Gli imballaggi flessibili comprendono film, laminati, strutture multistrato, materiali metallizzati e soluzioni con coating, progettati per combinare proprietà meccaniche, funzionali e barriera.
La capacità della struttura di limitare il passaggio di gas e vapor d’acqua è un parametro importante nella caratterizzazione del packaging. La misura della permeabilità negli imballaggi flessibili permette di quantificare queste proprietà e confrontare differenti materiali e configurazioni.
I principali parametri utilizzati sono OTR, WVTR e CO₂TR, relativi rispettivamente alla trasmissione di ossigeno, vapor d’acqua e anidride carbonica.
Perché misurare la permeabilità degli imballaggi flessibili
Un imballaggio flessibile può essere formato da materiali con funzioni differenti. La combinazione degli strati determina le caratteristiche della struttura finale, che possono quindi differire da quelle dei singoli materiali.
La caratterizzazione della permeabilità consente di ottenere dati utili per:
- confrontare materiali e strutture;
- verificare le prestazioni di film e laminati;
- valutare l’effetto di spessori e coating;
- selezionare nuove soluzioni;
- supportare lo sviluppo del packaging;
- controllare la costanza delle prestazioni nel tempo.
I risultati possono essere confrontati con specifiche tecniche, requisiti interni e dati ottenuti su strutture alternative.
Quali proprietà barriera valutare
La scelta della misura dipende dal gas o dalla sostanza che si desidera caratterizzare.
OTR – Oxygen Transmission Rate
Indica la velocità di trasmissione dell’ossigeno attraverso il materiale.
WVTR – Water Vapor Transmission Rate
Indica la velocità di trasmissione del vapor d’acqua.
CO₂TR – Carbon Dioxide Transmission Rate
Indica la velocità di trasmissione dell’anidride carbonica.
Le tre misure descrivono fenomeni differenti e possono essere utilizzate singolarmente oppure combinate quando è necessaria una caratterizzazione più completa.
Per approfondire i singoli parametri:
OTR negli imballaggi flessibili
La misura dell’OTR permette di caratterizzare il comportamento del materiale nei confronti dell’ossigeno.
Negli imballaggi flessibili può essere utilizzata per confrontare film e strutture barriera, valutare differenti configurazioni e verificare l’effetto di materiali, spessori o rivestimenti.
Il dato OTR può quindi essere utilizzato durante la selezione dei materiali, lo sviluppo di nuove strutture e il controllo delle prestazioni del packaging.
WVTR negli imballaggi flessibili
Il WVTR caratterizza la trasmissione del vapor d’acqua attraverso il materiale.
Questo parametro è particolarmente rilevante quando la struttura deve limitare gli scambi di umidità con l’ambiente.
La misura consente di confrontare differenti film e laminati e di verificare l’influenza di composizione, spessore, struttura multistrato e condizioni di prova.
Per approfondire: Permeabilità al vapor d’acqua e WVTR.
CO₂TR negli imballaggi flessibili
Il CO₂TR misura la velocità di trasmissione dell’anidride carbonica attraverso il materiale.
Il parametro può essere utilizzato per caratterizzare specifiche strutture di packaging e confrontare differenti soluzioni in funzione delle esigenze dell’applicazione.
Quando necessario, la misura della CO₂ può essere affiancata a OTR e WVTR per ottenere una valutazione più ampia delle proprietà barriera.
Per approfondire: Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR.
Film, laminati e strutture multistrato
Gli imballaggi flessibili possono presentare configurazioni molto diverse:
- film monostrato;
- film multistrato;
- laminati;
- strutture co-estruse;
- film metallizzati;
- materiali con coating barriera;
- strutture composite.
Nei film monostrato il test permette di caratterizzare direttamente il materiale.
Nel caso di laminati e strutture multistrato, invece, il comportamento finale deriva dalla combinazione dei diversi strati. Per questo può essere utile analizzare direttamente la struttura completa, soprattutto quando si devono confrontare differenti configurazioni.
Per approfondire la misura su queste strutture: Misura della permeabilità dei film multistrato e laminati.
L’influenza dei materiali e degli strati
In una struttura multistrato, ogni componente può contribuire in modo diverso alle prestazioni complessive.
Uno strato può fornire la funzione barriera, mentre altri possono svolgere funzioni meccaniche, protettive o di saldabilità.
La misura della struttura finale permette di verificare sperimentalmente il risultato della combinazione e di confrontare, ad esempio:
- differenti materiali barriera;
- diversi spessori;
- sequenze di strati;
- soluzioni di laminazione;
- presenza di coating;
- strutture alternative.
