Mediciones fáciles y rápidas de la permeabilidad de películas y membranas
Descripción de los desafíos técnicos
Los materiales permeables se utilizan en una gran variedad de aplicaciones, como el envasado de alimentos y los productos de higiene y salud, tal como el papel, el cartón, el plástico, el caucho y el algodón, entre otros. Las superficies permeables contienen poros a nivel molecular que permiten el paso de determinados fluidos.
La permeabilidad de un material no es un defecto, sino una propiedad general del material. La permeabilidad se debe a una porosidad intrínseca del material. Los poros pueden ser grandes (rango micrométrico) o muy pequeños (rango subnanométrico).
Dependiendo de su "química", el material permeable puede ser bastante selectivo permitiendo el paso de algunos fluidos mientras que otros quedan casi completamente bloqueados. Un ejemplo común son las membranas hidrofóbicas, como el PTFE, que bloquean el agua líquida, pero dejan pasar el aire y el vapor de agua.
Las mediciones de permeabilidad pueden ser una ventaja cuando se utilizan en muchas aplicaciones de fabricación de polímeros y papel en las que los fluidos penetrantes podrían alterar las propiedades (durabilidad, olor, sabor) del producto. Dado que los distintos materiales tienen diferentes capacidades de permeación, conocer el índice de permeabilidad suele ser crucial para desarrollar nuevos productos. Los parámetros que influyen en la permeabilidad son el fluido penetrante, la presión aplicada, la temperatura, el grosor del material y la superficie.
La permeabilidad se mide en unidades SI de mol/(m s Pa).
La permeabilidad de las películas y las membranas puede determinarse observando el paso de los fluidos de interés a través del material específico durante un tiempo determinado. Sin embargo, este método tiene algunos inconvenientes, ya que requiere mucho tiempo y a veces es complicado.
La solución de INFICON
Un método alternativo para realizar mediciones rápidas es utilizar el hidrógeno como molécula modelo y medir las moléculas de gas que atraviesan una membrana con la ayuda de un detector de fugas de INFICON. La solución aquí explicada puede adoptarse para el control de calidad del material o para determinar las propiedades de permeabilidad del mismo. Esto último requiere amplios estudios del material que incluyan mediciones de correlación entre el gas hidrógeno y los fluidos de interés para cada membrana o película.
Además de un instrumento de detección de fugas, también se requerirá una botella de gas trazador y un nido personalizado (cámara y accesorio que mantiene la membrana en su lugar).
El procedimiento comienza con la cámara de gas llena de gas trazador de hidrógeno a una sobrepresión muy pequeña utilizando el cargador de gas trazador TGF11 de INFICON. El gas de la cámara permea a través de la membrana y se acumula en la cámara de pruebas.
El proceso de permeación será lento al principio y se acelerará cuando la membrana se llene de gas. Para conseguir el mayor flujo de permeación, es recomendable esperar a que la membrana esté totalmente saturada antes de empezar a medir. Una vez saturada, la cámara de ensayo se debe purgar para eliminar el gas trazador y empezar a medir el tiempo. Luego se debe esperar hasta que el gas trazador se acumule en la cámara de prueba antes de medir la concentración de hidrógeno en su interior con la ayuda de la sonda de muestreo AP29ECO y el detector de fugas de hidrógeno Sensistor ISH2000. Esto permitirá determinar cuántos mol/s pasaron a través de la membrana. Conociendo el espesor de la membrana y la presión del gas trazador, se pueden calcular fácilmente los valores de permeabilidad en la unidad SI mol/(m s Pa).
Una vez finalizada la medición, el cargador de gas trazador TGF11 elimina el gas trazador de forma controlada evitando la contaminación del área de trabajo.
El gas utilizado para las mediciones de permeabilidad es una mezcla de gas no tóxico, 100% ecológico y no inflamable (5% H2/95% N2).
Beneficios de la prueba de fugas con instrumentos de INFICON
- Mediciones rápidas y sencillas
- Evita la interpretación del tamaño de la fuga por parte del operador: se obtiene una medición precisa
- Método seco
La intención de esta nota de aplicación es proporcionar información general. En aras de la simplicidad, se han omitido algunos factores relevantes o sólo se han tratado de forma marginal. Para obtener información más detallada sobre cómo medir la permeabilidad de las membranas y las películas, póngase en contacto con nosotros!