Los materiales no tejidos, caracterizados por su estructura similar a una red y su producción sin tejido ni punto, se han aplicado ampliamente en diversas industrias, como la salud, el envasado y la filtración. Comprender la tasa de transmisión de vapor de agua (TRVA) de estos materiales es crucial por numerosas razones.
En el ámbito sanitario, la TRVA influye en el rendimiento de los apósitos para heridas y los pañales, garantizando una gestión adecuada de la humedad y previniendo la irritación de la piel.
En el ámbito del envasado, la TRVA determina la vida útil de los productos, especialmente de aquellos sensibles a la humedad, como los alimentos y los productos farmacéuticos.
En el ámbito de la filtración, la TRVA desempeña un papel fundamental en la eficiencia de los filtros de aire y líquidos, afectando su capacidad para eliminar contaminantes.
La necesidad de las pruebas de WVTR
Medir con precisión la WVTR en materiales no tejidos es esencial por muchas razones, entre ellas:
- Desarrollo de productos: Ayuda a los investigadores a desarrollar y optimizar materiales con propiedades WVTR personalizadas para satisfacer las necesidades específicas de cada aplicación. La precisión de los resultados es crucial al diseñar estructuras no tejidas.
- Control de Calidad: Facilita el control de calidad al identificar variaciones en el rendimiento WVTR del material, lo que ayuda a identificar posibles defectos y variabilidad. Nota: Para estos materiales con alta WVTR, un método de prueba que ofrezca tiempos de respuesta rápidos y un alto rendimiento es clave para una evaluación eficiente del material.
- Cumplimiento normativo: Muchas industrias, como la alimentaria, la farmacéutica y la fabricación de dispositivos médicos, están sujetas a normas regulatorias que especifican los límites de WVTR. Por lo tanto, las pruebas de WVTR son fundamentales para demostrar el cumplimiento de estas regulaciones y evitar posibles problemas legales.
- Predicción de la vida útil: Permite predecir la vida útil de los productos envasados estimando la velocidad a la que la humedad penetra el material de envasado. Esta información es valiosa para determinar las condiciones de almacenamiento y las fechas de caducidad adecuadas.
- Selección de materiales: Ayuda a ingenieros y diseñadores a seleccionar los materiales no tejidos más adecuados para aplicaciones específicas, basándose en sus propiedades de barrera contra la humedad. Esto puede resultar en ahorros de costos y un mejor rendimiento del producto.
- Salud del paciente: Las empresas de dispositivos médicos confían en las pruebas WVTR para garantizar que sus productos no tejidos (como mascarillas y batas quirúrgicas, cintas médicas e incluso productos para la incontinencia) se mantengan transpirables y estériles, evitando así la filtración de microbios dañinos. Los materiales no tejidos son lo suficientemente pequeños como para que estos microbios no puedan atravesarlos y el producto se mantenga esterilizado.
Desafíos de WVTR
Factores ambientales
Uno de los desafíos importantes en la medición de WVTR en materiales no tejidos utilizando métodos gravimétricos tradicionales (como ASTM E96) es la dificultad de controlar la fuerza impulsora de la permeación del vapor de agua. Esta fuerza impulsora se ve influenciada principalmente por la diferencia de humedad entre las dos caras de la película y es crucial para obtener resultados precisos.
Estos dos lados incluyen:
- Control de humedad en el lado húmedo: Generar una humedad relativa (HR) conocida y controlada en el lado húmedo de la película puede ser un desafío, especialmente al trabajar con materiales altamente permeables. La alta tasa de permeación de vapor de agua de los no tejidos crea una cámara de aire en reposo que varía rápidamente entre el agua en la copa y la muestra de prueba. Esto dificulta mantener una HR constante.
- Humedad en el lado seco: incluso si el lado húmedo se mantiene a una HR controlada, la superficie del lado “seco” a menudo tendrá un nivel de humedad significativamente más alto, lo que crea una capa límite que es diferente de la humedad de la cámara, lo que produce una humedad más alta e imprecisa en el lado “seco” de la película.
La combinación de humedad no controlada/desconocida en ambos lados de la película puede hacer que los resultados de la medición sean inexactos e inconsistentes entre diferentes laboratorios.
Estos factores ambientales afectan significativamente la precisión de las mediciones de WVTR obtenidas mediante métodos gravimétricos al probar materiales con una transmisión muy alta. Incluso cambios leves en estas condiciones durante la prueba pueden generar resultados inconsistentes. Controlar y mantener condiciones estables durante todo el proceso de prueba es crucial, pero puede ser un desafío. Las técnicas más avanzadas (como las utilizadas en
ASTM D6701) Se necesitan para superar estos desafíos.
