I materiali non tessuti, caratterizzati dalla loro struttura reticolare e dalla produzione senza tessitura o lavorazione a maglia, hanno trovato ampia applicazione in vari settori, tra cui sanità, imballaggio e filtrazione. Comprendere la velocità di trasmissione del vapore acqueo (WVTR) di questi materiali è fondamentale per molteplici ragioni.
In ambito sanitario, il WVTR influenza l'efficacia delle medicazioni per ferite e dei pannolini, garantendo un'adeguata gestione dell'umidità e prevenendo le irritazioni cutanee.
Nel packaging, il WVTR determina la durata di conservazione dei prodotti, in particolare di quelli sensibili all'umidità, come alimenti e prodotti farmaceutici.
Nella filtrazione, il WVTR svolge un ruolo fondamentale nell'efficienza dei filtri dell'aria e dei liquidi, influenzando la loro capacità di rimuovere i contaminanti.
La necessità del test WVTR
La misurazione accurata del WVTR nei materiali non tessuti è essenziale per molti motivi, tra cui:
- Sviluppo del prodotto: aiuta i ricercatori a sviluppare e ottimizzare materiali con proprietà WVTR personalizzate per soddisfare specifiche esigenze applicative. Risultati accurati sono fondamentali nella progettazione di strutture in tessuto non tessuto.
- Controllo qualità: facilita il controllo qualità identificando variazioni nelle prestazioni WVTR del materiale, contribuendo a identificare potenziali difetti e variabilità. Nota: per questi materiali ad alto WVTR, un metodo di prova che garantisca tempi di consegna rapidi e un'elevata produttività è fondamentale per una valutazione efficiente del materiale.
- Conformità normativa: molti settori, tra cui quello alimentare, farmaceutico e della produzione di dispositivi medici, sono soggetti a standard normativi che specificano i limiti WVTR. Pertanto, i test WVTR sono fondamentali per dimostrare la conformità a tali normative ed evitare potenziali problemi legali.
- Previsione della durata di conservazione: può essere utilizzata per prevedere la durata di conservazione dei prodotti confezionati stimando la velocità con cui l'umidità penetra nel materiale di imballaggio. Queste informazioni sono preziose per determinare le condizioni di conservazione appropriate e le date di scadenza.
- Selezione dei materiali: aiuta ingegneri e progettisti a selezionare i materiali non tessuti più adatti per applicazioni specifiche, in base alle loro proprietà di barriera all'umidità. Ciò può comportare risparmi sui costi e migliori prestazioni del prodotto.
- Salute del paziente: le aziende produttrici di dispositivi medici si affidano ai test WVTR per garantire che i loro prodotti in tessuto non tessuto (come mascherine e camici chirurgici, cerotti medicali e persino prodotti per l'incontinenza!) rimangano traspiranti ma sterili, per impedire la penetrazione di microbi nocivi. I materiali in tessuto non tessuto sono sufficientemente piccoli da impedire a questi microbi di penetrare e il prodotto rimane sterilizzato.
Sfide WVTR
Fattori ambientali
Una delle sfide più significative nella misurazione del WVTR nei materiali non tessuti utilizzando metodi gravimetrici tradizionali (come ASTM E96) è la difficoltà nel controllare la forza motrice della permeazione del vapore acqueo. Questa forza motrice è influenzata principalmente dalla differenza di umidità tra i due lati della pellicola ed è fondamentale per fornire risultati accurati.
Questi due lati includono:
- Controllo dell'umidità sul lato bagnato: generare un'umidità relativa (UR) nota e controllata sul lato bagnato del film può essere difficile, soprattutto quando si lavora con materiali altamente permeabili. L'elevata velocità di permeazione del vapore acqueo dei tessuti non tessuti crea un'intercapedine d'aria ferma in rapida variazione tra l'acqua nella tazza e il campione di prova. Ciò rende difficile mantenere un'UR di prova costante.
- Umidità sul lato asciutto: anche se il lato umido viene mantenuto a un'umidità relativa controllata, la superficie del lato "asciutto" avrà spesso un livello di umidità significativamente più elevato, creando uno strato limite diverso dall'umidità della camera, producendo un'umidità più elevata e imprecisa sul lato "asciutto" della pellicola.
La combinazione di umidità incontrollata/sconosciuta su entrambi i lati della pellicola può rendere i risultati delle misurazioni imprecisi e incoerenti tra i diversi laboratori.
Questi fattori ambientali influiscono significativamente sull'accuratezza delle misurazioni WVTR ottenute con metodi gravimetrici durante il test di materiali ad altissima trasmissione. Anche lievi variazioni di queste condizioni durante il test possono portare a risultati incoerenti. Controllare e mantenere condizioni stabili durante l'intero processo di test è fondamentale, ma può essere impegnativo. Tecniche più avanzate (come quelle utilizzate in
ASTM D6701) sono necessarie per superare queste sfide.
