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| O “Conceito” Permeabilidade |
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A permeabilidade a gases e vapores em materiais plásticos é de suma importância na indústria de embalagens. Nenhum material plástico se constituí numa barreira completa à difusão de moléculas de gases ou vapores. isto ocorre devido à influência das três características estruturais do material :
O termo “permeação” aplica-se à difusão de moléculas de gases ou vapores através dos espaços intermoleculares.
Como os polímeros são substâncias de natureza macromolecular, nem todos os espaços em sua estrutura são ocupados por moléculas. Existem muitos espaços vazios, onde moléculas de dimensões, similares a estes podem estar localizadas.
O tamanho dos espaços na estrutura de um polímero depende do estado físico em que se encontra (vítreo, elástico ou cristalino). No caso de um polímero amorfo que se encontra acima de sua temperatura de transição vítrea (Tg), isto é, no estado elástico, os segmentos moleculares têm considerável mobilidade, de tal forma que existe um apreciável “volume livre” na massa do polímero. Por outro lado existe, devido à mobilidade segmental, uma maior probabilidade de que um segmento molecular, em um determinado momento, se mova fora da trajetória da molécula que se difunde através do mesmo, sendo, portanto, a velocidade de difusão nos materiais elásticos superior à dos outros estados.
Abaixo da temperatura de transição vítrea, os segmentos têm pouca mobilidade, e como resultado, surge uma diminuição do “volume livre”, o qual significa que, não só haverá menos espaços vazios, como também a partícula que difunde terá um caminho muito mais tortuoso através do polímero. Em torno da temperatura de transição vítrea aparecem uns pequenos efeitos complicados, devidos em parte a que as partículas que se difundem através do polímero podem atuar de forma similar a um plastificante, dando origem a uma diminuição da temperatura de transição vítrea efetiva.
As estruturas cristalinas têm um maior grau de empacotamento molecular e, estas zonas cristalinas são quase impermeáveis, de tal forma que a difusão só pode ocorrer praticamente nas zonas amorfas ou através das zonas de imperfeição. Disto se deduz que os polímeros cristalinos, em geral, apresentam uma maior resistência à difusão do que os polímeros vítreos e os elastoméricos.
A difusão de gases e vapores através de filmes ou estruturas homogêneas de plásticos abrange a dissolução do permeante numa superfície do plástico e sua evaporação na outra superfície. Este processo é geralmente caracterizado pelo coeficiente de permeabilidade (P), cujo valor depende do permeante, do plástico e da interação entre eles, a qual é definida por :
P = D . S |
(1) |
O coeficiente de solubilidade (S) é diretamente proporcional à concentração do permeante na superfície do plástico. O coeficiente de difusão (D) refere-se a velocidade de difusão do permeante pelo gradiente de concentração através do filme.
Tanto para vapores como para gases , o coeficiente de difusão (D) aumenta com o aumento da temperatura. O coeficiente de solubilidade (S), aumenta com a temperatura para gases e diminuem para vapores.
O comportamento de difusão e solubilidade pode, em casos particulares, ser muito complexo. Para finalidades práticas, tais como seleção de materiais para embalagem, “P” é o parâmetro de principal interesse.
Um conhecimento exato da permeabilidade do recipiente plástico é geralmente um fator decisivo no cálculo preciso da vida útil de um produto. A permeabilidade, em termos práticos, pode ser definida por meio da seguinte equação :
P = ____q . x_____ A . t . (p 1 – p 2) |
(2) |
onde q é a quantidade de gás difundida através de um filme com uma área supercial A e uma espessura x sobre um período de tempo t, e onde (p 1 – p 2) é a diferença entre as pressões parciais nas duas faces do filme ou nas paredes do recipiente.
A permeabilidade dos vários termoplásticos a gases e vapores influencia a escolha e a utilização efetiva destes materiais em uma variedade de embalagens, tubos e outras aplicações de performance específica.
Além da permeabilidade a gases e ao oxigênio em particular, um conhecimento da permeabilidade ao vapor de água é de grande importância quando se está selecionando o plástico mais adequado para embalagem e preservação de gêneros alimentício, alguns dos quais necessitam ser completamente isolados da umidade extena, enquanto outros preservam-se melhor, em recipientes que são permeáveis a vapor de água.
A permeabilidade a vapor de água é um caso especial de permeabilidade a gases e segue os mesmos princípios gerais levando-se em consideração a rápida condensabilidade do vapor de água e a natureza dos polímeros. Em geral, os polímeros hidrofóbicos, assim como os hidrofílicos possuem uma permeabilidade a vapor de água muito próxima do valor teórico dentro de uma faixa de temperaturas e pressões parciais.
Com relação à permeabilidade e aromas e substâncias orgânicas em geral, nós podemos dizer que baixa permeabilidade pode ser importante por duas razões : a primeira é que os conteúdos das embalagens serão protegidos contra a absorção de odores estranhos; a segunda é que não haja nenhuma perda de aroma.
É possível estabelecer de uma maneira geral que as leis de permeabilidade são válidas para estes vapores orgânicos bem como para outros gases, desde que eles não modifiquem a estrutura do polímero.
A permeabilidade dos plásticos, por exemplo, ao oxigênio, varia amplamente : poliestireno e poliolefinas, por um lado, transmitem oxigênio a índices relativamente altos; PVDC, EVOH, PVOH e BAREX (AN/MA), por outro lado, têm muito baixos índices de transmissão de oxigênio. Estes materiais não oferecem, obviamente, uma barreira absoluta ao oxigênio como aquela fornecida pelo vidro, alumínio e aço. eles, entretanto são aceitos pela indústria como um padrão suficiente para serem chamados de “resinas barreira” : um índice de transmissão de oxigênio não superior a 1 cm 3 por 100 polegadas quadradas por 1 mil de espessura por 24 horas à umidade relativa zero.
A maiores níveis de umidade relativa, a permeabilidade ao oxigênio pode aumentar significativamente. Em relação à permeabilidade ao vapor de água, em geral, os polímeros nitrílicos e os copolímeros EVOH são pobres barreiras à umidade. Polietileno e polipropileno são boas barreiras e podem ser usados como camada barreira se for requerida somente proteção contra vapor de água. PVDC é o único polímero de alta barreira que tem excelente impermeabilidade, tanto ao oxigênio como ao vapor de água.
o conceito de impermeabilidade, o qual é essencial para manter o produto embalado fresco, seja ou não um gênero alimentício, envolve vários aspectos. (ver Figura 1)
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Instituto Avançado do Plástico |