Quale metodo WVTR è più adatto alla vostra applicazione?

Il tasso di trasmissione del vapore acqueo (WVTR), ovvero la velocità con cui l'umidità attraversa una barriera, è un fattore più importante di quanto la maggior parte delle persone non creda. In diversi settori, come l'imballaggio alimentare, i dispositivi medici, i dispositivi di protezione individuale e l'elettronica ad alta tecnologia, il giusto valore di WVTR può determinare le prestazioni, la sicurezza e la durata del prodotto. Misurare il WVTR con precisione è fondamentale, ma il metodo di prova più adatto dipende dal materiale e dall'applicazione specifica.t barrier level and amount of precision needed.

Perché i test WVTR sono importanti
Nel settore dell'imballaggio alimentare, un controllo inadeguato dell'umidità può ridurre la durata di conservazione, alterare la consistenza e persino causare il deterioramento dei prodotti. Ridurre al minimo l'ingresso di umidità in alimenti deperibili come snack o frutta e verdura è fondamentale per preservarne la freschezza e ridurre gli sprechi. Nelle applicazioni mediche e sanitarie, i materiali traspiranti ma protettivi sono essenziali. Prodotti come i dispositivi di protezione individuale (DPI), i pannolini o le medicazioni per ferite devono consentire la traspirazione dell'umidità corporea senza compromettere la protezione. 

Nel settore degli imballaggi medicali, una bassa permeabilità al vapore acqueo (WVTR) è essenziale per mantenere sterile il contenuto e garantire la stabilità dei farmaci sensibili all'umidità. Al di là di questi settori, anche l'elettronica (come i display OLED o i moduli solari) richiede spesso una bassissima trasmissione di umidità per proteggere i componenti dai danni causati dall'umidità, che ne compromettono le prestazioni.

Scegliere il metodo di misurazione WVTR più adatto
Non tutti i metodi di test WVTR sono uguali. La scelta di quello più adatto dipende dalla corrispondenza tra le proprie esigenze e i punti di forza del metodo di misurazione. I fattori chiave da considerare includono:

• Livello di barriera: Il vostro materiale è altamente permeabile o costituisce una barriera quasi impermeabile?
• Sensibilità del test: è necessario rilevare con precisione livelli molto bassi di vapore acqueo?
• Velocità: Con quale rapidità avete bisogno dei risultati?
• Standard: Gli standard di settore sono importanti per voi e, in caso affermativo, quale metodo ASTM o ISO è richiesto dalla vostra applicazione?
• Tipo di campione: State testando pellicole flessibili o imballaggi rigidi? Oppure si tratta di carta patinata, di un semplice polimero o di una struttura multistrato?

Metodi comuni di prova WVTR
Ecco un confronto tra i metodi più diffusi:

1. Metodo gravimetrico (a tazza) – ASTM E96

• Questo metodo, un classico consolidato da tempo, prevede di posizionare un essiccante all'interno di una tazza sigillata, la cui altra estremità è esposta all'umidità; il vapore acqueo che attraversa la barriera viene quindi raccolto e pesato nel tempo. La pendenza della linea risultante viene utilizzata per calcolare il tasso di trasmissione del campione. 
• Estremamente versatile. Funziona bene su un'ampia gamma di materiali..
• Svantaggi: È relativamente lento e meno sensibile, soprattutto per le barriere con un contenuto di umidità molto basso.

2. Rilevamento a infrarossi – ASTM F1249

• Il sistema utilizza una cella di diffusione: un lato è umidificato, l'altro è asciutto. Un flusso di azoto trasporta il vapore acqueo a un sensore a infrarossi (IR) con modulazione di pressione per la quantificazione. 
• Il sensore a infrarossi misura la quantità di vapore acqueo che assorbe la luce infrarossa, confrontandola con un valore di riferimento, per calcolare la trasmissione.
• Più veloce del metodo gravimetrico e adatto a film con barriera da moderata ad alta, vanta un'eccellente ripetibilità e sensibilità.

3. WVTR assoluto — ASTM F3299

• Utilizza un sensore di P₂O₅ elettrolitico (coulometrico).
• Quando il vapore acqueo viene convogliato nella camera asciutta, viene ionizzato; la corrente risultante è direttamente proporzionale alla quantità di molecole d'acqua.
• Estremamente sensibile (circa 100 volte di più rispetto al metodo a infrarossi!). 
• Ideale per materiali con barriera ultraelevata (come quelli utilizzati nell'elettronica).