Una soluzione per la velocità di trasmissione del vapore acqueo
L'ASTM D6701 è un metodo altamente accurato e affidabile per la misurazione del WVTR nei materiali non tessuti. A differenza dei metodi gravimetrici convenzionali (come ASTM E96) Il modello D6701 utilizza una camera a umidità controllata, una pellicola protettiva con un'altissima trasmissione del vapore acqueo e un sensore elettronico per il monitoraggio della trasmissione del vapore acqueo.
Riepilogo del metodo
1. Apparecchiatura: una cella di diffusione viene creata utilizzando una camera secca (con azoto gassoso in flusso), un film protettivo e una camera umida. Grazie all'acqua a contatto con il film protettivo, è possibile applicare un'umidità estremamente elevata al campione di prova senza bagnarne fisicamente la superficie. Il gas vettore azoto secco che fluisce attraverso la camera viene convogliato verso un sensore di vapore acqueo.
2. Test della pellicola di protezione: viene condotto un test iniziale per misurare il WVTR della pellicola di protezione e l'intercapedine d'aria tra questa e il gruppo evaporatore, che genera un'umidità relativa del 100%.
3. Test del materiale di prova non tessuto: il campione di pellicola viene montato nella cella di diffusione (sotto la pellicola di protezione) e viene analizzato il sistema totale WVTR (pellicola di protezione + materiale di prova).
4. Calcolo WVTR: lo strumento calcola la velocità di trasmissione del materiale di prova utilizzando un'equazione di resistenza. WVTRTM = [1/WVTRTotale- 1/WVTRGF]-1
5. Valutazione dell'equilibrio: in base all'input dell'operatore, lo strumento identifica il momento in cui le letture indicano che i campioni hanno raggiunto l'equilibrio, segnando la fine del test. Dato che i tessuti non tessuti sono trasmettitori ad alto WVTR e raggiungono rapidamente l'equilibrio, i campioni possono completare il test in poche ore, rendendo il processo molto rapido.
Vantaggi dell'ASTM D6701:
- Misurazione WVTR accurata: la camera a umidità controllata e la tecnologia avanzata dei sensori garantiscono misurazioni WVTR accurate.
- Eliminazione delle sfide gravimetriche: il metodo evita le limitazioni dei metodi gravimetrici tradizionali, come il controllo dell'umidità su entrambi i lati della pellicola.
- Standardizzazione: in quanto metodo ASTM standardizzato, D6701 fornisce un approccio affidabile e coerente ai test WVTR.
MOCON: Fornitore Unico dell'Apparecchio D6701
I tradizionali test E96 su questi materiali con WVTR molto elevato possono essere problematici e causare discrepanze tra i laboratori. Il metodo strumentale sviluppato da MOCON (produttore di analizzatori di permeazione strumentali automatizzati da quasi sessant'anni) affronta le problematiche legate all'E96 con uno strumento che fornisce risultati coerenti per questi trasmettitori ad alto valore. MOCON ha infatti definito il metodo ed è attualmente l'unico fornitore dell'apparecchiatura necessaria per eseguire il test ASTM D6701.
L'attrezzatura ha dimostrato accuratezza e ripetibilità in numerosi laboratori, come dimostrato dai dati dello studio interlaboratorio (ILS) ASTM 6701.
Lo strumento può analizzare fino a sei campioni alla volta, garantendo un'elevata produttività per i laboratori di controllo qualità.
In qualità di più grande produttore di strumenti di permeazione al mondo, MOCON offre quanto segue:
- PERMATRAN-W® 101K analizzatore di permeazione: Questo strumento garantisce un controllo preciso dell'umidità e della temperatura all'interno della camera di prova, consentendo misurazioni WVTR accurate di materiali non tessuti ad alta trasmissione.
- Pellicole e accessori di calibrazione: una varietà di accessori per supportare i test ASTM D6701, tra cui standard di calibrazione e portacampioni.
- Supporto tecnico: supporto tecnico completo ai clienti, assistenza nella scelta delle apparecchiature, nella calibrazione e nelle procedure di collaudo.
Conclusione
Un test WVTR accurato è essenziale per comprendere le prestazioni dei materiali non tessuti in diverse applicazioni. Sebbene possano sorgere difficoltà nella misurazione del WVTR, la norma ASTM D6701 fornisce un metodo affidabile e standardizzato per ottenere risultati accurati. Le attrezzature e il supporto tecnico di MOCON svolgono un ruolo cruciale nel consentire test WVTR accurati, garantendo che i produttori possano soddisfare i requisiti normativi, ottimizzare la progettazione del prodotto e migliorarne la qualità complessiva.