Tous les matériaux ont une certaine perméabilité.

L’effet barrière de ces polymères permet de contenir la composition gazeuse à l’intérieur d'un emballage ce qui améliore la durée du produit emballé.

1. Perméabilité au gaz et perméation de masse.

La perméabilité au gaz est en général exprimée comme un coefficient de perméabilité (P) et une perméation de masse (Q). La perméabilité d’un gaz inorganique est déterminée par sa solubilité (S) et son coefficient de diffusion (D).

Le coefficient de perméabilité correspond à une quantité de gaz, en tant que volume, capable de pénétrer par unité d’épaisseur et de surface dans un spécimen sur une période de temps donnée, à température constante et sous un delta de pression. L’unité est le cm3.cm/cm².s.Pa. La perméation de masse correspond au volume de gaz qui perspire par surface pour un spécimen spécifique, à température constante et sous un delta de pression. L’unité est le cm3.cm/cm².d.Pa.

On peut utiliser la formule suivante :

P = Q x d

d = épaisseur du matériau

Selon le standard de test utilisé, de nombreuses autres unités sont possibles comme cm³/m².d.atm, ml(STP)/m².d, etc. Une table de conversion peut alors s'avérer utile.

case_gasdoorlaatbaarheid.jpg

2. Coefficient de perméabilité à la vapeur d’eau et taux de transmission

La perméabilité à la vapeur d’eau est exprimée comme un coefficient de perméabilité à la vapeur d’eau et un taux de transmission. C’est ce dernier qui est le plus couramment utilisé.

Le coefficient de perméabilité à la vapeur d’eau (Pv) correspond au volume de vapeur d’eau qui perspire par unité d’épaisseur et de surface d’un spécimen au cours d’une période de temps donné, sous température spécifiée, sous humide relative contrôlée et avec un delta de pression de la vapeur. L’unité est g.cm/cm².s.Pa. Le taux de transmission à la vapeur d’eau (WVTR) correspond à une quantité d’eau qui pénètre un m² d’un échantillon d’épaisseur définie, durant 24 heures et sous température spécifiée, sous humide relative contrôlée et avec un delta de pression de la vapeur. L’unité est le g/m².24h.

Comme pour la perméabilité au gaz, des unités différentes existent.

case_waterdoorlaatbaarheid.jpg

3. Le besoin de tester les propriétés barrières d’un emballage.

Afin d’expliquer le besoin de tester les propriétés barrières d’un emballage, prenons l’exemple d’une bouteille à capsule. Précisément, le test doit prendre en compte pour cet exemple la barrière de la capsule, celle de la bouteille et l’interface entre les deux. Dans la mesure où les propriétés barrière de l’emballage peuvent influer directement sur la qualité du contenu, nous nous concentrons sur ces propriétés. Un des paramètres primordiaux à tester est la barrière à l’oxygène. En effet, l’oxydation est le principal facteur de détérioration des contenus. Bien entendu d’autres gaz peuvent également jouer un rôle négatif comme l’azote, le dioxyde de carbone, etc…

La perméabilité à l’oxygène est souvent testée selon la norme ASTM F1307.

Voici quelques résultats

dans le tableau ci-dessous:

case_zuurstofdoorlaatbaarheid.jpg

La perméabilité à l’oxygène des bouteilles plastiques listées est principalement comprise entre 0.02 et 0.4 ml/pkg.day. Avec un matériau barrière adaptée, les emballages peuvent atteindre une perméabilité à l’oxygène inférieure à 0,02 ml/pkg.day.

4. Comment sélectionner une méthode de test de perméabilité au gaz?

Comparaison entre les méthodes à pressions égales et à pressions différentielles.

Pour les méthodes à pressions différentielles, le vide est la méthode la plus répandue. Dans cette méthode, la diffusion du gaz testé au travers d’un échantillon ne se fait que dans un sens. On est alors dans le cadre d’une autodiffusion et elle peut être décrite par la loi de Fick. Pour les méthodes à pressions égales, on utilise généralement un capteur. Dans la mesure où les deux faces de l’échantillon sont soumises à une pression égale, il y a diffusion dans les deux sens. Il s’agit alors d’une inter-diffusion. Les résultats de tests ont pu montrer que les deux méthodes peuvent donner des résultats complètement différents. Le choix de la méthode est par conséquent crucial.

Avantages de la méthode avec vide

Cette méthode permet de tester tous types de gaz excepté les gaz toxiques ou corrosifs. Seule une infime quantité de gaz est nécessaire pour réaliser le test. Dans la mesure où cette méthode ne consomme pas de consommables, ça fait d’elle une méthode relativement bon marché. La pollution gazeuse de l’environnement du test est négligeable car la chambre de test est évacuée jusqu’à une pression inférieure à 27 Pa avant de la remplir avec le gaz pur du test.

Avantages de la méthode avec capteur

Dans la mesure où une pression constante et par ailleurs égale est maintenue des deux côtés de l’échantillon, cette méthode évite la rupture du matériau qui pourrait être dû à un gros différentiel de pression entre les deux côtés. Avec cette méthode, pratiquement tous les types d’emballage peuvent être testés. Cela permet notamment d’éviter les erreurs d’approximations que l’on peut avoir lorsqu’on ne teste qu’une partie de l’emballage. Comme cette méthode utilise l’azote comme gaz porteur, elle ne peut pas être employée pour mesurer la perméabilité à ce gaz.