Un foglio di fibre di polietilene che sembra carta
Il tessuto non tessuto in polietilene è un foglio continuo formato da fibre di polietilene ad alta densità, filate e saldate fra loro con il calore e la pressione, senza colle e senza leganti. Al tatto e alla vista somiglia a una carta sintetica, e da lì nasce l’equivoco: non è carta, non contiene cellulosa ed è fatto dello stesso polimero delle taniche e dei film da imballaggio. Il materiale più diffuso di questo tipo si vende con il marchio registrato Tyvek, della società chimica statunitense DuPont, e quel nome commerciale è entrato nell’uso corrente al posto del nome del materiale; nel resto di questa voce si parla del materiale.
Non è nemmeno un tessuto in senso stretto. Un tessuto ha un ordito e una trama, cioè due sistemi di fili incrociati ad angolo retto. Qui i fili non esistono: esistono fibre disposte in ogni direzione e unite nei punti dove si toccano. È la definizione stessa di tessuto non tessuto, e cambia il modo in cui il foglio si piega, si lacera e lascia passare l’aria.
La filatura flash: da una soluzione di polietilene a un velo di fibre
Il processo si chiama filatura flash e non assomiglia alla filatura tessile. Il polietilene viene sciolto in un solvente ad alta temperatura e ad alta pressione, poi la soluzione viene spinta attraverso un ugello dentro una camera dove pressione e temperatura sono molto più basse. Il solvente evapora nell’istante in cui esce, e ciò che resta non è un filo singolo ma un fascio di filamenti sottilissimi, ramificati e collegati fra loro come una rete.
Il fascio viene deposto su un nastro in movimento, strato dopo strato e con orientamenti diversi, poi passa fra rulli caldi in pressione, e nei punti di contatto le fibre fondono l’una nell’altra. Non entra nessun legante, nessun appretto, nessuna carica minerale: il foglio finito è un solo polimero.
Da qui vengono due proprietà che nessuna carta possiede. Le fibre sono continue e non tagliate, quindi non ci sono capi liberi da perdere e il foglio non fa peli. E perché una lacerazione avanzi deve rompere fibre orientate in tutte le direzioni, una per volta, invece di seguire una linea di minore resistenza.
Le condizioni del processo non sono una sola ricetta. Cambiando la velocità di deposizione del velo e i parametri di legatura, lo stesso impianto e lo stesso polimero danno fogli che sembrano materiali diversi: una struttura rigida e cartacea, che piegandosi prende una grinza netta, oppure una struttura morbida e drappeggiabile, che al tatto somiglia a una stoffa.
La deposizione multidirezionale ha poi una conseguenza sul verso del foglio. La carta ha una direzione macchina e una trasversale, perché le fibre si allineano nel senso di avanzamento, e fra le due la resistenza può stare in rapporto di due a uno. Qui gli orientamenti sono tutti, e il foglio si comporta in modo assai più simile nei due versi: non ha una grana da rispettare quando lo si taglia o lo si piega.
Perché lascia passare i gas e trattiene i microrganismi
Il compito che questo materiale deve assolvere è contraddittorio: durante il ciclo di sterilizzazione deve lasciar passare l’agente sterilizzante nei due sensi, dopo il ciclo deve impedire che qualcosa rientri. Le due cose stanno insieme perché le molecole di un gas e i microrganismi si muovono in modo diverso.
Il vapore acqueo e l’ossido di etilene attraversano il foglio come molecole singole, negli interstizi fra le fibre. Un microrganismo invece non viaggia da solo: sta su una particella di polvere o su una gocciolina, ed è centinaia di volte più grande. Per attraversare dovrebbe seguire un percorso che gira e torna indietro decine di volte fra le fibre sovrapposte, e a ogni curva ha una probabilità di toccarne una e restarci attaccato.
La barriera non è quindi un setaccio con fori più piccoli di un batterio: è un filtro di profondità, e la sua efficacia dipende dallo spessore e dal disordine della rete, non dal diametro del poro più largo. È una proprietà che si misura, e il requisito di barriera microbica per gli imballaggi sterili sta nella EN ISO 11607-1.
Il tessuto non tessuto di poliolefine nella serie EN 868
Nella normativa europea sugli imballaggi per dispositivi medici, ogni famiglia di materiali ha la sua parte dentro la serie EN 868. I non tessuti di poliolefine, la famiglia chimica a cui appartengono sia il polietilene sia il polipropilene, ne occupano due: la parte 9 per quelli non rivestiti e la parte 10 per quelli con rivestimento adesivo. Alla carta toccano le parti 3 e 6, all’involucro di sterilizzazione la parte 2.
Sopra le norme di materiale sta la serie EN ISO 11607, che detta i requisiti generali e la convalida dei processi di confezionamento. Un foglio conforme alla sua parte della EN 868 non è per questo qualificato: la qualifica riguarda l’imballaggio finito, ed è un altro documento e un’altra verifica.
Ossido di etilene, radiazioni e il limite del vapore
Il produttore dichiara il materiale compatibile con l’ossido di etilene, con le radiazioni ionizzanti nelle forme usate in ambito industriale, con i processi ossidativi a bassa temperatura, con metodi gassosi come il biossido di cloro, e con il vapore in condizioni controllate.
L’ultima voce porta una riserva, e la riserva ha una ragione fisica. Il polietilene ad alta densità perde forma attorno ai 120 °C, mentre un ciclo a vapore lavora a 121 °C o a 134 °C: il margine non c’è. Per questo il materiale si incontra soprattutto sulle confezioni sterilizzate in stabilimento con ossido di etilene o con radiazioni, dove la temperatura non entra in gioco, e non su ciò che passa in autoclave.
Non è carta medicale e non è il non tessuto in polipropilene
La distanza dalla carta medicale è di materia prima e si vede quando le due cose si bagnano. La carta è cellulosa: assorbe acqua e da umida perde gran parte della resistenza, tanto che la sua norma le impone un valore di scoppio a umido separato da quello a secco. Il polietilene non assorbe acqua, quindi il foglio bagnato si comporta come il foglio asciutto. La carta, inoltre, se viene lacerata invece che sfogliata rilascia fibre di cellulosa; qui non c’è niente da rilasciare.
La distanza dai non tessuti in polipropilene, quelli a tre strati dei teli, dei camici e degli involucri, è di polimero e di processo: là gli strati esterni sono estrusi e stirati dall’aria, quello interno è soffiato in fibre molto più fini, e i tre vengono uniti per calandratura a punti. Ne esce un materiale morbido e drappeggiabile, mentre il foglio in polietilene è rigido e frusciante.
A tenere viva la confusione contribuisce la denominazione merceologica. Il materiale viene spesso designato come poliolefina filata e legata, in inglese spunbonded olefin, che è la categoria in cui è registrato; ma lo spunbond è proprio il processo dei non tessuti in polipropilene, dove il polimero fuso viene estruso in filamenti e stirato da un getto d’aria. Qui il polimero non viene estruso fuso ma precipitato da una soluzione, e il processo è un altro.
