Qué mide un equipo de ensayo de permeabilidad al oxígeno

Un equipo de ensayo de permeabilidad al oxígeno mide el paso del oxígeno a través de un material barrera o, con el equipo y los métodos adecuados, hacia el interior de un envase terminado. La medición ayuda a los fabricantes a evaluar si las películas, los laminados, los recubrimientos y los envases pueden proteger productos sensibles al oxígeno. Los resultados sirven de apoyo para el desarrollo de materiales, la cualificación de proveedores, el control de la producción y las decisiones sobre envases, pero por sí solos no determinan la vida útil de un producto.

La tasa de transmisión de oxígeno, u OTR, describe la cantidad de oxígeno que atraviesa un área determinada durante un periodo de tiempo y en condiciones definidas. Entre las unidades habituales de presentación se incluye cm³/(m²·día); junto con el resultado deben indicarse la temperatura, la humedad relativa, las condiciones de presión y la construcción de la probeta. En el caso de un envase terminado, la transmisión también puede expresarse por envase y por día. Compruebe siempre las unidades y las condiciones de referencia exigidas por el método.

La OTR no es lo mismo que el coeficiente de permeabilidad de un material. La permeabilidad relaciona la transmisión con el espesor de la probeta y la diferencia de presión parcial de oxígeno, bajo los supuestos pertinentes; la OTR indicada corresponde a la probeta y las condiciones ensayadas. Las estructuras multicapa, los recubrimientos y los polímeros sensibles a la humedad pueden dificultar una normalización sencilla por espesor, por lo que los compradores deben evitar comparar valores sin entender cómo se obtuvieron.

Entre los principales usuarios se encuentran los convertidores de envases, los fabricantes de alimentos y productos farmacéuticos, los equipos de envasado de productos sanitarios, los laboratorios de ensayo por contrato y los investigadores de materiales. Un proveedor de películas puede utilizar el ensayo para comparar formulaciones, mientras que el propietario de una marca puede emplearlo para verificar el material recibido o investigar cambios. Cada aplicación requiere una especificación, un plan de muestreo y un método de ensayo acordados antes de que los resultados puedan servir de base para una decisión.

Cómo funcionan los ensayos de transmisión de oxígeno

En un ensayo típico de películas, la probeta sella la separación entre dos cámaras. En un lado se introduce un gas de ensayo que contiene oxígeno, mientras que el otro se expone a una presión parcial de oxígeno más baja. El oxígeno atraviesa la probeta y se mide en el lado receptor. Una vez que se cumplen las condiciones de medición del método, el instrumento calcula la transmisión a partir del oxígeno detectado y del área de ensayo definida.

Los instrumentos coulométricos suelen utilizar un gas portador para transportar el oxígeno permeado hasta un sensor electroquímico. Los instrumentos de presión diferencial siguen un principio distinto: determinan la transmisión de gas mediante cambios de presión en condiciones controladas. Ambos métodos pueden contribuir a evaluar las propiedades barrera, pero sus procedimientos, materiales aplicables y magnitudes informadas no son automáticamente intercambiables. Seleccione la técnica exigida por el método aplicable y la especificación del cliente.

La temperatura y la humedad relativa pueden modificar sustancialmente las propiedades barrera medidas, especialmente en las capas sensibles a la humedad. El acondicionamiento de la probeta, el tiempo de exposición, la pureza del gas, la calidad del sellado y los criterios de equilibrio también influyen en los resultados. Un procedimiento fiable registra estas variables y utiliza muestras representativas sin pliegues ni daños accidentales. Si un material es direccional o asimétrico, registre qué superficie queda orientada hacia el gas de ensayo.

Los ensayos de envases terminados plantean consideraciones adicionales, ya que el oxígeno puede entrar a través del cuerpo del envase, los cierres, los sellos u otras interfaces. Se necesitan útiles adecuados y un método diseñado para envases; un resultado obtenido únicamente con una película plana no permite cuantificar la entrada total de oxígeno en el envase. A la inversa, un resultado del envase quizá no identifique el punto exacto de entrada, por lo que los ensayos complementarios de sellado o fugas pueden ayudar a investigar fallos.