Una solución para la tasa de transmisión de vapor de agua
ASTM D6701 Es un método altamente preciso y confiable para medir la WVTR en materiales no tejidos. A diferencia de los métodos gravimétricos convencionales (como ASTM E96) D6701 utiliza una cámara de humedad controlada, una película protectora con una alta capacidad de transmisión de vapor de agua y un sensor electrónico para monitorear el vapor de agua transmitido.
Resumen del método
1. Aparato: Se crea una celda de difusión utilizando una cámara seca (con flujo de nitrógeno), una película protectora y una cámara húmeda. Con agua contra la película protectora, se puede aplicar una humedad extremadamente alta a la muestra de prueba sin humedecer físicamente su superficie. El nitrógeno seco, gas portador, que fluye a través de la cámara se dirige a un sensor de vapor de agua.
2. Prueba de película protectora: se realiza una prueba inicial para medir la WVTR de la película protectora y el espacio de aire entre esta y el conjunto del evaporador, que genera una humedad relativa del 100 %.
3. Prueba de material de prueba no tejido: la muestra de película se monta en la celda de difusión (debajo de la película protectora) y se analiza el WVTR total del sistema (película protectora + material de prueba).
4. Cálculo de WVTR: El instrumento calcula la tasa de transmisión del material de prueba mediante una ecuación de resistencia. WVTRTM = [1/WVTRTotal - 1/WVTRGF]-1
5. Evaluación del Equilibrio: Con base en la información del operador, el instrumento identifica cuándo las lecturas indican que las muestras han alcanzado el equilibrio, lo que marca el final de la prueba. Dado que los no tejidos son transmisores de alta WVTR y se equilibran rápidamente, las muestras pueden completar la prueba en pocas horas, lo que agiliza el proceso.
Ventajas de ASTM D6701:
- Medición precisa de WVTR: la cámara de humedad controlada y la tecnología de sensor avanzada garantizan mediciones precisas de WVTR.
- Eliminación de desafíos gravimétricos: el método evita las limitaciones de los métodos gravimétricos tradicionales, como el control de la humedad en ambos lados de la película.
- Estandarización: Como método ASTM estandarizado, D6701 proporciona un enfoque confiable y consistente para las pruebas WVTR.
MOCON: Proveedor exclusivo del aparato D6701
Las pruebas tradicionales de E96 para estos materiales con una WVTR muy alta pueden ser problemáticas y generar discrepancias entre laboratorios. El método instrumental desarrollado por MOCON (fabricante de analizadores de permeación instrumental automatizados durante casi seis décadas) aborda las preocupaciones sobre E96 con un instrumento que produce resultados consistentes para estos altos transmisores. De hecho, MOCON definió el método y actualmente es el único proveedor del equipo necesario para realizar la prueba ASTM D6701.
El equipo ha demostrado precisión y repetibilidad en múltiples laboratorios como lo demuestran los datos del Estudio interlaboratorio (ILS) ASTM 6701.
El instrumento puede analizar hasta seis muestras a la vez, lo que proporciona un alto rendimiento para los laboratorios de control de calidad.
Como el mayor fabricante de instrumentos de permeación del mundo, MOCON ofrece lo siguiente:
- PERMATRAN-W® 101K analizador de permeación: Este instrumento proporciona un control preciso de la humedad y la temperatura dentro de la cámara de prueba, lo que permite realizar mediciones precisas de WVTR de materiales no tejidos de alta transmisión.
- Películas y accesorios de calibración: una variedad de accesorios para respaldar las pruebas ASTM D6701, incluidos estándares de calibración y portamuestras.
- Soporte técnico: Soporte técnico integral a los clientes, asistiendo en la selección de equipos, calibración y procedimientos de prueba.
Conclusión
Las pruebas precisas de WVTR son esenciales para comprender el rendimiento de los materiales no tejidos en diversas aplicaciones. Si bien la medición de WVTR puede presentar dificultades, la norma ASTM D6701 proporciona un método fiable y estandarizado para obtener resultados precisos. Los equipos y el soporte técnico de MOCON son cruciales para lograr pruebas precisas de WVTR, garantizando que los fabricantes cumplan con los requisitos normativos, optimicen el diseño de sus productos y mejoren su calidad general.