Domande Packaging

12. DESCRIVERE LE TECNICHE DI MISURA DELLA PERMEABILITA’ AI GAS E VAPORI (METODO ISOSTATICO-

METODO QUASI ISOSTATICO-METODO DINAMICO INDICANDONE LE CARATTERISTICHE E

PECULIARITA’

Sperimentalmente per determinare la permeabilità all’ossigeno si utilizzano delle macchine che si dividono in due

tipologie: macchine basate su un sistema quasi isostatico e macchine basate su un sistema isostatico.

Le macchine basate su sistema quasi isostatico sono costituite da una semicella superiore e inferiore ed il provino

del materiale viene posizionato tra le due facce delle semicelle. Lo scopo è quello di creare una forza motrice che

permette il passaggio di un gas dalla cella superiore a quella inferiore e di misurare la quantità di gas che passa

nella cella inferiore in un determinato tempo. Queste prove sono molto costose quindi si utilizzano solitamente delle

condizioni esasperate ovvero si va a creare la massima forza motrice. Il gas test come ad esempio l’ossigeno viene

inserito nella cella superiore in modo da avere una differenza di forza motrice di 1bar tra i due lati del materiale e in

quella inferiore in modo da eliminare tutto l’ossigeno presente. Il film plastico che viene utilizzato come prova ha

una superficie permeabile nota definita dall’area del materiale ed uno spessore noto. La semicella inferiore presenta

un sistema di campionamento dell’aria ovvero un’aliquota viene inviata ad un gascromatografo per la sua

determinazione. Quindi si parte da una condizione di forza motrice di 1bar di ossigeno e man mano nel tempo si ha

un aumento della quantità di gas. Si ha una fase iniziale (tempo di ritardo) che rappresenta la fase di assorbimento

dove le molecole del gas vanno ad occupare gli spazi utili sulla superficie rivolta verso la parte alta e la diffusione

inizia poi ad avvenire a velocità costante. Intanto che il gas passa dalla semicella superiore a quella inferiore, si

accumula al di sotto e questo accumulo fa modificare le pressioni parziali quindi la forza motrice, ovvero la curva del

grafico inizierà ad appiattirsi. Quindi da questo grafico si può ricavare la quantità di gas.

Questo metodo di misura presenta il difetto di non permettere un mantenimento della forza motrice durante la

prova mentre un vantaggio è che nella semicella superiore è possibile caricare più gas alla volta ognuno con la

propria forza motrice quindi è possibile misurare più gas.

Il metodo di misura isostatico presenta il campione di area e spessore noto che si posiziona tra le due semicelle;

in entrambe viene fatto circolare del gas alla medesima pressione assoluta. Nella semicella superiore viene fatto

passare un unico gas test alla volta ma viene fatto fluttuare continuamente mentre in quella inferiore un gas poco

permeabile. La semicella inferiore non è collegata al gascromatografo ma vi è un gas di trasporto che allontana le

molecole di gas che passano nella semicella (sistema di rivelazione selettivo che le allontana con un sensore

specifico per ogni gas e permette di registrare l’aumento di concentrazione). La forma motrice è sempre

massimizzata perché quello che passa nella semicella inferiore viene sempre allontanato quindi la lettura non è

influenzata dalla variazione della forza motrice. Questo metodo risulta molto accurato e sensibile per le

caratteristiche dei sensori specifici che si impiegano ma, per contro, ha il limite di misurare la permeabilità di un gas

per volta e, soprattutto, richiede un’operazione di preliminare taratura. Il grafico che si ottiene permette di prendere

il valore di quantità di gas nella zona di raggiungimento della velocità costante.

Nel caso del vapore acqueo è possibile fare una misurazione utilizzando il cloruro di calcio il quale viene

confezionato in un imballaggio con area e spessore noto e viene pesato al tempo zero, dopo di chè viene messo in

un essiccatore in cui si crea all’interno con una soluzione salina un UR del 90% o del 100% e quindi si va a pesare

periodicamente questo imballaggio e l’aumento del peso in funzione del tempo darà origine al gas transmission

rate.

Il metodo dinamico è quello utilizzato negli strumenti automatici di misura della WVTR (permeabilità al vapore

acqueo); nella semicella inferiore è contenuta dell'acqua distillata ed in quella superiore è alloggiato un elemento

sensibile all' umidità relativa ed un sistema di circolazione di aria secca per portare, periodicamente ad un valore

prefissato di umidità il comparto superiore. I sensori di umidità utilizzati sono degli elementi che variano la

conducibilità elettrica in funzione dell’umidità relativa o dei sensori ad infrarosso tarati per rilevare l’assorbimento

dovuto alla presenza di acqua. Gli strumenti sono termostatabili a diverse temperature e misurano con precisione il

tempo necessario perché vari di una piccola proporzione l'umidità della semicella superiore. Il tempo misurato viene

confrontato con quello registrato per un campione standard di riferimento a permeabilità nota e trasformato in

valore di WVTR.

13. QUALI SONO LE DISCONTNUITA’ INTERESSATE AL PROCESSO DI PERMEAZIONE DI GAS E VAPORI DI

POLIMERI PLASTICI?

Il passaggio di aeriformi può avvenire solo attraverso delle discontinuità della materia.

