Bottiglie e contenitori possono essere realizzati con materiali e strutture molto differenti: polimeri plastici, materiali multistrato, strutture con coating o soluzioni progettate per offrire specifiche proprietà barriera.
In questi casi, il comportamento del packaging non dipende soltanto dal materiale utilizzato, ma anche dalla geometria del contenitore, dallo spessore delle pareti e dalla configurazione complessiva della confezione.
I test di permeabilità per bottiglie e contenitori permettono di caratterizzare la capacità del packaging di limitare il passaggio di ossigeno, vapor d’acqua e anidride carbonica e di verificare le prestazioni della soluzione utilizzata.
Perché eseguire test di permeabilità su bottiglie e contenitori
La misura della permeabilità consente di ottenere dati sperimentali sul comportamento del contenitore nelle condizioni definite per la prova.
Il test può essere utilizzato per:
- confrontare differenti materiali o configurazioni;
- verificare l’effetto dello spessore delle pareti;
- caratterizzare contenitori destinati a differenti applicazioni;
- supportare lo sviluppo di nuove soluzioni di packaging;
- qualificare materiali e componenti;
- verificare la costanza delle prestazioni tra campioni o lotti.
L’analisi è particolarmente utile quando la funzione barriera rappresenta una caratteristica da verificare direttamente sul contenitore finito, anziché soltanto sul materiale utilizzato per produrlo.
Quali contenitori possono essere analizzati
La misura può riguardare differenti tipologie di packaging rigido o semirigido, in funzione della configurazione dello strumento e del metodo di prova.
Tra gli esempi rientrano:
- bottiglie;
- flaconi;
- contenitori in plastica;
- contenitori multistrato;
- confezioni rigide e semirigide;
- recipienti con pareti barriera;
- contenitori destinati al packaging alimentare e delle bevande;
- contenitori per applicazioni farmaceutiche e tecniche.
La possibilità di analizzare il contenitore o specifiche parti della struttura permette di valutare il comportamento della soluzione effettivamente utilizzata nell’applicazione.
Permeabilità all’ossigeno delle bottiglie
La misura dell’OTR permette di caratterizzare la trasmissione dell’ossigeno attraverso il materiale.
Nel caso delle bottiglie, il comportamento può essere influenzato dalla composizione della parete, dallo spessore e dalla struttura del contenitore.
Il test può quindi essere utilizzato per confrontare differenti materiali o configurazioni e verificare l’effetto di modifiche progettuali sulla barriera all’ossigeno.
Quando il packaging viene sviluppato con materiali o strutture differenti, la misura sperimentale permette di disporre di un parametro quantitativo per il confronto.
Permeabilità al vapor d’acqua dei contenitori
Il WVTR permette di valutare la trasmissione del vapor d’acqua attraverso il materiale.
Per bottiglie e contenitori, la misura può essere utile quando le caratteristiche di barriera all’umidità costituiscono un requisito della confezione.
Anche in questo caso, spessore, materiale, struttura e condizioni di prova possono influenzare il risultato e devono essere considerati nell’interpretazione dei dati.
Permeabilità alla CO₂ di bottiglie e contenitori
Il CO₂TR caratterizza la trasmissione dell’anidride carbonica attraverso il materiale.
La misura può essere utilizzata per confrontare differenti strutture e materiali quando la barriera alla CO₂ rappresenta un parametro di interesse.
L’analisi può essere eseguita singolarmente oppure integrata con altre misure di permeabilità, in funzione delle caratteristiche del packaging e degli obiettivi della prova.
Il ruolo della geometria del contenitore
Uno degli aspetti che distingue il test su bottiglie e contenitori da quello eseguito su un semplice film piano è la geometria del campione.
La parete può presentare:
- spessori differenti;
- forme curve;
- zone con geometrie diverse;
- strutture multistrato;
- variazioni locali del materiale.
Questi elementi devono essere considerati nella definizione della prova e nella valutazione dei risultati.
Per questo motivo, quando possibile, è importante stabilire in anticipo quale parte del contenitore deve essere caratterizzata e in quali condizioni deve essere eseguito il test.
Materiale, spessore e struttura
La prestazione barriera di un contenitore è legata alla combinazione di materiale e struttura.
Nel caso di bottiglie e flaconi, possono essere presenti materiali differenti oppure soluzioni multistrato progettate per combinare proprietà meccaniche e barriera.
Anche lo spessore della parete può avere un ruolo significativo nel comportamento misurato.
Il confronto tra contenitori dovrebbe quindi essere effettuato utilizzando campioni e condizioni di prova definiti in modo coerente, così da rendere i risultati effettivamente confrontabili.
Strumenti per la misura della permeabilità ai gas
La scelta dell’analizzatore dipende dal tipo di misura da effettuare, dal gas da analizzare, dal materiale e dalle condizioni previste per il test.
Le soluzioni ExtraSolution comprendono sistemi dedicati alla caratterizzazione della permeabilità e delle proprietà barriera, con configurazioni differenti in funzione delle esigenze di analisi.
La gamma comprende soluzioni per la misura di parametri specifici e sistemi in grado di effettuare più tipologie di analisi, permettendo di adattare la strumentazione alle diverse esigenze del laboratorio.
La scelta dello strumento dovrebbe essere valutata considerando almeno:
- gas da analizzare;
- intervallo di permeabilità atteso;
- tipologia e dimensioni del campione;
- temperatura di prova;
- condizioni di umidità;
- numero e tipologia di test da eseguire;
- livello di automazione richiesto;
- esigenze di ricerca, sviluppo o controllo qualità.
