Medición humedad
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Medición de humedad
Con respecto al contenido de humedad , los conceptos básicos son lo suficientemente simples: la cantidad de humedad en un material generalmente se expresa como un porcentaje del total. La humedad encuentra muchas formas de penetrar los materiales. Permanece en las superficies, descansa entre constituyentes o se une a las moléculas componentes e invade de otras formas insidiosas.
Plasticos higroscopicos
En particular, en los polímeros no higroscópico la humedad se retiene en la superficie, mientras en los plásticos higroscópicos, también la humedad es absorbida en el interior del gránulo de plástico. La humedad, tanto externas como internas, afecta negativamente a la calidad estética y funcional del artefacto; de hecho, las temperaturas de transformación de los materiales poliméricos, el agua pueden convertirse en vapor de agua, dando lugar a la formación de :
- Rayas
- Burbujas de la superficie
- Retiros irregulares
- Tensiones estructurales
- Deformacion
- Roturas
- Aspecto mate
- Líneas de soldadura débiles
- Piezas incompletas
- Manchas
El agua, la temperatura de fusión del polímero, que puede reaccionar rápidamente con las cadenas moleculares del polímero mismo y provocar la escisión de las cadenas y, en consecuencia, una disminución del peso molecular. (Aumenta la fluidez y se baja la viscosidad).
Metodos
La humedad o el contenido de agua es un factor universal en la calidad de los productos de plástico y polímero. Se puede usar para indicar la calidad y procesabilidad de las materias primas, productos intermedios y productos finales. Por ejemplo, las sustancias que están demasiado secas pueden causar problemas en la producción o afectar la estructura del producto final. Si las sustancias están demasiado húmedas, pueden aglomerarse o atascarse dentro de las tuberías. Por lo tanto, las muestras deben verificarse en busca de humedad de manera confiable y eficiente. La determinación de la humedad para plásticos y polímeros, que generalmente tienen un contenido de humedad muy bajo, debe realizarse con cuidado. La valoración de Karl Fischer y los analizadores de humedad son métodos comunes para hacer estas determinaciones. Cada uno de los métodos presentados tiene sus propias ventajas y desventajas. La titulación Karl Fischer ofrece selectividad para el agua de niveles bajos a altos de contenido de agua, y hace posible la automatización. Los analizadores de humedad son invictos cuando se trata de la duración de la medición, proporcionando análisis de muestras en mucho menos tiempo y con menos intervención manual que otros métodos. Sin embargo, el método de horno de secado ofrece ventajas para muestras de gran tamaño.
Determinacion de humedad por perdida de peso
El principio de medición de los analizadores de humedad es la pérdida de peso. Las fuentes de calor para calentar muestras son lámparas halógenas o infrarrojas. En comparación con la técnica de calentamiento por horno, un analizador de humedad produce resultados mucho más rápido y más fácil. Los resultados se pueden obtener en tan solo 10-20 minutos. Un analizador de humedad dedicado tal como la termo-balanza , se utiliza con frecuencia en la industria para el control de calidad, la producción, la inspección y recepción de polimeros solido. El manejo y la operación de los analizadores de humedad son principalmente muy fáciles en principio. Los analizadores de humedad pueden acomodar muestras grandes de hasta 30–50 g, que son un factor importante con muestras de baja humedad, como plásticos y resinas, y muestras no homogéneas.Temperatura de secado específica del material
Para mediciones precisas, es mejor seleccionar una temperatura tal que la humedad se evapore y los resultados coincidan con el valor de referencia. El material derretido o los cambios de color son indicios de temperaturas demasiado altas. Sin embargo, a veces no se puede evitar el pardeamiento de muestras como en el caso de las poliamidas. Por lo general, se aplica una temperatura de secado en el rango de 100–160°C. Para muchos polímeros se puede encontrar una correlación bastante lineal entre los valores de determinación de humedad y los resultados de la valoración de Karl Fischer.
Ventajas : Rapidez
Disventajas : Poca precisión ( también saca solventes y aditivos )
Reagente de vacio
El volumen de medición se compone principalmente de los contenedores de muestras, que contiene la muestra y el reactivo (hidruro de calcio). El peso real se introduce en el instrumento. La muestra se coloca en el recipiente de la muestra que después se evacuó in bomba de vacío, aprox. 30 segundos. El recipiente de la muestra se calienta a continuación hasta la temperatura seleccionada (entre 60°C a 200°C). El agua que se evapora reacciona con el hidruro de reactivo de calcio y genera hidrógeno; la presión del gas es proporcional al contenido de agua en la muestra y se controla por medio de un transductor piezoeléctrico.CaH2 + 2 H2O → Ca (OH)2 + 2 H2
El equipo calcula la relación entre la presión de la muestra y el peso de la muestra el resultado en términos de contenido de H2O, y se lo muestra como un porcentaje o en partes por millón (ppm). Los volátiles distintos del agua no reaccionan con el reactivo y se condensarán, por lo tanto no influir en la lectura.