Si possono distinguere diversi tipi di discontinuità come:

fessure e/o rotture come conseguenza di abrasioni o danneggiamenti fisici; qualsiasi tipo di flusso gassoso può

- interessare questo tipo di discontinuità, così come il passaggio di liquidi o di microrganismi. È un fenomeno

non prevedibile e non quantificabile.

fori e canali micro e macroscopici che sono conseguenza di perforazioni o di una distribuzione non uniforme di

- cariche, pigmenti oppure di difetti delle saldature; qualsiasi tipo di flusso può interessare questa discontinuità

ed il passaggio di liquidi ed aeriformi non è prevedibile ed è difficilmente quantificabile.

Quindi fessure, rotture e canali danno luogo a flussi di tipo capillare, ovvero non si parla di permeazione.

lacune intra molecolari: in molecole di grandi dimensioni è possibile che vi sia spazio sufficiente per il passaggio

- di sostanze gassose o di vapori; anche queste discontinuità possono variare la loro dimensione per effetto di

moti termici

lacune intermolecolari: queste lacune sono conseguenza della natura e della morfologia del polimero, hanno

- dimensioni non costanti perché soggette ai moti molecolari.

Queste lacune sono ineliminabili, non è possibile creare un materiale polimerico senza queste lacune ma è possibile

agire sulla formulazione o sulla tecnologia di produzione ad esempio riducendo o aumentando questi spazi intra e

intermolecolari. Ogni polimero ha delle caratteristiche di interazione con il gas e il vapore specifiche ed uniche.

Quindi il passaggio di aeriformi attraverso la struttura del polimero viene definito con il temine permeabilità ed

avviene solo se esiste un gradiente di concentrazione (o di pressione) tra due lati del materiale.

14. METTERE IN ORDINE DI PERMEABILITA’ CRESCENTE ALL’OSSIGENO I SEGUENTI POLIMERI: PP- EVOH-

PET (si veda lezione 3, slide 36)

L’ordine di permeabilità crescente all’ossigeno è: PP, PET, EVOH.

15. DARE UNA DEFINIZIONE DI PROPRIETA’ ELETTROMAGNETICHE DEFINENDO QUALI REGIONI DELLO

SPETTRO SONO PIU’ IMPORTANTI (E PERCHE’) PER I MATERIALI DI PACKAGING

La radiazione elettromagnetica è un fenomeno fisico di natura energetica, un alternarsi ciclico di campi elettrici e

magnetici concatenati, generati da oscillazioni di cariche elettriche, variabili in intensità con legge sinusoidale e

perpendicolari alla direzione in cui si muovono le radiazioni. Questa radiazione è caratterizzata da una lunghezza

d’onda ed una frequenza. Le radiazioni elettromagnetiche sono suddivise in radiazioni ionizzanti e non ionizzanti.

Quelle ionizzanti comprendo raggi gamma e raggi x mentre quelle non ionizzanti comprendono microonde,

infrarosso, radiofrequenze, raggi ultravioletti e luce visibile.

Le radiazioni più importanti per i materiali di packaging sono i raggi gamma, i raggi x, i raggi ultravioletti, la luce

visibile, l’infrarosso, microonde e le onde radio.

I raggi gamma vengono utilizzati maggiormente per sterilizzare i materiali di packaging e anche gli alimenti; dosi

molto basse possono essere impiegate per proteggere delle derrate alimentari.

I raggi X sono utili nelle linee di produzione per identificare la presenza di corpi estranei all’interno delle confezioni,

ma vengono utilizzati anche per effettuare dei controlli di integrità dei prodotti.

I raggi ultravioletti (UVA, UVB e UVC) sono pericolosi per i materiali di packaging perchè possono danneggiarli.

Quindi il materiale di packaging deve essere protetto, ovvero bisogna aggiungere delle sostanze che bloccano la

trasmissione di queste radiazioni.

La luce visibile è importante per il packaging per il colore perché tramite il colore è possibile percepire la qualità di

un alimento. Molte delle reazioni di decadimento degli alimenti avvengono a causa della radiazione visibile

(fotossidazione).

L’infrarosso è importante per sistemi di riscaldamento e aspetti analitici come spettroscopia infrarossa che serve a

caratterizzare un materiale.

Per le microonde si possono utilizzare solo determinati materiali. Vengono utilizzate per scaldare, scongelare e

sanitizzare i prodotti alimentari.

Le onde radio sono importanti non per aspetti qualitativi del packaging o dell’alimento ma sono fondamentali per i

sistemi di etichettatura e di logistica degli alimenti oppure per i sistemi antifrode.

16. DARE UNA DEFINIZIONE DI TRASPARENZA, OPACITA’ (HAZE), BRILLANTEZZA (GLOSS) INDICANDONE

LE MODALITA’ DI MISURA STRUMENTALE

Le proprietà che permettono la caratterizzazione dei materiali di packaging sono la trasparenza, l'opacità e la

brillantezza. Queste sono proprietà estetiche perché caratterizzano il materiale ma non permettono di avere

informazioni sul livello di protezione che quel materiale offrirà all’alimento.

La trasparenza è una proprietà estetica che viene riferita alla trasmissione di una lunghezza d’onda specifica nella

regione visibile che è 550nm. Può essere valutata usando una sorgente luminosa standard e valutando il rapporto

tra l’intensità della luce trasmessa su quella incidente. Generalmente si impiega uno spettrofotometro. Adottando

procedure di valutazione standardizzate, corrisponde alla trasmittanza speculare di una radiazione luminosa

compresa tra 540 e 560 nm. La trasparenza di un materiale è inversamente proporzionale allo spessore.

L’opacità è un’altra caratteristica estetica dei materiali trasparenti ma la sua determ