4. Metodo ad alta potenza di trasmissione – ASTM D6701

• Progettato specificamente per materiali che trasmettono l'umidità molto rapidamente (ad esempio, tessuti traspiranti, membrane).
• Utilizza un sensore di umidità e una speciale configurazione con un meccanismo a forma di coppa rovesciata per mantenere un'umidità relativa elevata e costante durante la misurazione.
• Gli strumenti di misurazione (come il MOCON PERMATRAN-W® 101K) sono progettati per garantire un'elevata produttività e risultati precisi e ripetibili anche per tassi di trasmissione molto elevati. 

Abbinare il metodo all'applicazione

• Le pellicole flessibili e traspiranti (ad esempio, in PPE o tessuto non tessuto): lo standard ASTM D6701 consente misurazioni rapide e precise anche a tassi di trasmissione molto elevati.
• Per le pellicole a barriera moderata (ad esempio, le pellicole per imballaggio rivestite): il metodo ASTM F1249 con rilevamento a infrarossi offre un ottimo compromesso tra velocità e sensibilità.
• Le pellicole a barriera ultraelevata (ad esempio, per l'elettronica, l'incapsulamento di OLED): lo standard ASTM F3299 con un sensore assoluto offre una sensibilità senza pari per livelli di permeabilità al vapore acqueo (WVTR) molto bassi.
• Per test più semplici o applicazioni che richiedono una minore sensibilità: il metodo ASTM E96 (metodo a tazza) è economico e flessibile, sebbene più lento e meno preciso.

Considerazioni pratiche e supporto di esperti
I laboratori spesso danno priorità non solo al metodo di misurazione più appropriato, ma anche alla ripetibilità, alla durata del test e alla conformità agli standard di settore. Per questo motivo, molti si affidano a strumenti di misurazione della permeabilità collaudati, come gli analizzatori AQUATRAN e PERMATRAN di AMETEK MOCON, ottimizzati per diversi metodi, dalla spettroscopia IR alla rilevazione coulometrica. La scelta della configurazione di test più adatta può comportare dei compromessi. Ad esempio, la sensibilità del metodo assoluto (coulometrico) comporta cicli di test più lunghi, poiché i tassi di perdita di base devono essere ricalibrati prima di ogni misurazione.

D'altro canto, i test ASTM F1249 basati sulla spettroscopia infrarossa sono più veloci, ma potrebbero non raggiungere i limiti di rilevamento estremamente bassi necessari per i film ad altissima barriera di ultima generazione.  E mentre alcuni laboratori dispongono delle competenze interne per eseguire tutti questi metodi, altri traggono vantaggio dall'esperienza di specialisti esterni. MOCON, ad esempio, offre non solo strumenti, ma anche lo sviluppo di applicazioni personalizzate, servizi di test di laboratorio e formazione, supportando diverse applicazioni nei settori alimentare, sanitario, elettronico e non solo. 

Punti chiave

1. Scegliete il metodo più adatto alla resistenza della barriera: i materiali ad alta trasmissibilità (tessuti traspiranti) e le barriere ultraresistenti (componenti elettronici) richiedono approcci molto diversi.
2. È importante essere consapevoli dei compromessi: velocità, sensibilità e ripetibilità variano a seconda del metodo utilizzato.
3. Sfruttare la collaborazione con partner esperti: per ottenere precisione, conformità alle normative e approfondimenti più dettagliati, lavorare con laboratori specializzati può fare la differenza.
4. Rimanere in linea con gli standard: i metodi ASTM e ISO costituiscono la base per ottenere risultati credibili, ripetibili e confrontabili tra diversi laboratori e settori industriali.

Nei mercati odierni, caratterizzati da elevati standard qualitativi, dalla sicurezza alimentare alla tecnologia indossabile, ottenere risultati precisi nella misurazione del WVTR (Water Vapor Transmission Rate) non è un lusso, ma un requisito fondamentale. Comprendere e applicare il metodo di test corretto garantisce che le barriere protettive funzionino come previsto, tutelando sia il prodotto che la reputazione aziendale. 

Per una descrizione più dettagliata del metodo di test WVTR più adatto alla vostra applicazione, scaricate il seguente documento documento completo.