Determinación de agua mediante el método Karl Fischer
A diferencia de otras técnicas, éste método puede detectar bajos niveles de agua libre, emulsionada y disuelta. Cuándo este método es usado correctamente, es capaz de medir niveles de agua tan bajos como 1 ppm o 0.0001 % en volumen. Hay dos tipos de tituladores Karl Fischer: tituladores coulométricos y tituladores volumétricos. La prueba se basa en el método Karl Fischer para la determinación de trazas de agua en otras sustancias. En particular, se observa que en presencia de agua el dióxido de azufre es oxidado por el yodo con la consiguiente formación de ácido sulfúrico. Cuando toda el agua ha reaccionado, se realiza una titulación en un disolvente anhidro como el metanol en presencia de un compuesto que neutralice la solución; en este caso, se usa imidazol (C3H4N2). El análisis se realiza gracias a un titulador automático Karl Fischer, ajustando la temperatura del horno a 160 ° y pasando un flujo de nitrógeno de 150-200ml / min en la zona fría del tubo portamuestras hasta que la temperatura se estabilice. En este punto el flujo se transporta a la zona de titulación haciéndolo pasar por la zona caliente del horno y se introducen 3g. de muestra como una perla cuando la titulación es estable. En este punto se inicia la titulación de la humedad extraída del flujo de nitrógeno por un tiempo de 15min. Por tanto, con este método es posible detectar la cantidad de humedad presente en los polimeros y elastomeros y el resultado se expresa como porcentaje de humedad contenida en la muestra.
Método volumétrico
La principal diferencia entre ambos es que en el método volumétrico el reactivo titulador se agrega directamente a la muestra por medio de una bureta. Inversamente, con el método coulométrico el reactivo titulador se genera electroquímicamente en la celda de titulación. En la titulación volumétrica de Karl Fischer, el yodo se agrega mediante una bureta durante la titulación. Adecuado para muestras donde el agua está presente como un componente principal: 100 ppm - 100%
Método coulométrico
El método coulométrico mide niveles de agua mucho más bajos que el método volumétrico. En la titulación coulométrica, el yoduro (I2) es generado electroquímicamente a partir del yodo (I-). Cuando el yoduro (I2) hace contacto con el agua de la muestra, el agua es titulada. Una vez que toda el agua disponible ha reaccionado, la reacción está completa. La cantidad de agua en la muestra se calcula midiendo la cantidad de yoduro (I2) generado electroquímicamente a partir del yodo (I-) de acuerdo a la siguiente reacción:2I- 2e => I2
Según la ley de Faraday, el yodo se produce en proporción a la cantidad de electricidad. Esto significa que el contenido de agua se puede determinar directamente detectando los Coulombs necesarios para la oxidación electrolítica de acuerdo con la siguiente relación:
1 mg de agua = 10.71 culombios
En el análisis coulométrico de Karl Fischer, el yodo se genera electroquímicamente durante la valoración. Adecuado para muestras donde el agua está presente en pequeñas cantidades: 1 ppm - 5%. Sin embargo, a pesar de las sorprendentes ventajas del método Karl Fischer para la determinación específica del contenido de agua, el límite de detección bajo y la velocidad de titulación rápida, se deben considerar cuidadosamente algunas dificultades inherentes al decidir utilizar este método:
• Se debe minimizar la influencia de la humedad atmosférica.
• Preparación de muestras para liberar el agua.
Volatiles
Un procedimiento para determinar las propiedades de absorción de humedad en la dirección "a través del espesor" de plásticos sólidos de forma plana o curva. También describe los procedimientos para determinar la cantidad de agua absorbida por muestras de plástico de dimensiones definidas, cuando se sumerge en agua o cuando se somete a aire húmedo en condiciones controladas. El coeficiente de difusión de humedad "a través del espesor" se puede determinar para material monofásico asumiendo el comportamiento de difusión de Fickian con propiedades de absorción de humedad constante a través del espesor de la muestra de prueba. Este modelo es válido para materiales homogéneos y para compuestos de matriz polimérica reforzada probados por debajo de su temperatura de transición vítrea.Polimero humedad
Todos los materiales poliméricos durante la síntesis, el transporte y el almacenamiento tienen una tendencia a retener la humedad, alcanzando un valor de equilibrio con el medio ambiente, que depende del tipo de polímero, de la humedad y de la temperatura del aire , dal tamaño del gránulo o de la pieza. En general la higroscopicidad de un polímero está relacionada con la polaridad de la estructura química de las macromoléculas del propio polímero. Una característica importante del agua viene dado por la polaridad de su molécula, con momento dipolar molecular igual a 1,847 D. La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º con el átomo de oxígeno en el vértice y los dos átomos de hidrógeno en ambos extremos.
