Pourquoi un matériau capable de permettre la perméation de l’oxygène nécessite-t-il autant de termes pour le décrire ?

Vous avez acheté un appareil pour mesurer la perméabilité de l’oxygène. Lorsque vous avez reçu le rapport d’essai, vous avez vu des termes tels que OTR, quantité d’oxygène traversant la membrane, coefficient de perméabilité, coefficient d’osmose, perméabilité du gaz, etc. Ces termes ne sont pas des expressions commerciales, mais plutôt des noms donnés par différents standards pour décrire le processus physique de passage du gaz à travers une membrane, sous différentes conditions. Si vous ne comprenez pas ces termes, vous ne pourrez pas comparer correctement les données fournies par différents laboratoires et différents appareils.

1. Teneur en oxygène transmis par l’éponge / Quantité d’oxygène transmise par l’éponge (OTR / O₂GTR)

C’est un terme très courant. Il désigne le volume d’oxygène qui pénètre une surface donnée de la membrane plastique au cours d’une unité de temps, sous des conditions d’essai déterminées. L’unité la plus utilisée est le cm³/(m²·24h), tandis que l’unité SI est le mol/(m²·s). Le méthode de coulomb (ASTM D3985, ISO 15105-2, ISO 15105-2) et la méthode de différence de pression peuvent tous deux être utilisées pour mesurer ce paramètre. Cependant, la méthode de coulomb est spécifiquement conçue pour l’oxygène, car elle offre une sensibilité plus élevée et convient donc aux matériaux à forte barrière.

II. Coefficient de perméabilité à l’oxygène (Oxygen Permeance, P O₂)

Il convient de noter que le terme chinois “coefficient de perméabilité” peut prêter à confusion, car il pourrait être perçu comme une propriété intrinsèque du matériau. Cependant, dans les normes ISO 15105-2 et ASTM D3985, ce terme correspond au terme anglais “Permeance” : c’est-à-dire le rapport entre la perméabilité à l’oxygène et la différence de pression d’oxygène entre les deux côtés de la membrane. La unité de mesure est en cm³/(m²·24h·0,1MPa). Ce coefficient prend en compte l’influence de la différence de pression, ce qui le rend plus adapté pour des comparaisons entre différentes conditions.

III. Coefficient de perméabilité à l’oxygène / Coefficient de pénétration de l’oxygène (Oxygen Permeability Coefficient)

Le coefficient de perméabilité désigne le rapport entre la perméabilité et l’épaisseur de la membrane. Il est exprimé en cm³·cm/(m²·24h·0,1MPa) ou en mol·m/(m²·s·Pa). C’est une propriété intrinsèque du matériau, mais les normes indiquent que ce coefficient n’a de sens que pour des matériaux monocomposés homogènes. Les coefficients de perméabilité obtenus pour des matériaux multicouches ne sont pas fiables et ne doivent donc pas être utilisés à la légère.

IV. Taux de perméabilité des gaz (GTR) et méthode par différence de pression

La norme ASTM D1434 étend sa portée d'application de l'oxygène à n’importe quel gaz. Elle définit ce qu’on appelle le taux de transmission du gaz (Gas Transmission Rate, GTR) : la quantité de gaz qui traverse une surface parallèle donnée de la membrane en plastique, au cours d’un temps donné. La méthode basée sur la différence de pression (ISO 2556, ISO 2556) est souvent utilisée pour mesurer le GTR. Ce dernier peut être mesuré pour divers gaz tels que l’oxygène, le dioxyde de carbone, l’azote, l’hydrogène, l’hélium, etc.

V. Différences dans les noms utilisés pour désigner la perméance et le coefficient de perméabilité

Les termes utilisés selon différents standards ne sont pas uniformes : l’ASTM D1434 désigne la quantité “divisée par la différence de pression” comme Permeance, tandis que la quantité “multipliée par la épaisseur” est appelée Permeability. En revanche, l’ISO 2556 utilise simplement le terme “taux de transmission du gaz”. Le standard ISO 2556 désigne respectivement ces quantités comme “quantité de passage” et “coeficience de passage”. Lors de la comparaison des données, il est essentiel de vérifier les unités : cm³/(m²·24h·0.1MPa) correspond à la Permeance, tandis que cm³·cm/(m²·24h·0.1MPa) correspond au coefficient de perméabilité.

