Importancia del análisis de humedad en la fabricación de plástico

Al presentar seminarios de capacitación, animo a los asistentes a hacer preguntas. Incluso ofrezco recompensas por la participación. Durante una de mis clase surgió esta pregunta: ¿Cuál es la diferencia entre el análisis de la humedad específica y la humedad por pérdida de peso? Me sorprendió, cómo es que nunca había pensado en explicármelo.

Es una pregunta importante, ya que tiene que ver con el secado de plásticos para fabricar piezas aceptables de materiales sensibles a la humedad. Es fundamental para entender las pruebas que se usan para el análisis de humedad en la planta. ¿Por qué es tan importante?

Importancia del análisis de humedad en la fabricación de plásticos

El secado del material es una parte crucial de la mayoría de las operaciones de moldeo. Ha sido un tema de varios artículos de Mike Sepe, y por diversos columnistas de Plastics Technology México. Escribimos sobre el secado porque muchos de los problemas de la parte que tratamos son el resultado de un secado inadecuado.

Estos problemas incluyen variaciones de proceso, fallas prematuras en piezas y devolución de partes, etc., todo lo cual se suma a pérdidas significativas en dólares. Las utilidades sufren y usted como procesador paga el precio en el tiempo y el sudor para rehacer todas esas piezas para completar los pedidos.

Métodos para medir la humedad en resinas

El análisis de humedad es fundamental para saber si la resina se seca correctamente. Usted sabe que ciertos materiales higroscópicos como el nylon, PC y PET se deben secar antes de procesarlos.

Desafortunadamente, la razón por la que el secado es tan importante a veces se pasa por alto. Así que para asegurarse de que estamos en la misma frecuencia, la principal razón por la que necesita secar estos materiales es evitar la degradación de las cadenas del polímero a través de la hidrólisis. Sí, las ráfagas debidas a la humedad son un problema, pero no es lo crucial... es una cuestión secundaria.

Cómo afecta la humedad a la degradación de polímeros

Si no se secan estos materiales correctamente, la humedad, incluso a niveles extremadamente bajos - por encima de 200 ppm para muchas resinas – reaccionara (cortará) con las cadenas del polímero. Cadenas poliméricas cortas o cortadas significan una degradación del peso molecular que causa los problemas previamente indicados.

Para dar una perspectiva de lo pequeño que son 200 ppm, hablemos en términos de un Martini muy seco: 200 ppm significarían 200 gotas (aproximadamente 10 gramos) de vermouth en 50 litros de ginebra o vodka. Esto es un “Martini” seco.

Así que cuando analizamos una muestra de material por humedad, estamos buscando una cantidad muy pequeña de agua. Esto nos dice que nuestro método analítico debe ser muy preciso hasta niveles muy bajos de humedad.

¿Qué tan preciso? Por ejemplo, 200 ppm es equivalente a 0.0200%. Esto es solo 9.1 gramos de agua en 45,360 gramos de material. Un viejo amigo mío dice que él puede decir si el material está húmedo sólo con buscar ráfagas en las piezas o burbujas en la purga.

Lamentablemente, estos niveles de humedad no producen ráfagas porque el agua se consume en la hidrólisis de las cadenas poliméricas e inclusive las piezas se ven muy bien, pero el peso molecular se verá dañado y las piezas fallarán cuando se sometan a estrés o esfuerzo. Ni el operador, ni el control de calidad verán ningún indicio visual de un problema.

Por lo tanto, volvemos a la necesidad de analizar la humedad, es decir, probar el material antes de procesarlo. Y por cierto, por favor entienda que si hace piezas con material húmedo y se da cuenta posteriormente, no puede moler las piezas y volver a secar el material para resolver el problema. Las propiedades de la resina están destruidas y el material debe ser descartado. No lo mezcle con material bueno o virgen para fabricar piezas, porque estas también tendrán problemas con las propiedades físicas y químicas.

Consecuencias de un secado inadecuado de materiales plásticos

Desafortunadamente, un punto de rocío bajo en el secador no garantiza material seco. Para conocer el nivel de humedad adecuado antes del procesamiento, debe usar un método de prueba de “humedad específica” (no una pérdida de peso). ¿Por qué, y cuál es la diferencia?

Comencemos con la explicación de las pruebas de pérdida de peso. La pérdida de peso implica obtener una muestra de material del secador o la tolva y colocarla en un sartén, que se calienta durante el análisis. Después de cargar el pequeño contenedor con pellets y antes de que inicie el calentamiento, el instrumento pesa la muestra.

Luego, una vez que se oprime el encendido, el contenedor se calienta a una temperatura específica para esa resina en particular. A medida que se calienta el material, la humedad y cualquier otra cosa que sea volátil a la temperatura de prueba se vaporiza y sale de la muestra. La muestra se hace más ligera cuando los elementos volátiles son expulsados.

Entonces cómo sabe el instrumento cuánto de la pérdida de peso fue agua y cuánto fue de otros componentes volátiles como desmoldante, estabilizadores, antiestáticos, o cualquier otro aditivo que puede estar en el polímero.

No lo hace. A menudo, cuando se calienta un material es posible olerlo. El agua no tiene olor, por lo cual es posible detectar que algo más se vaporizó. Por lo tanto, si su muestra pesaba 50 gramos con 0.0200% de contenido de agua, habría un insignificante 0.010 gramos de humedad a volatizar.

Un billete de un dólar pesa un gramo así que esto es solo 1/100 del peso de un billete. Los aditivos, si están presentes, están en niveles más altos. Por lo tanto, es posible imaginar qué tan fácil otros volátiles podrían sesgar el análisis.

Un análisis de humedad específica empieza de la misma forma: Se obtiene una muestra apropiada y se pesa. A continuación, la muestra se coloca en un aparato donde normalmente se calienta, similar al análisis de pérdida de peso. De nuevo, la humedad y otros volátiles se eliminan, pero bajo una atmósfera de nitrógeno seco.

La gran diferencia es que hay un detector especial que censa estos volátiles y solo mide la cantidad de vapores de humedad que salen, no cualquiera de los otros volátiles. Obtenemos una cuenta exacta de cuánta humedad está presente, nada más. Eso es lo que queremos decir con “humedad-específica”.   

Ventajas del análisis de humedad específica

Si quiere un proceso estable y piezas que funcionen correctamente, debe monitorear el contenido de agua de la resina antes de procesarla. La humedad / agua reacciona con ciertos materiales y descompone el peso molecular a través de la hidrólisis. El análisis debe ser humedad específica para que sepa si la resina se secó adecuadamente. Admito que los métodos de humedad específica son más caros que los métodos de pérdida de peso, pero no tenemos otra opción.

Necesitamos una mejor tecnología para análisis de humedad. Debería haber una tecnología que nos permita colocar una pequeña sonda en la garganta de alimentación que se ilumine en verde si el material está seco y rojo si está demasiado húmedo.

Sería bueno si pudiera manejar muestras más grandes y proporcionar resultados en menos de 60 segundos. De hecho, existen al menos dos instrumentos relativamente nuevos en el mercado y cuyos proveedores prometen estos mismos beneficios. Yo mismo no tengo suficiente experiencia con ellos para comentar de su desempeño.