¿Qué tan bien puede una película de barrera impedir que el oxígeno llegue al producto que contiene? Un equipo para medir la permeabilidad al oxígeno de películas de barrera mide la velocidad a la que el oxígeno atraviesa un material en condiciones especificadas, lo que ayuda a los fabricantes a evaluar su capacidad de protección.

Esta medición es especialmente importante para los materiales de envasado utilizados en alimentos, productos farmacéuticos y otras aplicaciones sensibles al oxígeno. Comprender el significado de los resultados puede ayudarle a comparar películas, evaluar su calidad y seleccionar materiales adecuados para los requisitos de su envase.

¿Qué mide realmente un equipo para medir la permeabilidad al oxígeno?

Un equipo para medir la permeabilidad al oxígeno determina con qué rapidez el oxígeno atraviesa una película que separa dos entornos con distintas concentraciones o presiones parciales de oxígeno. Los resultados describen la transmisión en las condiciones de ensayo indicadas.

El resultado más común para películas de envasado es la tasa de transmisión de oxígeno, u OTR. Una OTR más baja generalmente indica que pasa menos oxígeno a través del área ensayada con el tiempo.

Por ejemplo, una película con una OTR de 2 cm³/m²/día transmite menos oxígeno que otra con un valor de 10 cm³/m²/día, siempre que ambos resultados se hayan obtenido en condiciones comparables.

Esta comparación es útil para seleccionar materiales, pero por sí sola no determina la vida útil del producto. La estructura del envase, las condiciones de almacenamiento y la sensibilidad del producto también afectan la exposición al oxígeno.

Según el instrumento y el método, un ensayo también puede proporcionar datos utilizados para calcular la permeabilidad. La OTR y la permeabilidad están relacionadas, pero responden a preguntas distintas.

¿En qué se diferencian la tasa de transmisión de oxígeno y la permeabilidad?

La OTR describe la transmisión de oxígeno a través de una probeta concreta con el espesor ensayado. Se suele expresar en centímetros cúbicos de oxígeno por metro cuadrado al día.

Algunos informes incluyen la diferencia de presión parcial de oxígeno en la unidad, por ejemplo, cm³/m²/día/atm. Compruebe siempre la norma y las convenciones del informe antes de comparar valores.

La permeabilidad es una propiedad del material que relaciona la transmisión con el espesor de la probeta y la diferencia de presión parcial de oxígeno, en condiciones definidas y bajo los supuestos adecuados sobre el material.

En una película uniforme en condiciones de estado estacionario, la permeabilidad se puede calcular a partir de la tasa de transmisión medida, el espesor de la película y la diferencia de presión parcial de oxígeno a través de la probeta.

Este cálculo es especialmente útil al comparar películas del mismo material con distintos espesores. Supone que el material se comporta de manera uniforme y que las condiciones indicadas son compatibles.

Las películas de barrera multicapa requieren más atención. Su rendimiento general depende del espesor y las propiedades de cada capa, por lo que un único valor calculado representa toda la estructura ensayada.

Compruebe si una especificación se refiere a la OTR de una película acabada o a la permeabilidad de un material. Confundir estos valores puede llevar a una decisión de compra o diseño inadecuada.

¿Cómo funciona el ensayo?

En un ensayo típico de películas, se coloca una probeta plana entre dos cámaras. La probeta se sella por los bordes para que el oxígeno tenga que atravesar el área de ensayo expuesta.

Un lado se expone a un gas con un contenido de oxígeno definido, mientras que el otro presenta una presión parcial de oxígeno más baja. Esta diferencia impulsa el paso del oxígeno a través de la película.

Cuando el oxígeno llega al lado receptor, el instrumento lo detecta o cuantifica de otro modo. El cálculo utiliza el flujo de oxígeno medido y el área expuesta para determinar la tasa de transmisión.

Algunos sistemas utilizan un gas portador para transportar el oxígeno transmitido hasta un sensor. Otros métodos se basan en cambios de presión o concentración de gas, según el instrumento y la norma aplicable.

Por lo general, el ensayo continúa hasta que se cumplen las condiciones de medición requeridas, que suelen incluir una tasa de transmisión estable. Las películas de alta barrera pueden necesitar más tiempo para alcanzar un punto final fiable.

Antes del ensayo, puede ser necesario acondicionar las probetas a una temperatura y humedad especificadas. La preparación, el sellado y las comprobaciones de fugas son importantes, ya que una fuga pequeña puede distorsionar un resultado de baja transmisión.

