TAPPI T 523 Dynamiczny pomiar przenikania pary wodnej przez materiały arkuszowe

W normie „TAPPI T 523 Dynamiczny pomiar przenikania pary wodnej z materiałów arkuszowych” opracowanej przez Stowarzyszenie Techniczne Przemysłu Celulozowego, Papierniczego i Przetwórczego (TAPPI) stwierdza się, że przenikanie pary wodnej przez arkuszowe materiały opakowaniowe, zwłaszcza papier powlekany folie barierowe, w dowolnej normalnej lub wysokiej temperaturze Opisano procedurę wykorzystującą zamkniętą komorę do szybkiej oceny współczynnika (WVTR).

Procedura ta polega na umieszczeniu arkusza próbki pomiędzy pomieszczeniem o dużej wilgotności (wilgotność względna 90 procent) a pomieszczeniem suchym (wilgotność względna 5 procent lub mniej) i określeniu szybkości zmiany wilgoci w suchym pomieszczeniu. Za pomocą krzywej kalibracyjnej wyniki testów dynamicznych można przeliczyć na gramy wilgoci na metr kwadratowy dziennie.

Procedura ta jest metodą ogólną, która pozwala na zastosowanie dowolnego dynamicznego urządzenia pomiarowego. Ta metoda nie jest przeznaczona do żadnych zastosowań związanych z ochroną środowiska, Agencją ds. Żywności i Leków (FDA) ani innymi zastosowaniami regulacyjnymi.

Warunki klimatyczne, na które narażone są materiały opakowaniowe, są bardzo zróżnicowane, dlatego badanie przepuszczalności pary wodnej dowolną procedurą służy raczej porównaniu różnych materiałów niż przewidywaniu ich rzeczywistego działania w terenie. Chociaż niektóre materiały barierowe ulegają zmianom w stanie stałym poniżej 38 stopni, tę podwyższoną temperaturę często wykorzystuje się do przyspieszenia grawimetrycznych testów przepuszczalności wody (TAPPI T 464 Szybkość przenikania pary wodnej przez papier i tekturę w podwyższonej temperaturze i wilgotności). Procedury dynamiczne są na tyle czułe, że nie są wymagane ani niebezpiecznie wysokie temperatury, ani duży gradient wilgotności.

Szybkość przenoszenia wilgoci ze stosunkowo wilgotnej atmosfery przez barierę do bardziej suchej atmosfery zmienia się w czasie, aż do osiągnięcia równowagi. Długość okresu przejściowego różni się w zależności od zdolności badanego materiału do rozpuszczania i zatrzymywania wody. Jeżeli badany materiał pęcznieje, nastąpi również zmiana współczynnika dyfuzji. Na przykład w przypadku hydrofobowej folii z tworzywa sztucznego równowaga jest zwykle osiągana w czasie krótszym niż godzina. Stabilizacja papieru z folią barierową po obu stronach może zająć kilka dni.

Jednakże, stosując procedurę badania dynamicznego, do oceny jakości materiału barierowego można wykorzystać szybkość przenikania pary wodnej przez materiał barierowy w okresie przejściowym. Zmierzone w ten sposób wartości można porównać z wartościami uzyskanymi w warunkach ustalonych lub wykorzystać bezpośrednio do celów kontrolnych, gdy zostanie osiągnięta odpowiednia korelacja. Podstawowym wymogiem badań dynamicznych jest to, aby warunki rządzące przepływem były stałe.

Próbkę materiału do badań pobiera się zgodnie z normą „TAPPI T 400 Próbkowanie i akceptacja pojedynczego papieru, tektury, kartonu lub produktu pokrewnego”. Z każdej jednostki badawczej należy wybrać trzy próbki do badań, wolne od wad, porów i innych wad nietypowych dla materiału oraz o rozmiarach odpowiednich do używanego sprzętu.

Jeśli chodzi o kondycjonowanie, w pełni hydrofobowe próbki testowe nie są wrażliwe na wodę i zadowalającą równowagę można szybko osiągnąć w normalnym cyklu testowym.

Elementy dynamicznego urządzenia pomiarowego wykorzystywane w badaniach to:

• Komora przepuszczalności zaprojektowana w taki sposób, że określony obszar próbki testowej jest umieszczony pomiędzy dwiema komorami. W jednej komorze panuje sucha atmosfera, w drugiej komorze panuje atmosfera o wysokiej wilgotności względnej.
• Układ ściskający umożliwiający szybkie wprowadzanie i wyjmowanie badanej próbki, gdy kuweta jest otwarta i gdy kuweta jest zamknięta, jest odpowiednio uszczelniony, aby zapobiec znacznemu wyciekowi pary wodnej pomiędzy otaczającą atmosferą a suchą komorą.
• Komora wilgotnościowa zawiera elementy umożliwiające utrzymanie wilgotności w granicach plus/minus 2 procent pożądanego poziomu. Używając ciekłej wody lub nasyconej gąbki, można uzyskać zasadniczo nasyconą atmosferę w komorze, przy niewielkiej odległości między cieczą a próbką, ale bez bezpośredniego kontaktu cieczy z próbką. Niższy poziom wilgotności można osiągnąć stosując nasycone roztwory soli zamiast wody lub strumienia gazu o dokładnie kontrolowanej wilgotności.
• Sucha komora, z przyłączami do źródła gazu oczyszczającego, takiego jak azot lub czyste powietrze, jest suszona do wilgotności względnej wynoszącej 5 procent lub mniej, zgodnie z wymaganiami urządzenia. Komorę przepłukuje się suchym gazem, izoluje zaworami i mierzy się gromadzenie się wilgoci. Ważne jest, aby powierzchnie suchej komory nie wchłaniały znacznych ilości wilgoci.
• Czujnik i wskaźnik wilgotności, który szybko reaguje i jest w stanie zmierzyć zmianę wilgotności względnej o 0,05 procent lub mniej. Czujnik mierzy zmianę wilgotności w suchej komorze w celu przeprowadzenia testów. Czujnikiem może być wiązka promieniowania podczerwonego, element oporowy elektryczny lub ogniwo elektrolityczne. Szybkość zmian wilgoci w suchej komorze zależy od czasu potrzebnego do zmiany stężenia pomiędzy dwoma wybranymi poziomami lub jego zmiany w pewnym okresie czasu.
• System kontroli temperatury jest wymagany do utrzymania komory przepuszczalności i próbki testowej w stałej, znanej temperaturze w zakresie plus/minus 0,2 stopnia.

Wśród licznych badań, pomiarów, analiz i ocen, które świadczy dla przedsiębiorstw z różnych sektorów, nasza organizacja świadczy również usługi testowania określone w normie „TAPPI T 523 Dynamiczny pomiar przenikania pary wodnej z materiałów arkuszowych”, z przeszkolonym i doświadczonym personelem i zaawansowany sprzęt technologiczny.