A ASTM D3985 é o método de ensaio padrão para a taxa de transmissão de gás de oxigênio (OTR) de filmes plásticos, folhas, laminados, coextrusões e papel ou tecidos revestidos de plástico usando um sensor coulométrico, com a edição atual designada D3985-24. O espécime divide uma célula de difusão em duas câmaras: oxigênio puro flui de um lado, enquanto um gás portador de nitrogênio varre o outro, e o oxigênio que permeia o filme é quantificado por um sensor coulométrico trabalhando na lei de Faraday. Uma vez que o estado estável é alcançado, o instrumento lê a taxa de transmissão diretamente. Sob a condição padrão de 23 °C, 0% de umidade relativa e uma área de ensaio de 50 cm², os resultados são relatados em cm³/(m²·dia), juntamente com a permeância do oxigênio e, para materiais homogêneos, o coeficiente de permeabilidade. Como a detecção é absoluta em vez de comparativa, o método é amplamente utilizado para embalagens alimentares, farmacêuticas e médicas sensíveis ao oxigênio, onde a vida útil depende diretamente da entrada de oxigênio.
1. Como o sensor coulométrico transforma oxigênio em corrente
O sensor coulométrico funciona de acordo com a lei de eletrólise de Faraday: cada molécula de oxigênio que entra no sensor participa de uma reação eletroquímica que libera uma quantidade fixa de carga elétrica, de modo que a corrente do sensor é diretamente proporcional ao fluxo de oxigênio que chega do filme. Esta relação absoluta é a razão pela qual a química dos sensores não precisa de curva de calibração empírica, e na prática distingue a detecção coulométrica dos métodos de sensores relativos, onde cada leitura depende do valor assumido de um filme de calibração. O gás portador é nitrogênio contendo 0,5 a 3,0 por cento de hidrogênio com não mais de 100 ppm de oxigênio - a pequena fração de hidrogênio mantém o cátodo do sensor em seu estado ativo reduzido - enquanto o gás de teste é oxigênio de pelo menos 99,5 por cento de pureza. A detecção é contínua e não destrutiva, de modo que o instrumento pode observar o sinal subir e confirmar exatamente quando a espécime atinge a permeação em estado estável.
2. Espécimens e as condições de teste padrão
A área de ensaio exposta na célula de difusão é de 50 cm², a espessura da amostra é registrada como a média de pelo menos cinco medições e as amostras com rugas, pregos ou buracos de alfinete são desqualificadas. A edição atual exige pré-condicionamento dos espécimes em um desecador por pelo menos 48 horas, porque a condição padrão é de 23 °C e 0% de umidade relativa com temperatura controlada dentro de ±0,5 °C; outras combinações de temperatura e umidade são permitidas por acordo. Essa opção é importante para barreiras sensíveis à umidade, como o EVOH, cuja transmissão de oxigênio aumenta bruscamente em alta umidade relativa. O padrão seco muitas vezes surpreende os laboratórios usados para trabalhar WVTR a 90% RH - para OTR a condição padrão deliberadamente isola o filme da umidade para que os resultados permaneçam comparáveis entre laboratórios. O relatório das condições de condicionamento e de ensaio ao lado de cada resultado faz parte do método, uma vez que os valores OTR tomados em diferentes níveis de umidade não são intercambiáveis.
A corrida começa com a purga: ambas as câmaras celulares são lavadas com nitrogênio a 50 a 60 mL / min por 3 a 4 minutos para remover o ar, o fluxo do transportador é então reduzido para 5-15 mL / min e mantido por 30 minutos, e a leitura zero E0 é registrada. O oxigênio é então ligado para o lado do gás de ensaio — um fluxo de cerca de 60 ± 10 mL/min é típico — e a corrente do sensor sobe até estabilizar-se em Ee. OTR segue de OTR = (Ee − E0) × Q / (A × RL), onde Q é a constante do sistema, A a área de ensaio e RL a correção de vazamento, relatada em cm³/(m²·dia). Filmes finos com altos coeficientes de difusão alcançam o estado estável em 30 a 60 minutos, enquanto estruturas mais grossas ou mais complexas geralmente precisam de várias horas antes de a leitura se assentar.
3. Calibração, controle de qualidade e resultados típicos
A calibração do sistema usa filmes de referência certificados rastreáveis pelo NIST para estabelecer a constante do instrumento, e o método espera que a eficiência do sensor esteja na faixa de 95 a 98 por cento. Uma verificação de vazamento de rotina executa uma folha de metal impermeável ao oxigênio como espécime: um sistema saudável lê essencialmente zero. Os dados inter-laboratórios publicados com o método mostram valores OTR de aproximadamente 0,06 cm³/(m²·dia) para PET aluminizado e cerca de 0,30 para um laminado EVOH com boa repetibilidade e reprodutibilidade - números que também ilustram as coberturas de detecção coulométrica da faixa dinâmica, desde estruturas metalizadas de alta barreira até filmes não revestidos várias ordens de magnitude maiores. Essas verificações pertencem a todas as rotinas de laboratório: um sensor que sai da sua banda de eficiência ou uma selagem de células vazando produz números plausíveis que exageram ou subestimam silenciosamente o verdadeiro desempenho de barreira do filme.
4. Escolhendo entre métodos de pressão igual e de pressão diferencial
A ASTM D3985 é um método de pressão igual: ambos os lados do filme estão à pressão ambiente, a força motriz é a diferença de pressão parcial do oxigênio e a espécime não carrega nenhuma tensão mecânica - o que se adapta a materiais finos e de alta barreira. Sua contraparte internacional é a ISO 15105-2, o método de pressão igual com detector coulométrico. Métodos de pressão diferencial como ASTM D1434 ou ISO 2556 puxar um vácuo ou aplicar pressão em um lado para criar aproximadamente uma atmosfera de força motriz; filmes muito macios podem se deformar, e as condições do lado do vácuo são difíceis de conciliar com a embalagem real. Um padrão coulométrico nacional equivalente serve o mesmo papel de arbitragem para filmes laminados e bolsas nos padrões de produtos da China. Ambas as abordagens relatam a mesma quantidade física, por isso as tabelas de comparação entre métodos são comuns nas folhas de dados dos fornecedores. Qualquer que seja o método escolhido, ele deve corresponder às especificações do cliente e ser indicado por número no relatório de teste.
- ASTM D3985-24: Método de sensor coulométrico para a taxa de transmissão de oxigênio de filmes plásticos, chapas e laminados
- Condição padrão: 23 °C, 0% RH, temperatura dentro de ±0,5 °C, área de ensaio de 50 cm², pré-condicionamento seco ≥48 h
- Gás transportador: nitrogênio + 0,5-3,0% de hidrogênio (≤100 ppm de oxigênio); gás de teste: oxigênio ≥99,5%
- Sequência: purgar 50-60 mL/min por 3-4 min → portador 5-15 mL/min, mantenha 30 min → E0 → oxigênio em → Ee
- OTR = (Ee − E0) × Q / (A × RL) em cm³/(m²·dia); verificação de vazamento de folha metálica deve ler ≈ 0
- contraparte internacional ISO 15105-2; uma norma coulométrica nacional equivalente serve como método de arbitragem para filmes laminados
