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Adsorbimento selettivo dell’umidità

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I setacci molecolari sono zeoliti sintetiche a porosità calibrata, utilizzati per produrre sacchetti disidratanti destinati ad applicazioni particolari, quando il gel di silice o l’argilla attivata non sono adatti. Per l’adsorbimento dell’umidità si impiegano normalmente il tipo 4 e 3 A.

Il loro impiego ha senso in due casi: quando nell’ambiente sono presenti altri gas che non devono essere rimossi insieme all’umidità, e quando l’umidità deve essere adsorbita e trattenuta anche a temperature elevate. Fuori da questi casi, il gel di silice o l’argilla attivata offrono una prestazione equivalente sono più facili da gestire.

La struttura: perché l’adsorbimento è selettivo

Il setaccio molecolare è un allumino-silicato con una struttura tridimensionale di canali e cavità di dimensione regolare. L’apertura dei pori determina quali molecole possono entrare ed essere trattenute: nei setacci 3A e 4A vengono adsorbite solo le molecole sufficientemente piccole e polari, come l’acqua.

Questa regolarità è la differenza sostanziale rispetto al gel di silice e all’argilla attivata, che sono adsorbenti non selettivi: trattengono l’umidità, ma anche altri gas presenti nell’aria.

Interruttori ad alta tensione

L’applicazione in cui la selettività è indispensabile riguarda gli interruttori ad alta tensione a gas isolante (anti-arco voltaico). Qui l’obiettivo è rimuovere l’umidità residua senza sottrarre il gas isolante: un disidratante non selettivo adsorbirebbe entrambi, alterando la composizione del gas e la sua funzione. Il setaccio molecolare, grazie alla calibrazione dei pori, risolve questo problema in modo specifico.

Prestazioni ad alta temperatura

A differenza degli altri disidratanti utilizzati nell’imballaggio industriale, i setacci molecolari adsorbono e trattengono l’umidità anche ad alte temperature. Il gel di silice e l’argilla attivata iniziano a perdere efficacia già intorno ai 50 °C; il setaccio molecolare mantiene una buona capacità disidratante anche oltre i 120 °C.

La sua temperatura di rigenerazione supera i 300 °C: anche in presenza di temperature molto alte, il materiale non rilascia l’umidità adsorbita. Per lo stesso motivo, in condizioni normali un setaccio molecolare è praticamente impossibile da rigenerare.

Perché non viene impiegato per la protezione dei container

Nei container il problema è assorbire grandi quantità di umidità a temperatura ambiente: non servono né selettività né resistenza al calore. La soluzione corretta è il cloruro di calcio (Levodry Gel).

Applicazioni farmaceutiche

Nel settore farmaceutico il setaccio molecolare viene spesso utilizzato, ma nella maggior parte dei casi non presenta vantaggi reali rispetto al gelo di silice. La performance del setaccio molecolare e del Gel di Silice sono praticamente identiche (entrambi i materiali hanno una capacità disidratante del 20% del loro peso in condizioni di test standard 40% di umidità relativa e 23°C). Il setaccio molecolare potrebbe tornare utile qualora all’interno della confezione del farmaco sia necessario rimuovere l’umidità e non altri gas, ma si tratta di casi molto rari.
Spesso si fa la considerazione, corretta, che la velocità con cui il setaccio molecolare adsorbe l’umidità sia maggiore di quella degli altri disidratanti, ma in condizioni normali e in packaging di piccole dimensioni si tratta di una differenza a malapena misurabile.
In pratica

  • Setaccio molecolare = zeolite sintetica (tipicamente 3A o 4A) ha porosità calibrata, adsorbimento selettivo dell’umidità.
  • Quando è necessario rimuove l’umidità senza captare anche altri gas e se si deve trattenere l’umidità anche a temperature elevate (attivo a 120 °C, rigenerazione oltre 300 °C).
  • Nei container non serve: la soluzione corretta è il cloruro di calcio (Levodry Gel).
  • Nel campo d’applicazione farmaceutico le prestazioni di adsorbimento sono paragonabili al gel di silice; il vantaggio di velocità è marginale.
  • I nostri tecnici sono a disposizione per consigliarvi il disidratante più corretto da utilizzare in funzione del risultato che dovete ottenere.

Puoi contattarci adesso per maggiori informazioni: 0039 011 96 43 430 + info@levosil.com

Perché le norme di settore sono fondamentali per clienti?

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Come si determina la capacità di adsorbimento di un disidratante?

La capacità di adsorbimento di un disidratante si determina in laboratorio, esponendo il materiale ad aria con temperatura e umidità relativa controllate e misurando quanta acqua trattiene fino all’equilibrio. Il risultato dipende sempre dalle condizioni di prova: lo stesso prodotto assorbe quantità molto diverse di umidità a seconda del clima a cui è esposto. Per questo le norme DIN 55473 e MIL-D-3464E fissano condizioni di prova standard, che permettono di confrontare i sacchetti disidratanti (amichevolmente chiamati anche “sali disidratanti”, “sali essiccanti” o “sali antimuffa”) su una base unica e uguale per tutti i produttori.

Perché le norme di settore sono importanti per i clienti?

I sacchetti disidratanti che si usano negli imballaggi (nelle scatole, per intenderci) vengono prodotti utilizzando generalmente tre disidratanti:

  • Gel di silice: disidratante di sintesi, il più utilizzato nelle applicazioni farmaceutiche e alimentari.
  • Argilla attivata (definita a volte anche “argilla espansa”, ma non c’entra niente): disidratante naturale, adatto alla maggior parte delle applicazioni industriali.
  • Setacci molecolari: zeoliti con porosità calibrata, per applicazioni che richiedono un adsorbimento selettivo solo sull’umidità o la capacità di rimuovere l’umidità anche ad alte temperature (anche a questo prodotto sarà bene dedicare un documento di approfondimento, perché è poco diffuso e poco conosciuto).

