La permeabilità al vapor d’acqua è un parametro fondamentale per valutare le proprietà barriera di film, membrane e materiali destinati al packaging e ad altre applicazioni industriali.
La capacità di un materiale di limitare il passaggio dell’umidità può influenzare la conservazione e le prestazioni del prodotto confezionato. Per caratterizzare questo comportamento si utilizza comunemente il parametro WVTR – Water Vapor Transmission Rate, che misura la velocità di trasmissione del vapor d’acqua attraverso il campione in condizioni di prova definite.
ExtraSolution propone soluzioni per la misura della permeabilità al vapor d’acqua e del WVTR, adatte alla caratterizzazione di film, materiali barriera e strutture multistrato.
Che cos’è la permeabilità al vapor d’acqua
La permeabilità al vapor d’acqua indica la capacità di un materiale di lasciarsi attraversare dall’umidità.
Questa proprietà assume particolare importanza quando il materiale deve proteggere un prodotto dall’ingresso o dalla perdita di vapor d’acqua. È il caso, ad esempio, di molti materiali utilizzati nel packaging alimentare e farmaceutico.
Il comportamento del materiale dipende da diversi fattori, tra cui:
- composizione e struttura;
- spessore;
- temperatura;
- umidità relativa;
- presenza di più strati o rivestimenti;
- caratteristiche specifiche del campione.
La misura sperimentale consente di quantificare la prestazione barriera nelle condizioni effettive del test.
Che cos’è il WVTR
WVTR, acronimo di Water Vapor Transmission Rate, indica la velocità con cui il vapor d’acqua attraversa un materiale.
Il valore viene determinato misurando la quantità di vapor d’acqua che passa attraverso il campione in un determinato intervallo di tempo e in condizioni di prova definite.
A parità di condizioni, un WVTR più basso corrisponde a una minore trasmissione di vapor d’acqua e, generalmente, a una maggiore capacità barriera nei confronti dell’umidità.
Il valore deve però essere sempre associato alle condizioni di misura: temperatura, umidità relativa, spessore e caratteristiche del campione possono influenzare significativamente il risultato.
Perché misurare il WVTR
La misura del WVTR permette di trasformare le caratteristiche barriera di un materiale in un dato quantitativo, utile per confrontare e qualificare differenti soluzioni.
Il test può essere utilizzato per:
- sviluppare nuovi materiali e film barriera;
- confrontare differenti strutture;
- ottimizzare film multistrato e laminati;
- verificare l’effetto di trattamenti o modifiche di processo;
- effettuare controlli sulla produzione;
- supportare attività di ricerca e sviluppo;
- verificare la rispondenza del materiale alle specifiche richieste.
Il risultato è quindi utile sia durante lo sviluppo di un materiale sia nelle successive attività di controllo.
Come si misura la permeabilità al vapor d’acqua
La misura viene effettuata separando due ambienti attraverso il campione da analizzare.
La differenza di pressione parziale del vapor d’acqua tra i due lati determina il passaggio dell’umidità attraverso il materiale. Il sistema di analisi rileva la quantità di vapor d’acqua che attraversa il campione e determina il relativo valore di WVTR.
Per ottenere risultati affidabili è necessario controllare le condizioni della prova, in particolare:
- temperatura;
- umidità relativa;
- area esposta del campione;
- spessore;
- condizioni e preparazione del materiale.
Il corretto posizionamento del campione e la stabilità delle condizioni di misura sono inoltre importanti per ottenere risultati ripetibili.
Quali materiali possono essere analizzati
Il test WVTR può essere applicato a numerose tipologie di materiali, tra cui:
- film plastici;
- film barriera;
- film multistrato;
- materiali laminati;
- strutture coestruse;
- membrane;
- materiali flessibili;
- rivestimenti e strutture con funzione barriera.
La misura può riguardare sia materiali singoli sia strutture composte da più strati.
Nel caso di laminati e film multistrato, il WVTR permette di valutare la prestazione della struttura nella sua configurazione finale e di confrontare differenti combinazioni di materiali.
Fattori che influenzano il WVTR
Il risultato della misura non dipende esclusivamente dalla composizione del materiale. Le condizioni di prova possono modificare significativamente il comportamento osservato.
Temperatura
La temperatura può influenzare le caratteristiche del materiale e la trasmissione del vapor d’acqua. I risultati ottenuti a temperature differenti devono quindi essere confrontati tenendo conto delle condizioni utilizzate.