¿Qué condiciones afectan al resultado de transmisión de oxígeno?

La OTR solo es significativa si se conocen las condiciones del ensayo. Una misma película puede dar resultados diferentes al cambiar la temperatura, la humedad, la composición del gas o el espesor de la probeta.

Temperatura

Por lo general, el oxígeno atraviesa las películas de polímero más rápidamente a medida que aumenta la temperatura, aunque la magnitud del efecto depende del material y de las condiciones del ensayo.

Por lo tanto, un resultado medido a temperatura ambiente puede diferir de uno obtenido en condiciones refrigeradas o a temperaturas elevadas. Elija condiciones que permitan la comparación o se ajusten a la aplicación que se está evaluando.

Humedad relativa

La humedad puede afectar significativamente a las capas de barrera sensibles a la humedad. Por ejemplo, la barrera al oxígeno de algunas estructuras que contienen EVOH puede disminuir al aumentar la humedad relativa.

Al revisar un informe, compruebe la humedad especificada a cada lado de la película. Es posible que los valores medidos en condiciones secas y húmedas no sean directamente comparables.

Espesor y estructura de la película

En un material uniforme, una probeta más gruesa suele ofrecer un recorrido más largo al oxígeno y puede tener una OTR más baja, siempre que las demás condiciones relevantes se mantengan constantes.

En las películas multicapa, además del espesor total, importan la capa de barrera, su espesor y su estado. Un laminado de mayor espesor total no proporciona automáticamente una mejor barrera al oxígeno.

Presión parcial de oxígeno y área expuesta

La concentración y la presión de oxígeno a cada lado determinan la fuerza impulsora de la transmisión. Los informes deben identificar el gas de ensayo y las condiciones de presión pertinentes.

El instrumento también necesita el área expuesta correcta de la probeta para calcular la OTR. Un sellado deficiente o un área incorrecta pueden comprometer los resultados, especialmente en ensayos de materiales de alta barrera.

¿Cómo se debe interpretar un informe de ensayo de OTR?

Empiece por el valor y la unidad indicados y, antes de sacar conclusiones, confirme el método de ensayo, la temperatura, la humedad, el espesor de la probeta y las condiciones del gas.

Compruebe también si el informe identifica la estructura de la película, el procedimiento de acondicionamiento, el número de probetas y cualquier incertidumbre o variabilidad pertinente. Estos detalles ayudan a evaluar si los resultados son comparables.

Supongamos que dos proveedores indican valores de OTR de 1 y 3 cm³/m²/día. El primer valor parece mejor, pero la comparación sigue siendo incierta si difieren la humedad o los gases de ensayo.

Si ambas películas se ensayaron en las mismas condiciones pertinentes, el valor más bajo indica una menor transmisión de oxígeno a través del área ensayada. Aun así, no garantiza un mejor rendimiento del envase.

Considere también la variabilidad, no solo el promedio. Un material con defectos ocasionales o capas de barrera inconsistentes puede suponer un riesgo para la calidad, aunque su resultado promedio cumpla el objetivo.

Para los ensayos de aceptación, acuerde de antemano con el proveedor el método, las condiciones, las unidades de informe y los límites de aceptación. Conserve registros representativos para investigar los cambios a lo largo del tiempo.

¿Una OTR más baja siempre significa un mejor envase?

Una OTR más baja indica una barrera al oxígeno más eficaz para la probeta ensayada en condiciones comparables. El valor de esa mejora depende del producto y del envase.

Los alimentos sensibles al oxígeno pueden beneficiarse de una barrera más eficaz cuando la oxidación afecta al sabor, el color o la calidad nutricional. Los productos farmacéuticos también pueden requerir control del oxígeno, según los datos de estabilidad del producto.

Sin embargo, una OTR excepcionalmente baja de la película puede aportar un beneficio práctico limitado si el oxígeno entra principalmente por los sellos, los cierres u otros componentes del envase.

Asimismo, el oxígeno que ya está en el espacio de cabeza del envase o que ha sido absorbido por el producto puede influir en su estabilidad. El ensayo de películas no mide esos niveles iniciales de oxígeno.

Algunos productos requieren un intercambio de gases controlado, en lugar de la menor transmisión de oxígeno posible. Por ejemplo, las frutas y verduras frescas pueden necesitar un envase diseñado en función de sus requisitos de respiración.