ASTM D3985, ISO 15105 y normas relacionadas

ASTM D3985 describe la medición de la tasa de transmisión de oxígeno a través de películas y láminas de plástico mediante un sensor coulométrico. Suele ser pertinente cuando un cliente especifica ese método para materiales barrera planos. Antes de comparar datos de proveedores o adquirir un instrumento anunciado para ensayos conforme a ASTM D3985, confirme la edición aplicable, la preparación de las probetas, las condiciones de ensayo, el método de calibración y los requisitos de presentación de resultados.

ISO 15105 es una serie de normas sobre la transmisión de gases a través de películas y láminas de plástico. ISO 15105-1 aborda el método de presión diferencial, mientras que ISO 15105-2 aborda el método de presión igualada. En lugar de solicitar únicamente ISO 15105, especifique la parte pertinente, el gas, las condiciones de ensayo y la edición. Los distintos principios de medición y métodos de acondicionamiento pueden producir resultados que no deben considerarse equivalentes sin una comparación justificada.

ASTM F1927 aborda la tasa de transmisión de oxígeno a través de materiales barrera mediante un detector coulométrico y bajo humedad relativa controlada. ASTM F1307 aborda la tasa de transmisión de oxígeno a través de envases secos mediante un sensor coulométrico. Estos métodos se aplican a objetos de ensayo o condiciones distintos; su idoneidad depende del envase, el material y el objetivo del ensayo. Consulte la norma vigente y cualquier protocolo específico del cliente para conocer su aplicabilidad y sus requisitos completos.

La referencia a una norma no demuestra por sí sola que un instrumento, laboratorio o resultado concreto cumpla con ella. Solicite información sobre el método y la configuración exactos admitidos, pruebas de calibración, información sobre la incertidumbre cuando corresponda y un informe representativo. Dentro de un programa más amplio de calidad de envases, paratronix ofrece equipos de ensayo de permeabilidad al vapor de agua, fugas y resistencia del sellado que pueden complementar las pruebas de barrera al oxígeno. Antes de la compra, confirme directamente la disponibilidad de los equipos y la compatibilidad con el método.

Aplicaciones y consideraciones de acceso a los mercados

Los equipos de envasado de alimentos utilizan datos sobre las propiedades barrera al oxígeno al comparar estructuras para productos susceptibles a la oxidación, los cambios de sabor o la decoloración. Siempre que sea posible, las condiciones de ensayo deben reflejar el uso previsto, en particular cuando la humedad pueda afectar a las propiedades barrera. Combine los datos de transmisión con la formulación del producto, el oxígeno del espacio de cabeza, la temperatura de almacenamiento y los estudios de vida útil; una OTR baja, por sí sola, no demuestra que un alimento envasado vaya a conservar su calidad aceptable.

Los equipos de envasado de productos farmacéuticos y sanitarios pueden necesitar información sobre las propiedades barrera como parte de una evaluación documentada del envase. Los ensayos pertinentes dependen del producto, el sistema de envasado, el análisis de riesgos y las expectativas reglamentarias aplicables. La transmisión de oxígeno, la transmisión de vapor de agua, la resistencia del sellado y la integridad del envase evalúan propiedades distintas. Especifique la combinación necesaria con los equipos de calidad y asuntos regulatorios, en lugar de suponer que un ensayo sustituye a los demás.

Para el aprovisionamiento internacional, un informe de laboratorio debe indicar la edición de la norma, la descripción de la probeta, el muestreo, el área de ensayo o la configuración del envase, las condiciones ambientales, los resultados y cualquier desviación. Los clientes también pueden exigir que el laboratorio esté acreditado para un alcance definido o que exista trazabilidad a determinados materiales de referencia. Un método ASTM o ISO no constituye por sí solo una aprobación universal para acceder al mercado ni sustituye a la revisión reglamentaria específica del producto.

Cuando proveedores y compradores obtienen valores distintos, compare primero el acondicionamiento, la humedad, la temperatura, la orientación de la probeta, el área de ensayo y el tratamiento de las fugas por los bordes. Compruebe si las muestras procedían del mismo lote de producción y si cada laboratorio utilizó el mismo método. La repetición de los ensayos y una comparación interlaboratorio acordada pueden ayudar a resolver discrepancias antes de rechazar un material o modificar una especificación.