Test sul contenitore e test sul materiale
Un materiale può essere caratterizzato sotto forma di film piano, ma il risultato ottenuto sul materiale non coincide necessariamente con una misura eseguita sulla confezione finita.
Nel contenitore entrano infatti in gioco la struttura, lo spessore, la geometria e le modalità con cui il materiale viene trasformato.
Per questo, durante lo sviluppo di una nuova confezione, può essere utile combinare:
caratterizzazione del materiale → sviluppo della struttura → verifica sul contenitore.
Questo approccio permette di seguire l’evoluzione della soluzione dal materiale di partenza al packaging finito.
Come si esegue il test di permeabilità
La modalità di prova dipende dal tipo di contenitore, dal parametro da misurare e dalla configurazione dello strumento.
In generale, il campione viene posizionato nella configurazione di misura prevista e sottoposto alle condizioni stabilite per il test. Il sistema rileva quindi la quantità di sostanza che attraversa il materiale e determina il parametro di trasmissione corrispondente.
Per ottenere risultati confrontabili è necessario definire correttamente:
- materiale e configurazione del campione;
- area o parte del contenitore sottoposta alla prova;
- temperatura;
- umidità relativa, quando prevista;
- gas di prova;
- condizioni di condizionamento;
- durata e modalità della misura.
Misura su bottiglie e componenti del packaging
La valutazione della permeabilità può riguardare non soltanto la parete principale della bottiglia, ma, in funzione della configurazione del test, anche elementi o componenti della confezione.
Questo può essere rilevante quando il packaging è costituito da più elementi che contribuiscono alla prestazione complessiva.
La possibilità di lavorare con accessori e configurazioni dedicate permette di adattare la caratterizzazione alla tipologia di campione e all’obiettivo dell’analisi.
Permeabilità e sviluppo di nuove bottiglie
Durante la progettazione di una nuova bottiglia o di un nuovo contenitore, i test di permeabilità possono essere utilizzati per confrontare differenti soluzioni prima della definizione della configurazione finale.
È possibile, ad esempio, valutare:
- differenti materiali;
- diversi spessori;
- strutture multistrato;
- modifiche alla composizione della parete;
- trattamenti o rivestimenti;
- differenti configurazioni del contenitore.
I risultati possono essere utilizzati insieme agli altri dati di caratterizzazione per supportare le decisioni tecniche durante lo sviluppo.
Qualificazione e controllo qualità
Una volta definita la struttura del contenitore, la misura della permeabilità può essere utilizzata anche per attività di qualificazione e controllo qualità.
Test eseguiti secondo condizioni definite consentono di confrontare campioni differenti e verificare la costanza delle prestazioni.
Le prove possono supportare:
- qualificazione di nuovi materiali;
- confronto tra fornitori;
- verifica di campioni di produzione;
- controllo dei lotti;
- valutazione di modifiche di processo;
- monitoraggio delle caratteristiche barriera.
Il confronto deve essere effettuato mantenendo coerenti le condizioni di prova e i criteri utilizzati per l’analisi.
Quale strumento utilizzare
La scelta della soluzione di misura dipende dal parametro richiesto e dalla tipologia di contenitore da analizzare.
Per la caratterizzazione della permeabilità possono essere utilizzati sistemi dedicati alla misura di:
- OTR, per l’ossigeno;
- WVTR, per il vapor d’acqua;
- CO₂TR, per l’anidride carbonica.
Quando è necessario analizzare più proprietà sullo stesso tipo di packaging, è possibile utilizzare sistemi configurati per combinare differenti sensori e modalità di misura.
La scelta deve tenere conto anche della geometria dei campioni, delle condizioni di temperatura e umidità richieste e della frequenza con cui vengono eseguiti i test.
Soluzioni ExtraSolution per bottiglie e contenitori
ExtraSolution propone sistemi per la caratterizzazione delle proprietà barriera di materiali e packaging, con configurazioni che possono essere utilizzate anche per applicazioni su contenitori e confezioni.
MultiPerm O2-CO2
MultiPerm O2-CO2 permette di misurare OTR e CO₂TR, combinando la caratterizzazione della barriera all’ossigeno e all’anidride carbonica.
MultiPerm O2-H2O
MultiPerm O2-H2O consente di determinare OTR e WVTR, per analizzare la trasmissione di ossigeno e vapor d’acqua.
MultiPerm H2O-CO2
MultiPerm H2O-CO2 combina la misura del WVTR con quella del CO₂TR.
TotalPerm
TotalPerm integra OTR, WVTR e CO₂TR in un unico sistema, per una caratterizzazione più completa delle proprietà barriera.
PermeH2O
PermeH2O è dedicato alla misura della permeabilità al vapor d’acqua e alla determinazione del WVTR.
La configurazione più adatta dipende dal tipo di contenitore, dai parametri richiesti e dalle modalità con cui devono essere eseguite le prove.
Applicazioni
I test di permeabilità su bottiglie e contenitori possono essere applicati a differenti settori nei quali il packaging deve essere caratterizzato dal punto di vista delle proprietà barriera.
Tra le principali applicazioni:
- bottiglie e contenitori per alimenti;
- packaging per bevande;
- flaconi e contenitori farmaceutici;
- packaging per prodotti tecnici;
- contenitori in plastica e strutture multistrato;
- sviluppo e qualificazione di nuove soluzioni di packaging.
Approfondisci la misura della permeabilità
Per approfondire la misura delle proprietà barriera:
- Permeabilità ai gas: misura e analisi
- Permeabilità all’ossigeno e OTR
- Permeabilità al vapor d’acqua e WVTR
- Permeabilità alla CO₂ e CO₂TR
- Proprietà barriera dei film
Per applicazioni su materiali flessibili:
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