Por que existe tantos termos relacionados a “permeabilidade ao oxigênio”?
Você comprou um dispositivo para medir a permeabilidade do oxigênio. Ao receber o relatório de teste, você encontrará uma série de termos como OTR, quantidade de oxigênio permeado, coeficiente de permeação, coeficiente de penetração, etc. Esses termos não são meras frases promocionais, mas sim nomes dados por diferentes padrões para descrever o processo físico de “gás passando por uma membrana”. Se você não conseguir entender esses termos, não será possível comparar corretamente os dados fornecidos por diferentes laboratórios e instrumentos.
I. Taxa de permeação de oxigênio / Quantidade de oxigênio permeado (OTR / O₂GTR)
Este é um termo muito utilizado. Refere-se ao volume de oxigênio que passa por uma área específica de película plástica, em unidades de tempo. A unidade comumente usada é cm³/(m²·24h), enquanto a unidade SI é mol/(m²·s). Tanto o método de coulomb (ASTM D3985, ISO 15105-2, ISO 15105-2) quanto o método de diferença de pressão podem ser utilizados para medição deste valor. No entanto, o método de coulomb é mais adequado para oxigênio, pois possui maior sensibilidade e é indicado para materiais com alta barreira protetora.
II. Coeficiente de permeabilidade ao oxigênio (Oxygen Permeance, PO₂)
Vale ressaltar que a expressão “coeficiente de permeação” pode levar à ideia errônea de que se trata de uma propriedade inerente ao material. No entanto, de acordo com as normas ISO 15105-2 e ASTM D3985, esse termo corresponde ao termo em inglês “Permeance”: ou seja, a relação entre a permeabilidade do oxigênio e a diferença de pressão entre as duas faces da película. A unidade utilizada é cm³/(m²·24h·0,1MPa). Esse coeficiente leva em consideração o efeito da diferença de pressão, tornando-o mais adequado para comparações entre diferentes condições de uso.
III. Coeficiente de permeabilidade ao oxigênio / Coeficiente de transmissão do oxigênio (Oxygen Permeability Coefficient)
O coeficiente de permeabilidade, ou seja, a taxa de permeação, é definido como: permeabilidade × espessura da película. A unidade utilizada é cm³·cm/(m²·24h·0,1MPa) ou mol·m/(m²·s·Pa). Este é um atributo intrínseco do material, mas as normas estabelecem que esse valor só é significativo para materiais monomarcados homogêneos. Para materiais compostos por múltiplas camadas, o “coeficiente de permeabilidade” obtido não é confiável e não deve ser utilizado sem cuidado.
IV. Taxa de permeação de gases (GTR) e método do diferencial de pressão
A norma ASTM D1434 expande o escopo de aplicação do oxigênio para qualquer gás. Define a “taxa de transmissão de gás” (Gas Transmission Rate, GTR): a quantidade de gás que passa por uma determinada área de superfície paralela ao tempo. O método de diferença de pressão (ISO 2556, ISO 2556) é frequentemente utilizado para medir a GTR. É possível medir a GTR para vários tipos de gases, como oxigênio, dióxido de carbono, nitrogênio, hidrogênio e hélio.
V. Diferenças na nomenclatura entre permeabilidade e coeficiente de permeabilidade
Os padrões de referência utilizados não são unificados: o ASTM D1434 chama “Permeance” para a quantidade obtida pela divisão entre o diferencial de pressão, e “Permeability” para a quantidade obtida pela multiplicação entre essa quantidade e a espessura do material. Já o ISO 2556 chama diretamente “gas transmission rate” para a primeira quantidade, e “Permeability” para a segunda. Em relação aos dados comparativos, é importante verificar as unidades: “cm³/(m²·24h·0.1MPa)” representa a permeância, enquanto “cm³·cm/(m²·24h·0.1MPa)” representa o coeficiente de permeação.
VI. Coeficiente de difusão e coeficiente de solubilidade (P = D × S)
Essencialmente, o processo de dissolução e difusão pode ser explicado por meio de um modelo matemático: primeiro, a substância gasosa se dissolve na membrana; em seguida, ela se difunde através dela. O coeficiente de permeação P é igual ao produto do coeficiente de difusão D e do coeficiente de solubilidade S (P = D × S). Portanto, mesmo que os materiais tenham alta barreira protetora, alguns são “difíceis de dissolver”, enquanto outros são “difíceis de difundir”. Compreender isso é essencial para decidir se é mais eficaz alterar a fórmula ou a espessura do material.
Definições contidas no padrão
- ASTM D3985: A taxa de permeação de oxigênio (O₂GTR) refere-se ao volume de oxigênio que permeia uma unidade de área superficial paralela da película plástica, em unidades de tempo, sob condições de teste específicas.
- ASTM D1434 §3.1.1: A permeabilidade de gases (GTR) refere-se à quantidade de gás que passa por uma determinada área de superfície do material plástico, em unidades de tempo, sob condições específicas.
- ASTM D1434 §3.1.2: A permeabilidade é a relação entre a capacidade de passagem do gás e a diferença de pressão entre os dois lados da película.
- ASTM D1434 §3.1.3: O coeficiente de permeabilidade é definido como o produto da permeabilidade pela espessura da película. Este parâmetro é útil apenas para materiais homogêneos.
- ISO 15105-2 / ISO 15105-2: Unidades comuns para a medição da permeabilidade do oxigênio: cm³/(m²·24h); unidade do coeficiente de permeabilidade: cm³/(m²·24h·0,1MPa).
Fontes de referência
- ISO 15105-2 “Folhas de plástico – Teste de permeabilidade ao oxigênio – Método de detecção com cátodo de coulomb” (adotado a partir da norma ISO 15105-2:2003)
- ASTM D3985-17: Método padrão para determinação da taxa de transmissão de oxigênio através de películas e chapas plásticas, utilizando um sensor coulométrico.
- ISO 2556《Plásticos – Filmes e lâminas – Métodos de teste da permeabilidade ao gás – Parte 1: Método de diferença de pressão》 (substituindo o standard ISO 2556)
- ASTM D1434-23: Método padrão para determinar as características de permeabilidade ao gás de películas e chapas plásticas.
- ISO 15105-2:2003 Plásticos — Filmes e chapas — Determinação da taxa de transmissão de gases — Parte 2: Método de pressão igual
- ISO 2556:2001 Plásticos — Determinação da taxa de transmissão de gases em películas e folhas finas sob pressão atmosférica