Come vedremo, la capacità di tutti i disidratanti varia in funzione delle condizioni di temperatura e umidità relativa in cui vengono utilizzati ed è per questo che negli anni sono state create normative tecniche per regolarne l’uso, la produzione e le modalità di test. Le normative emesse negli anni sono un utile strumento per il cliente, in quanto gli permettono, in un panorama in cui le dichiarazioni mirabolanti sulle proprietà dei disidratanti sono la norma, di capire esattamente come valutare i vari prodotti.

La norma più attiva ad oggi è la DIN 55473.

La capacità dipende dalle condizioni di prova

Un disidratante non ha una capacità di assorbimento “assoluta”. La quantità di acqua che riesce a trattenere all’equilibrio dipende da due variabili: la temperatura e l’umidità relativa dell’aria a cui è esposto. 

In realtà interviene anche la pressione atmosferica, ma nelle condizioni normali di utilizzo il suo effetto è trascurabile.

Più alta è l’umidità relativa, più acqua il materiale adsorbe. La temperatura agisce in due direzioni: fa aumentare la capacità del disidratante ma, man mano che ci si avvicina alla temperatura di rigenerazione del materiale, inizia a far rilasciare l’umidità nell’ambiente e dunque ne diminuisce la capacità, fino ad annullarla totalmente.

Esempio: 100 g di gel di silice in due climi diversi

  • A 23 °C e 40% di umidità relativa, 100 g di gel di silice adsorbono circa 24 g di vapore acqueo (valore tipico).
  • A 23 °C e 80% di umidità relativa, gli stessi 100 g adsorbono circa 35 g (valore tipico).

Stesso prodotto, stessa quantità: Un dato di capacità senza indicazione di temperatura e umidità relativa, preso da solo, non ha alcun significato.

Nella pratica, se un produttore vi dice che il suo disidratante “assorbe di più” perché raggiunge valori più elevati, è molto probabile che il test sia stato eseguito a un’umidità relativa più alta.

In altre parole: il numero è corretto.
Ma il contesto cambia completamente il suo significato.

La norma è una garanzia per il cliente

Le norme fissano esattamente le condizioni di prova, in modo che i prodotti possano essere confrontati su una base unica.

La DIN 55473, ad esempio, definisce l’unità disidratante (DIN Unit) come la quantità di materiale che, in equilibrio con aria a circa 23 °C, adsorbe:

  • almeno 3,0 g di vapore acqueo al 20% di umidità relativa
  • almeno 6,0 g al 40%

Due sacchetti dichiarati “da 1 unità” secondo questa norma garantiscono quindi una prestazione minima identica, indipendentemente dal produttore o dal materiale disidratante.

La norma DIN stabilisce anche le modalità in cui i sacchetti disidratanti vanno imballati: altro argomento che tratteremo separatamente per approfondirlo come si deve. Iniziamo però a dire che Levosil consegna i suoi prodotti imballati in HDPE per evitare che si saturino parzialmente prima dell’uso, cosa che ne farebbe diminuire la capacità disidratante. Spesso ci si concentra sui numeri della performance, ma si trascura di considerare come mantenere questa performance nel tempo.Levosil sui suoi prodotti garantisce una shelf life di due anni.

Perché si testa a 23 °C e 40% di umidità relativa

Le condizioni di prova a bassa umidità relativa non sono una scelta arbitraria: misurano l’acqua realmente trattenuta.

L’umidità adsorbita al 20-40% di umidità relativa è legata stabilmente nella porosità più fine del granulo e non viene rilasciata nell’imballaggio. Al contrario, l’acqua assorbita in un test all’80% di umidità relativa è in parte trattenuta debolmente, per condensazione capillare nei pori più grandi: se l’umidità relativa dell’ambiente si abbassa, quella quota extra viene facilmente rilasciata.

Un valore misurato all’80% di umidità relativa è quindi un dato bello da vedere, ma non rappresenta la protezione reale che il disidratante offre dentro l’imballaggio. Prima di confrontare due schede tecniche, verificate sempre che le condizioni di prova siano dichiarate e identiche.

Vale anche la pena ricordare che, se l’umidità relativa all’interno di un imballaggio arriva all’80%, il problema non è più la differenza tra 24 g e 35 g di capacità.
A quel punto, il problema è l’imballaggio.

In pratica: attenzione ai numeri

Un valore misurato ad alta umidità relativa è:

  • tecnicamente corretto
  • ma poco rappresentativo dell’utilizzo reale

È un dato che colpisce.

Ma non descrive la protezione effettiva che il disidratante può garantire all’interno dell’imballaggio.

Prima di confrontare due schede tecniche, è sempre necessario verificare che le condizioni di prova siano dichiarate e identiche.

E i disidratanti per container al cloruro di calcio?

Lo stesso principio vale per i sacchetti disidratanti al cloruro di calcio utilizzati all’interno dei container per il trasporto marittimo. Anche in questo caso circolano sul web dichiarazioni fantasiose ed ottimistiche, che vanno analizzate per essere comprese appieno. Da notare che il proliferare di produttori “ottimisti” sulla performance del loro prodotto è stato ampiamente incentivato dalla mancanza di una norma di settore per questi materiali.

Dedicheremo a questo tema una documentazione specifica.

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