Muitos que trabalham com ensaios de filmes de alta barreira partilham a mesma perplexidade: um filme de plástico comum dá um resultado de gás em horas, mas o EVOH demora um dia inteiro, o PVDC mais, e um compósito de alumínio-plástico não mostra quase nenhuma variação de pressão mesmo após muito tempo. Porque é que o ensaio de alta barreira demora tanto?
Porque é que o EVOH demora um dia
Os numerosos grupos hidroxilo do EVOH formam uma rede densa de ligações de hidrogénio, dando centenas de vezes a barreira ao oxigénio/azoto de um filme de PE comum. Num ensaio de pressão diferencial o gás tem de atravessar camada após camada de cadeias moleculares, pelo que a permeação é extremamente lenta. O vacuómetro do lado de baixa pressão tem de recolher gás suficiente para formar uma variação de pressão reconhecível antes de se poder calcular uma taxa estável; o EVOH apenas entrega alguns pascais por hora — por vezes menos de 1 Pa — daí 20 horas ou mais de acumulação.
Porque é que o PVDC é mais lento e o alumínio-plástico quase imensurável
As cadeias do PVDC são mais ordenadas e apertadas, com cristalinidade muito alta, pelo que a sua taxa de transmissão é uma ordem de grandeza inferior à do EVOH; após mais de dez horas a variação de pressão do lado baixo pode continuar abaixo de 10 Pa, pelo que costumam ser precisas 30 horas ou mais, e 40+ em graus de barreira ultra-alta. Um compósito de alumínio-plástico tem um núcleo de folha metálica cuja taxa teórica é essencialmente nula; a leve permeação provém quase por inteiro de poros, defeitos de camada ou fugas de borda. A quantidade de gás é tão pequena que a variação do lado baixo pode ficar abaixo de 1 Pa — sob a resolução de um vacuómetro convencional — produzindo a situação de «quase imensurável».
Porque é que a evacuação e a dessorção importam
A evacuação não é uma formalidade. Em ensaios de alta barreira, até um vestígio de gás residual na câmara pode exceder o gás total que permeia pela amostra, falseando diretamente os dados. A evacuação tem dois fins: primeiro, eliminar o ar e a humidade adsorvidos nas câmaras, na tubagem e na superfície da amostra para que não se libertem lentamente e perturbem a vigilância do lado baixo; segundo, levar a pressão inicial do sistema para perto do vácuo e eliminar a interferência de fundo na origem.
A dessorção importa igualmente. À pressão normal, as paredes da câmara, da tubagem e a superfície da amostra adsorvem muito ar e humidade; ao bombear para vácuo, essas moléculas libertam-se devagar. Em ensaios de alta barreira a quantidade libertada pode exceder a que permeia pela amostra; começar antes de a dessorção estabilizar fará ler o gás libertado como permeação da amostra e produzir valores muito acima da realidade.
O que afeta a duração do ensaio
- Grau de barreira do material — quanto maior a barreira, menos gás passa por unidade de tempo e mais longa a acumulação;
- Resolução do vacuómetro — um intervalo de sensor maior eleva o piso de resolução e exige mais tempo para acumular variação;
- Velocidade de dessorção do sistema — paredes mais rugosas e mais impurezas adsorvidas implicam estabilização mais longa;
- Estabilidade da temperatura ambiente — oscilações maiores obrigam o instrumento a gastar mais tempo a compensar a interferência térmica;
- Nível de vácuo do sistema — pequenas fugas forçam ensaios mais longos para o ajuste;
- Espessura da amostra — a mesmo material, mais espesso implica caminho mais longo e permeação mais lenta;
- Tipo de gás — moléculas maiores permeam mais devagar;
- Volume da câmara — uma câmara de baixa pressão maior mostra uma variação menor para a mesma permeação;
- Precisão exigida — uma repetibilidade mais apertada exige mais pontos estáveis;
- Pré-tratamento — mais solvente/humidade residuais na superfície implicam desgaseificação mais longa.
Como encurtar o tempo mantendo a precisão
Pré-secar a amostra para eliminar a humidade superficial reduz muito a carga de dessorção; após a montagem, prolongar a pré-evacuação para a dessorção terminar mais cedo; escolher um vacuómetro de pequeno intervalo e alta precisão adequado ao grau de barreira em vez de um sensor de intervalo grande em amostras de permeação muito baixa; e planear lotes para aproveitar a janela estável noturna.
Para a precisão: manter a temperatura ambiente em ±0,1 °C, verificar regularmente a taxa de fugas para que a fuga do sistema fique muito abaixo da permeação da amostra, esperar pela estabilização completa da dessorção antes de começar e fixar condições de fim sensatas para cada grau de barreira. Um sistema de vácuo rápido, válvulas de precisão e controlo inteligente podem quase reduzir para metade um ciclo que antes levava dezenas de horas, mantendo dados conformes com a GB/T 1038 e normas similares.