Umidità relativa
L’umidità relativa è un parametro fondamentale nel test WVTR. La differenza di umidità tra i due lati del campione determina le condizioni di trasmissione e deve essere mantenuta sotto controllo durante la prova.
Spessore e struttura
Spessore, numero di strati, rivestimenti e trattamenti superficiali possono modificare le prestazioni barriera.
Per questo, soprattutto nel confronto tra materiali, è importante considerare la struttura del campione oltre al solo valore di WVTR.
WVTR e film barriera
I film barriera vengono progettati per limitare il passaggio di sostanze attraverso la loro struttura. Nel caso del vapor d’acqua, la prestazione barriera può essere determinante quando il prodotto deve essere protetto dall’umidità ambientale o dalla perdita di umidità.
La misura del WVTR consente di confrontare, ad esempio:
- materiali differenti;
- diversi spessori;
- strutture monostrato e multistrato;
- laminati;
- rivestimenti e trattamenti superficiali;
- nuove formulazioni.
Il dato ottenuto può quindi supportare la scelta e l’ottimizzazione dei materiali durante le attività di sviluppo.
WVTR nel packaging
Nel packaging, il controllo della trasmissione del vapor d’acqua può essere importante per mantenere le caratteristiche del prodotto durante la conservazione.
La misura WVTR viene utilizzata per caratterizzare film e strutture destinati, tra gli altri, a:
- packaging alimentare;
- imballaggi flessibili;
- film plastici;
- strutture multistrato e laminate;
- packaging farmaceutico;
- applicazioni tecniche nelle quali il controllo dell’umidità è rilevante.
Il test permette di confrontare diverse soluzioni e di verificare le prestazioni della struttura scelta per l’applicazione.
Standard e condizioni di prova
La determinazione del WVTR può essere effettuata secondo differenti metodologie e standard tecnici, scelti in funzione del materiale e delle condizioni richieste.
Nella definizione del metodo è importante considerare:
- caratteristiche del campione;
- intervallo di WVTR atteso;
- temperatura;
- umidità relativa;
- condizioni operative previste;
- standard di riferimento.
Utilizzare condizioni di prova definite e controllate è essenziale per ottenere risultati confrontabili e correttamente interpretabili.
Come scegliere un tester o analizzatore WVTR
La scelta di un tester WVTR o di un analizzatore per la permeabilità al vapor d’acqua dovrebbe partire dalle esigenze concrete del laboratorio.
Gli elementi principali da valutare sono:
- intervallo di misura;
- tipologia e dimensioni dei campioni;
- temperatura di prova;
- controllo dell’umidità;
- metodologia utilizzata;
- numero di analisi;
- livello di automazione;
- esigenze di ricerca e sviluppo o controllo qualità.
La configurazione dello strumento deve essere quindi coerente sia con il materiale sia con il tipo di analisi da effettuare.
Strumenti ExtraSolution per la misura del WVTR
ExtraSolution propone strumenti per la caratterizzazione della permeabilità al vapor d’acqua e la determinazione del WVTR di film e materiali barriera.
Le soluzioni possono essere utilizzate nei laboratori di ricerca e sviluppo e nelle attività di controllo qualità, per confrontare materiali, verificare le prestazioni delle strutture e supportare lo sviluppo di nuove soluzioni.
La scelta dello strumento può essere definita in funzione del materiale da analizzare, dell’intervallo di misura, delle condizioni di temperatura e umidità e del metodo di prova richiesto.
Applicazioni della misura della permeabilità al vapor d’acqua
La caratterizzazione del WVTR trova applicazione in diversi settori:
Packaging alimentare
Valutazione delle proprietà barriera di film e strutture destinate al confezionamento.
Film plastici e film barriera
Confronto delle prestazioni di materiali e strutture differenti.
Imballaggi flessibili
Caratterizzazione di film, laminati e strutture multistrato.
Packaging farmaceutico
Valutazione dei materiali destinati alla protezione di prodotti sensibili all’umidità.
Ricerca e sviluppo
Studio e ottimizzazione di nuovi materiali e strutture barriera.
Controllo qualità
Verifica della costanza delle prestazioni del materiale e della produzione.
Approfondisci le soluzioni ExtraSolution
La misura del WVTR rappresenta uno degli strumenti disponibili per caratterizzare le proprietà barriera dei materiali.
Per approfondire le altre tipologie di analisi puoi consultare:
- Permeabilità ai gas: misura e analisi
- Permeabilità all’ossigeno e OTR
- Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR
- Proprietà barriera dei film
Per individuare l’analizzatore più adatto al materiale e alle condizioni di prova, contatta ExtraSolution.