Elija una OTR objetivo teniendo en cuenta la sensibilidad del producto, la vida útil prevista, el diseño del envase y las condiciones de almacenamiento reales. Confirme la elección mediante ensayos adecuados del envase y de estabilidad.

¿Qué información aporta el ensayo de películas sobre un envase acabado?

El ensayo de películas ayuda a caracterizar el material y a comparar estructuras candidatas. Resulta útil durante el desarrollo, la cualificación de proveedores, la inspección de recepción y el control de calidad de fabricación.

Un envase acabado incorpora variables adicionales, como sellos, pliegues, cierres, tensiones de formado y posibles daños. Estas características pueden cambiar la forma en que el oxígeno llega al contenido.

Según el envase y el método, un ensayo del envase completo puede informar la entrada de oxígeno por envase y por día. Este resultado no debe considerarse equivalente a la OTR de una película por unidad de área.

Para obtener una estimación simplificada, multiplique la OTR de la película por el área pertinente para aproximar la transmisión de oxígeno a través de esa área en condiciones coincidentes. La estimación no incluye otras vías de entrada.

Evalúe el envase acabado cuando sean importantes el rendimiento del sellado o la geometría del envase. Combine esos resultados con estudios de estabilidad del producto para determinar si el sistema completo cumple los requisitos previstos.

¿Qué normas se utilizan para ensayar la barrera al oxígeno?

ASTM D3985 se utiliza habitualmente para ensayar la transmisión de oxígeno a través de películas y láminas de plástico mediante un sensor culombimétrico. Se deben comprobar sus procedimientos y su aplicabilidad al material.

ASTM F1927 aborda la transmisión de oxígeno a través de materiales de barrera mediante un detector culombimétrico y con humedad relativa controlada. Puede ser pertinente cuando la humedad afecta al rendimiento de la barrera.

ISO 15105 incluye métodos para determinar las tasas de transmisión de gases a través de películas y láminas de plástico. La parte aplicable depende del método de medición y de los requisitos del ensayo.

Las distintas normas, configuraciones de instrumentos y opciones de acondicionamiento pueden producir resultados difíciles de comparar directamente. Indique en cada informe la norma exacta y la edición utilizada.

Antes de elegir un método, confirme su intervalo de medición, los requisitos de las probetas, la capacidad de control de humedad y su idoneidad para el nivel de barrera previsto. Siga la norma vigente y las instrucciones del instrumento.

¿Qué debe tener en cuenta al elegir un equipo para medir la permeabilidad al oxígeno?

Empiece por los materiales que necesita ensayar y su intervalo de OTR previsto. El instrumento debe poder medir valores lo suficientemente bajos para las probetas de mayor barrera, con una sensibilidad adecuada.

Compruebe el intervalo de medición utilizable en sus condiciones reales, no solo el límite de detección anunciado. Pregunte cómo gestiona el sistema el oxígeno de fondo, las fugas, la calibración y la repetibilidad.

El control de temperatura y humedad debe ajustarse a las condiciones necesarias para el material y las especificaciones. El control independiente de la humedad puede resultar útil cuando las dos superficies de la película están expuestas a entornos distintos.

Tenga en cuenta el tamaño de las probetas, su preparación, la duración del ensayo y el número de celdas de ensayo disponibles. Estos factores determinan si el sistema puede responder a la carga de trabajo prevista en su laboratorio.

Revise las normas admitidas y las funciones de elaboración de informes. Un informe útil debe conservar las condiciones del ensayo, la identificación de las probetas, los resultados y la información necesaria para garantizar la trazabilidad.

Por último, evalúe el mantenimiento, los consumibles, la formación y el soporte técnico. Paratronix Instruments proporciona instrumentos y soluciones para ensayos de envases en aplicaciones que incluyen materiales de envasado de plástico, de alta barrera y farmacéuticos.

Conclusión: convierta un valor de OTR en una decisión útil

Un equipo para medir la permeabilidad al oxígeno mide la facilidad con que el oxígeno atraviesa una película en condiciones especificadas. El resultado de OTR ayuda a comparar materiales y a supervisar la uniformidad de la barrera.

Para que ese valor sea útil, compruebe las unidades, el método, la temperatura, la humedad, el espesor y las condiciones de presión. Compare resultados obtenidos en condiciones equivalentes e investigue la variabilidad antes de seleccionar un material.

A continuación, evalúe el envase acabado y las necesidades de estabilidad del producto. Una barrera adecuada es aquella que permite alcanzar el rendimiento requerido durante toda la vida útil prevista y en las condiciones de almacenamiento establecidas.