Cómo seleccionar y cualificar el equipo

Empiece por definir el objeto de ensayo y el método requerido: película plana, lámina o envase terminado; método coulométrico u otra técnica especificada; y edición de la norma pertinente. Determine el rango de OTR previsto, el tamaño de las muestras, los ajustes de temperatura y humedad y las unidades de presentación deseadas. El rango de medición validado del instrumento debe abarcar tanto los resultados habituales como el límite de especificación, con una resolución y una incertidumbre adecuadas para la decisión.

A continuación, evalúe la capacidad y la manipulación de las muestras. Pregunte cuántas probetas pueden ensayarse en las mismas o en distintas condiciones, cuánto suelen durar el acondicionamiento y la medición para sus materiales y si hay útiles disponibles para la geometría del envase prevista. La duración del ensayo depende de las propiedades barrera y de los criterios del método, por lo que las estimaciones de rendimiento deben basarse en muestras representativas y no en afirmaciones genéricas sobre la duración del ciclo.

Solicite información sobre calibración, verificación, mantenimiento del sensor, suministro de gases, registros de software y asistencia técnica. Antes de la aceptación, acuerde con el proveedor los requisitos de instalación y un plan de cualificación. Ensaye materiales de referencia adecuados y muestras representativas, documente la repetibilidad en las condiciones seleccionadas e investigue los valores en blanco o las desviaciones inesperadas. Cuando sea necesario, integre el equipo en el sistema de calidad y el programa de calibración del laboratorio.

Antes de cada ensayo, los operadores deben inspeccionar las probetas, preparar las superficies de sellado, comprobar que la celda de ensayo no tenga fugas y documentar el acondicionamiento. Establezca los intervalos de limpieza, verificación y mantenimiento preventivo según las instrucciones del fabricante, el uso y los procedimientos de calidad del laboratorio; no existe un intervalo único adecuado para todos los instrumentos. Conserve los datos sin procesar y las desviaciones para poder rastrear posteriormente cada resultado hasta su probeta, ajustes, operador y estado del equipo.

Costes de propiedad y tendencias futuras

El precio de compra es solo una parte del coste total de propiedad. Incluya la instalación, la cualificación, los gases portadores y de ensayo, los reguladores, los materiales de referencia, los sellos, los consumibles, la calibración, las visitas de servicio, la asistencia de software y la formación de los operadores. Presupueste también la preparación de muestras, el tiempo de acondicionamiento y el tiempo de inactividad. Al comparar presupuestos, los laboratorios deben confirmar qué accesorios, útiles y controles ambientales están incluidos y cuáles son opcionales.

Estime el retorno de la inversión a partir del número de ensayos previstos al año, el gasto actual en laboratorios externos, la mano de obra interna y el valor de tomar decisiones más rápidamente. Un instrumento propio puede mejorar la programación y la retroalimentación del proceso, pero un volumen reducido de muestras o la necesidad ocasional de ensayos especializados pueden favorecer la subcontratación. Incluya el coste de mantener las competencias y los registros de calidad, y compare distintos escenarios utilizando su propia combinación de ensayos y presupuestos de servicio.

La demanda de envases reciclables y de menor espesor está aumentando la importancia de medir el rendimiento barrera en estructuras alternativas. Los desarrolladores deben evaluar los compromisos entre la resistencia al oxígeno, la sensibilidad a la humedad, el sellado y la facilidad de fabricación, en lugar de basarse en una sola propiedad. Una mejor integración de datos y los flujos de trabajo automatizados pueden ayudar a los laboratorios a gestionar los resultados, pero la selección del instrumento debe seguir basándose en métodos validados y condiciones de ensayo pertinentes.

Para analizar una compra, prepare descripciones de las muestras, niveles de transmisión previstos, normas aplicables, condiciones ambientales, volumen anual y formato de informe requerido. Consulte con paratronix los equipos de ensayo disponibles y las soluciones complementarias para vapor de agua, fugas o resistencia del sellado, y solicite especificaciones y condiciones de servicio específicas para cada configuración. Antes de realizar el pedido, verifique que cualquier equipo de ensayo de permeabilidad al oxígeno propuesto admita el método requerido.