Questo approccio è particolarmente utile quando la prestazione del packaging dipende dall’interazione tra più materiali.
Fattori che influenzano la misura
La permeabilità non dipende esclusivamente dalla composizione del materiale. Il risultato può variare in funzione delle condizioni nelle quali viene eseguito il test.
Tra i principali fattori rientrano:
- temperatura;
- umidità relativa;
- spessore del campione;
- gas di prova;
- pressione;
- area di misura;
- condizionamento e preparazione del campione.
Le condizioni devono essere definite in funzione del metodo utilizzato e mantenute costanti quando i risultati vengono impiegati per confrontare materiali o lotti differenti.
Come si esegue il test
Il campione viene inserito nella cella di misura, separando due ambienti caratterizzati da condizioni definite.
Il sistema introduce il gas di prova e rileva la quantità che attraversa il materiale. Il risultato viene quindi elaborato secondo la metodologia adottata per ottenere il parametro di trasmissione richiesto.
La preparazione del campione è parte integrante della prova. Spessore, dimensioni, condizionamento e modalità di montaggio devono essere coerenti con il metodo di analisi.
Misura della permeabilità nello sviluppo del packaging
Durante lo sviluppo di un nuovo imballaggio, la caratterizzazione della permeabilità può essere utilizzata per confrontare diverse soluzioni prima di definire la struttura finale.
Un percorso tipico può comprendere:
progettazione → realizzazione del campione → misura → confronto dei risultati → ottimizzazione.
La disponibilità di dati quantitativi consente di verificare l’effetto delle modifiche apportate alla struttura e di identificare le configurazioni più coerenti con i requisiti definiti per il progetto.
Controllo qualità e qualificazione
La misura della permeabilità può essere integrata anche nelle attività di qualificazione e controllo qualità.
L’esecuzione delle prove secondo condizioni definite permette di confrontare materiali, fornitori e lotti e di monitorare la costanza delle prestazioni.
Le misure possono quindi supportare:
- qualificazione di nuovi materiali;
- confronto tra fornitori;
- verifica dei lotti;
- controllo della produzione;
- verifica delle modifiche di processo;
- monitoraggio delle prestazioni della struttura.
Il dato ottenuto costituisce un riferimento quantitativo da confrontare con specifiche e risultati precedenti.
Come scegliere lo strumento per la misura
La scelta dello strumento dipende principalmente dai parametri richiesti e dalla tipologia di materiali da analizzare.
Per misurare:
- OTR → è necessario un sistema per la permeabilità all’ossigeno;
- WVTR → è necessario un sistema per la permeabilità al vapor d’acqua;
- CO₂TR → è necessario un sistema per la permeabilità alla CO₂.
Quando il laboratorio deve analizzare più proprietà, una soluzione combinata può ridurre la necessità di utilizzare strumenti separati.
Sono inoltre da considerare le condizioni di temperatura e umidità richieste, la tipologia dei campioni e il volume di attività previsto.
Strumenti ExtraSolution per gli imballaggi flessibili
ExtraSolution propone diverse soluzioni per la caratterizzazione delle proprietà barriera di film e materiali utilizzati negli imballaggi flessibili.
MultiPerm O2-CO2
MultiPerm O2-CO2 è dedicato alla misura di OTR e CO₂TR, per caratterizzare la trasmissione di ossigeno e anidride carbonica.
MultiPerm O2-H2O
MultiPerm O2-H2O combina la misura OTR con quella del WVTR, consentendo di analizzare ossigeno e vapor d’acqua.
MultiPerm H2O-CO2
MultiPerm H2O-CO2 permette di determinare WVTR e CO₂TR.
TotalPerm
TotalPerm integra OTR, WVTR e CO₂TR in un unico sistema, offrendo una soluzione per la caratterizzazione combinata delle proprietà barriera.
PermeH2O
PermeH2O è dedicato alla misura della permeabilità al vapor d’acqua e alla determinazione del WVTR.
La scelta della configurazione dipende dai parametri richiesti, dai materiali da analizzare e dalle esigenze del laboratorio.
Applicazioni degli imballaggi flessibili
La misura della permeabilità trova applicazione nei contesti in cui film e strutture flessibili devono essere caratterizzati dal punto di vista delle proprietà barriera.
Tra questi rientrano:
- packaging alimentare;
- packaging farmaceutico;
- packaging per bevande;
- prodotti industriali;
- materiali per applicazioni tecniche;
- sviluppo e qualificazione di nuovi materiali.
Per applicazioni specifiche puoi approfondire anche:
Approfondisci la misura della permeabilità
Per approfondire i diversi aspetti della caratterizzazione:
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