Métodos con hornos de secado
Las dos ventajas importantes de los hornos de secado para el análisis de humedad son la flexibilidad cuando se trata de volúmenes / tamaños de muestra y la capacidad de determinar varias muestras a la vez. Por otro lado, se debe tener en cuenta el tiempo que lleva obtener un resultado. Deben observarse períodos prolongados de calentamiento y fases de enfriamiento con muestras balanceadas en ambientes desecados. También se debe realizar un cálculo final de los resultados manuales. El método de pérdida de peso requiere un enfoque de pesaje diferencial, es decir pesar la misma muestra antes y después del secado. Se evalúa la diferencia de peso y se calcula el contenido de humedad en porcentaje % o g/kg.
Las dos ventajas importantes de los hornos de secado para el análisis de humedad son la flexibilidad cuando se trata de volúmenes / tamaños de muestra y la capacidad de determinar varias muestras a la vez. Por otro lado, se debe tener en cuenta el tiempo que lleva obtener un resultado. Deben observarse períodos prolongados de calentamiento y fases de enfriamiento con muestras balanceadas en ambientes desecados. También se debe realizar un cálculo final de los resultados manuales. El método de pérdida de peso requiere un enfoque de pesaje diferencial, es decir pesar la misma muestra antes y después del secado. Se evalúa la diferencia de peso y se calcula el contenido de humedad en porcentaje % o g/kg.Electronegatividad
Dado que el oxígeno tiene una electronegatividad mayor, el vértice de la molécula tiene una carga eléctrica negativa (δ-), mientras que los extremos llevan una carga eléctrica positiva (δ +). Una molécula que exhibe este desequilibrio de cargas eléctricas se dice que es un dipolo eléctrico. En la estructura molecular de muchos polímeros higroscópicos que está presente el grupo carbonilo, que es un grupo funcional que consiste en un átomo de carbono y uno de oxígeno unido por un doble enlace. La característica especial de este grupo es que el oxígeno es electronegativo.Aire húmedo
El aire húmedo es una mezcla binaria (de aire seco y vapor de agua). La cantidad de vapor de agua puede variar de 0 (aire seco), hasta un máximo que depende de las condiciones de presión y temperatura; en este último caso, se habla de saturación (un estado de equilibrio entre el aire húmedo y la fase de agua condensada). La masa molecular del agua es 18,01534 kg/kmol, y la constante R es 461,52 J/kg. K.
Para definir un estado de una mezcla gaseosa, no nos basta con saber la p y T, también necesitamos conocer que cantidad de cada componente tenemos, para ello, para definir un estado termodinámico del aire húmedo; además de conocer la p y T necesitamos conocer uno de los siguientes parámetros:
• La humedad relativa.
• El grado de humedad.
• El grado de saturación.
Densidad del aire húmedo
La densidad del aire húmedo es igual a la suma de las densidades del vapor de agua y del aire seco a las respectivas presiones parciales y a la temperatura de la mezcla.
Humedad relativa del aire
La humedad relativa es la relación entre la densidad del vapor de agua en la mezcla o aire húmedo y la densidad del vapor de agua en una mezcla saturada a la misma temperatura.
Grado de humedad del aire o humedad absoluta del aire
Se denomina grado de humedad del aire a la relación entre la masa de vapor de agua que hay en cierta cantidad de aire húmedo y la masa de aire seco de dicha cantidad.
Grado de saturación del aire
El grado de saturación del aire es la relación entre el grado de humedad de la mezcla w y el grado de humedad máximo ws,o grado de humedad de una mezcla saturada a la misma temperatura.
Punto de rocío
El punto de rocío del aire húmedo es la temperatura a la cual aquél pasa a ser aire húmedo saturado, si se enfría a presión total constante y grado de humedad constante.
Norma internacional para la determinación de la absorción de agua
La norma internacional para la determinación de la absorción de agua en los plásticos es estándar ISO 62. Esto describe los procedimientos para la determinación de la cantidad de agua absorbida por las muestras de plástico cuando se sumerge en agua o se somete a aire húmedo bajo condiciones controladas. La norma propone tres formas diferentes para evaluar la capacidad plástica de absorber el agua y cada uno de estos resina da información sobre el comportamiento en diferentes condiciones:
• La inmersión en agua destilada a 23°C
• La inmersión en agua hirviendo destilada
• La exposición a 50% de humedad relativa a 23°C
Las pruebas de inmersión proporcionan información sobre el contenido de agua a la saturación; LA exposición Proporciona la humedad del contenido de humedad de equilibrio.
¿Qué es Humedad?
Es la relación entre la cantidad de vapor de agua que tiene una masa de aire y la máxima que podría tener.
P = Presión parcial de vapor
Contribución de la presión de vapor de agua [P] = Pa
Ps(T) = Presión de saturación Valor máx de la presión de vapor a una temperatura determinada [PS] = Pa
Normas : JIS K 7209, ASTM D 570, ISO 62, DIN 53495