essere integrata nei processi di controllo qualità dei laminati e delle strutture multistrato.
L’esecuzione di test secondo condizioni definite permette di monitorare la costanza delle prestazioni e di confrontare differenti lotti.
Le prove possono essere utilizzate per:
- qualificare nuovi materiali;
- verificare le materie prime;
- controllare la produzione;
- confrontare differenti lotti;
- verificare specifiche interne;
- valutare modifiche al processo;
- validare nuove strutture.
Il monitoraggio dei parametri di permeabilità fornisce un riferimento quantitativo per la verifica delle prestazioni del materiale.
Permeabilità e sviluppo di nuove strutture
Durante la ricerca e sviluppo, la possibilità di misurare direttamente le proprietà barriera della struttura consente di verificare l’effetto delle modifiche progettuali.
Il test può essere inserito in un processo iterativo:
progettazione della struttura → realizzazione del campione → misura della permeabilità → confronto dei risultati → ottimizzazione della struttura.
Questo approccio permette di basare lo sviluppo su dati sperimentali e di confrontare in modo sistematico le diverse soluzioni.
Strumenti per la misura dei film multistrato e laminati
ExtraSolution propone sistemi configurabili per la caratterizzazione delle proprietà barriera di film, laminati e strutture multistrato.
OTR e CO₂TR
MultiPerm O2-CO2 permette di caratterizzare la trasmissione di ossigeno e anidride carbonica.
OTR e WVTR
MultiPerm O2-H2O combina la misura dell’ossigeno con quella del vapor d’acqua.
WVTR e CO₂TR
MultiPerm H2O-CO2 permette di caratterizzare la trasmissione del vapor d’acqua e dell’anidride carbonica.
OTR, WVTR e CO₂TR
TotalPerm integra le tre principali misure di permeabilità in un unico sistema, offrendo la possibilità di caratterizzare più proprietà barriera della stessa struttura.
WVTR
PermeH2O è dedicato alla misura della permeabilità al vapor d’acqua e alla determinazione del WVTR.
La scelta dello strumento dipende dai parametri che devono essere misurati e dalle caratteristiche delle strutture analizzate.
Soluzioni ExtraSolution per film multistrato e laminati
Le soluzioni ExtraSolution sono pensate per supportare le attività di ricerca e sviluppo, qualificazione dei materiali e controllo qualità.
La possibilità di misurare differenti parametri di permeabilità permette di caratterizzare strutture complesse e confrontare differenti configurazioni di film, laminati e materiali barriera.
La scelta della configurazione può essere effettuata in funzione del gas o del parametro di interesse e del livello di caratterizzazione richiesto dal laboratorio.
Approfondimenti
Per approfondire la misura delle proprietà barriera:
Richiedi informazioni
Devi caratterizzare la permeabilità di un film multistrato, laminato o struttura co-estrusa?
Contatta ExtraSolution per individuare la configurazione di misura più adatta alla struttura e alle proprietà barriera che vuoi analizzare.