VI. Facteur de diffusion et facteur de solubilité (P = D × S)

Selon le modèle de dissolution et de diffusion, on peut expliquer que les gaz sont d’abord dissous dans la membrane, puis diffusent à travers celle-ci. Le coefficient d’infilttration P est égal au produit du coefficient de diffusion D et du coefficient de solubilité S (P = D × S). Ainsi, pour obtenir une bonne barrière contre l’infiltration, certains matériaux se distinguent par leur difficulté à être dissous, tandis que d’autres se distinguent par leur difficulté à être diffusés. Comprendre ce principe permet de déterminer, lors du choix des matériaux, si il est plus efficace de modifier la formule chimique ou la épaisseur du matériau.

Définitions dans les normes

  • ASTM D3985 : Le taux de pénétration en oxygène (O₂GTR) désigne le volume d'oxygène qui pénètre par unité de surface horizontale de la membrane plastique, au cours des conditions d’essai définies.
  • ASTM D1434 §3.1.1 : Le taux de pénétration des gaz (GTR) désigne la quantité de gaz qui pénètre par unité de surface horizontale de la membrane en plastique, au cours d’une période de temps donnée, sous des conditions déterminées.
  • ASTM D1434, paragraphe 3.1.2 : La perméabilité est définie comme le rapport entre la capacité de passage du gaz et la différence de pression gazeuse entre les deux côtés de la membrane.
  • ASTM D1434, paragraphe 3.1.3 : Le coefficient de perméabilité est défini comme le produit du débit de perméation et de l’épaisseur de la membrane. Ce concept n’a de sens que pour des matériaux homogènes.
  • ISO 15105-2 / ISO 15105-2 : Les unités courantes pour indiquer la perméabilité à l’oxygène sont les cm³/(m²·24h) ; le coefficient de perméabilité à l’oxygène est également exprimé en cm³/(m²·24h·0,1MPa).
Produit associé · Assistance technique
Conseil de sélection : Si votre échantillon est constitué de films à forte barrière pour l’emballage alimentaire ou pharmaceutique, il est préférable d’utiliser un tester de perméabilité à l’oxygène par méthode coulombienne (par exemple, la série LabStone OTR-E) pour mesurer la perméabilité des films. Si vous souhaitez mesurer plusieurs types de gaz ou différentes épaisseurs de matériaux en même temps, alors il sera nécessaire de considérer un tester de perméabilité aux gaz par méthode de différence de pression. Lorsque le terme “coefficient de perméabilité” apparaît dans le rapport, veillez d’abord à savoir si il fait référence à “permeance” ou à “perméabilité”, avant de tirer des conclusions.

Source d’ citation

  • ISO 15105-2 « Plastiques en feuille ou en lamelle – Tests de perméabilité à l’oxygène – Méthode de détection par coulombométrie » (reprise de la norme ISO 15105-2:2003)
  • ASTM D3985-17 : Méthode de test standard pour déterminer le taux de transmission de l’oxygène à travers des films et des feuilles plastiques, en utilisant un capteur coulométrique.
  • ISO 2556 « Plastiques – Filaments et feuilles – Méthodes d’essai de perméabilité aux gaz – Partie 1 : Méthode par différence de pression » (remplace la norme ISO 2556)
  • ASTM D1434-23 : Méthode de test standard pour déterminer les propriétés de perméabilité au gaz des films et pellicules plastiques.
  • ISO 15105-2:2003 Plastiques — Films et feuilles — Détermination du taux de transmission des gaz — Partie 2 : Méthode à pression égale
  • ISO 2556:2001 Plastiques — Détermination du taux de transmission des gaz dans les films et les feuilles minces sous pression atmosphérique