Dentro de nuestro laboratorio de pruebas contratado, a menudo nos preguntan: "¿Qué temperatura se debe utilizar para las pruebas OTR, WVTR o CO2TR?" Esto es difícil de responder, ya que la temperatura se relaciona directamente con el valor de la velocidad de transmisión medida. Si bien imitar las condiciones ambientales esperadas de una película o paquete determinado puede ser un gran comienzo para muchos clientes, estos datos solo cuentan una parte de la historia.
Cuando pensamos en la permeación y en cómo los gases se difunden a través de las muestras de polímeros, es importante comprender que las temperaturas más altas aumentan la "energía" del cuerpo. dentro del sistema y las moléculas que lo permean se mueven (o difunden) más rápido. Para decirlo de manera más simple, las tasas de transmisión aumentan al aumentar la temperatura.
¿Cuánto afecta la temperatura a la velocidad de transmisión?
Como regla general, las tasas de transmisión tienden a duplicarse por cada aumento de 10°C en la temperatura. La relación real es única y cambiará ligeramente según el polímero y el permeante de interés. A continuación se muestra un gráfico de velocidad de transmisión para un polímero que se analizó con temperaturas cada vez más altas (de 20 °C a 80 °C).
Al graficar esta relación, podemos estimar la tasa de transmisión a otras temperaturas. Sin embargo, la naturaleza curva de esta relación dificulta predecir con precisión las velocidades de transmisión. Como se ve a menudo con otras reacciones en la naturaleza, estos datos de temperatura y velocidad de transmisión siguen una relación de Arrhenius. Graficar los datos con un diagrama de Arrhenius (lnTR vs 1/Temp K) puede ser una poderosa herramienta predictiva si los datos muestran una línea recta. Cuando esto ocurre, usando la ecuación lineal de la línea, se puede calcular el OTR para otras temperaturas.
Los gráficos de Arrhenius funcionan bien para determinar valores de velocidad de transmisión que están dentro del rango de los datos del estudio. También hemos visto a clientes utilizar valores de velocidad de transmisión calculados al extrapolar a condiciones de temperatura más bajas (congelador o hielo seco).
Sin embargo, si se extrapola a temperaturas más altas, es importante considerar la
temperatura de transición vítrea del material, que cambia la velocidad de difusión del gas permeante y su relación de Arrhenius. Como ejemplo, el siguiente gráfico incluye resultados OTR adicionales a temperaturas más altas para el mismo material, hasta 120 °C.
Una revisión detallada del gráfico de Arrhenius ilustra que la relación entre velocidad de transmisión y temperatura del material efectivamente cambió. Así lo nota la nueva pendiente hacia los valores de temperatura elevados.
Los datos anteriores refuerzan que los gráficos de Arrhenius funcionan mejor cuando se estiman tasas de transmisión por debajo de la temperatura de transición vítrea del material.
Como cuestión de interés, podríamos considerar si las propiedades de barrera de la muestra se vieron afectadas por el aumento de temperatura por encima de la temperatura de transición vítrea. Una vez que se completó la prueba a 120°C, la temperatura se redujo a 40°C y luego a 30°C, donde se recogió OTR nuevamente.
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Temperatura
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Precalentamiento OTR cc/(m2 x día)
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Postcalentamiento OTR cc/(m2 x día)
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40C
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19.5
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22.8
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30C
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12.9
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15.4
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Esta prueba demostró que la propiedad de barrera OTR de este material cambió al pasar por su punto de transición vítrea. Sin embargo, el cambio no fue drástico y el material se recuperó bien.
Consideraciones clave para los modelos predictivos de temperatura versus tasa de transmisión
Para comprender el impacto de la temperatura en un material determinado, es útil realizar pruebas secuenciales a varias temperaturas diferentes. Una vez que se comprende esta relación, los datos del gráfico de Arrhenius ayudan a calcular tasas de transmisión a temperaturas más drásticas, lo que podría ocurrir con el envío y la distribución.
La gráfica de Arrhenius se vuelve más limitada a temperaturas que exceden la temperatura de transición vítrea del material. Algunos materiales, como el caso de estudio visto anteriormente, pueden verse afectados si se calientan a este nivel. Tanto para los propietarios de marcas como para los coenvasadores, puede ser importante comprender esto, especialmente para los productos con riesgo de almacenamiento a altas temperaturas.
¿Qué temperatura se debe utilizar para las pruebas OTR, WVTR o CO2TR?
Aunque cada cliente y material son únicos, las siguientes pautas son un buen punto de partida.
Para productos sensibles al oxígeno y a la humedad: la mejor estimación de vida útil se determina mediante datos de velocidad de transmisión en condiciones reales de almacenamiento de temperatura y humedad. Puede ser refrigerado, a temperatura ambiente o en un almacén caliente, según el uso del producto.
Para comprender los resultados de TR en rangos de temperatura extremos: Cuando los datos deseados superan los límites de temperatura de su analizador de permeación, se puede generar un gráfico de Arrhenius a partir de una serie de pruebas de temperatura secuenciales para estimar la tasa de transición deseada. a bajas o altas temperaturas. Estos datos se vuelven menos confiables por encima de la temperatura de transición vítrea del material.
Para comparar posibles nuevos materiales de embalaje con un material de control: Los datos más útiles se crean probando los materiales cara a cara en el mismo entorno de prueba.
Condiciones de prueba comunes en la industria
A continuación se detallan las condiciones de prueba comunes de la industria para OTR, WVTR y CO2TR, donde con mayor frecuencia se citan las especificaciones de velocidad de transmisión.
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Temperatura
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Humedad relativa del gas de prueba
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Gas portador derecho
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Oxígeno
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23°C
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Seca (0%)
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Seca (0%)
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23°C
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50%
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50%
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23°C
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50%
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Seca
(0%)
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Vapor de agua
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37.8°C
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100%
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Seca
(0%)
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23°C
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50%
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Seca
(0%)
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Dióxido de carbono
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23°C
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Seca
(0%)
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Seca
(0%)
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En definitiva, nuestros clientes determinan la temperatura que mejor se adapta a las necesidades de su proyecto.