Podczas przetwarzania tworzyw technicznych zawarta w nich wilgoć nie może więc przekraczać wartości dopuszczalnych (odsyłam do artykułu o suszeniu tworzyw). Ilość wilgoci zależy od różnych czynników np.: rodzaju opakowania, magazynowania, itp. Przykładowo granulat poliamidu w dużej części pakowany jest w worki ze specjalną warstwą z aluminium, dzięki której możliwe jest ograniczenie przenikania wilgoci do tworzywa, a tym samym prawidłowe przetwarzanie surowca. Tak więc zachowując odpowiednie warunki techniczne (czas składowania, odpowiednie zabezpieczenie napoczętych i uszkodzonych opakowań) możemy wpływać na wielkość zawilgocenia. Niektóre tworzywa, takie jak PET czy PBT, są bardzo wrażliwe na wilgoć, której obecność w dużym stopniu pogarsza własności mechaniczne wyrobów. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na to, iż po procesie suszenia tworzywo szybciej wchłania wilgoć i dlatego należy odpowiednio obchodzić się z już otwartymi opakowaniami. W niekorzystnych warunkach klimatycznych, w przypadku PET-u już w ciągu 10 minut kontaktu tworzywa z powietrzem może zostać przekroczona dopuszczalna wartość wilgoci (0,02%). Szczególną uwagę należy zwrócić na suszenie materiału występującego w postaci proszku. Tutaj nie wystarczają już zalecane czasy suszenia. Przykładowo, całkowicie nasycony poliamid potrzebuje czasu suszenia dłuższego nawet niż 12 godzin.
Problemy z pomiarem zawartości wilgoci
W tworzywach wilgotność jest uważana za istotny parametr, dlatego dokładne pomiary są ważne dla produkcji tych materiałów i zapewnienia jakości ich procesu. Jednakże, gdy te tworzywa sztuczne są formowane lub przetwarzane z zawartością wilgoci wykraczającą poza dopuszczalny zakres, mogą wystąpić wady strukturalne lub wizualne, które są uważane za poważny problem. Innym równie ważnym czynnikiem jest dogłębne zrozumienie zawartości wilgoci, ponieważ niektóre polimery mają tendencję do degradacji, gdy są formowane na mokro, co prowadzi do pogorszenia właściwości materiału. Chociaż dostępnych jest kilka akceptowanych metod określania zawartości wilgoci w materiałach z tworzyw, większość konwencjonalnych technik ma swoje wady, a głównymi problemami są dokładność i szybkość.
Tradycyjnie zawartość wilgoci w tworzywach sztucznych ustalano za pomocą miareczkowania Karla Fischera (ASTM D 6869) lub metod wykorzystujących próżnię i ciepło w celu usunięcia wilgoci aż do osiągnięcia stałej masy. Z drugiej strony, techniki te nie tylko są czasochłonne, ale również w dużym stopniu zależą od stabilności termicznej i równowagowej zawartości wody w polimerze. Oznacza to, że ważne jest upewnienie się, że cała wilgoć obecna w surowcu została wykryta i skutecznie wyekstrahowana, a wszelkie inne produkty, które mogą wydostać się z tworzywa sztucznego, nie zostały pomylone z wodą podczas podgrzewania polimeru.
Najczęściej zawartość wody około 1%-2% wagowo można bezpiecznie określić za pomocą pieca próżniowego w temperaturach, w których szybkość parowania jest odpowiednio wysoka, ale niższa niż temperatura rozkładu polimeru. Proces ten jest najczęściej przeprowadzany podczas testowania warunków suszenia przed formowaniem wtryskowym. Czasami można użyć szeroko liniowego NMR do ustalenia frakcji wodnej, ale tę metodę należy skalibrować. To samo dotyczy wyników NIR lub IR uzyskanych z folii plastikowych.
Problemy z wilgocią w nylonie
Jako przykład problemów związanych z formowaniem polimerów, zdolność i tendencja nylonu do pochłaniania wilgoci stanowią stałe wyzwanie. W przypadku nylonu wilgoć może wpływać na szereg właściwości polimeru, które kolejno wpływają na stabilność wymiarową, przetwarzalność, właściwości akustyczne, mechaniczne, chemiczne, elektryczne i optyczne, a ostatecznie na wydajność produktu. W nylonie wilgoć zachowuje się jak plastyfikator, aby zmniejszyć wiązanie i splątanie między cząsteczkami, a tym samym zwiększyć ich ruchliwość i objętość.
Nylon zanieczyszczony wilgocią ma niższą temperaturę zeszklenia (Tg), co ułatwia zachodzenie dodatkowej krystalizacji. W ten sposób zwiększona zawartość wilgoci może powodować ekstremalne zmiany w zachowaniu materiału pod obciążeniem; na przykład może zwiększyć ciągliwość i zmniejszyć sztywność i wytrzymałość. W odpowiednim czasie wprowadza to zmiany we właściwościach materiału i potencjalnie skutkuje produktami poniżej normy.
Produkcja tworzyw sztucznych - z czym należy się zmierzyć
Przed każdym cyklem produkcyjnym producenci tworzyw sztucznych ostrożnie suszą granulki, co oznacza, że muszą okresowo sprawdzać zawartość wilgoci, aż do osiągnięcia akceptowalnych poziomów. Dlatego długie czasy testów wilgotności są poważnym problemem, ponieważ prowadzą do kosztownego i wydłużonego czasu całego procesu.
Bilanse wilgotności na podczerwień to szybkie techniki, których można używać do określania wilgotności, chociaż ukończenie procesu może zająć 20 minut lub więcej. Możliwe jest również zamontowanie dedykowanych czujników optycznych w suszarkach peletowych, ale są one kosztowne, wysoce wyspecjalizowane i wymagają ciągłej kalibracji.
Zostały opracowane specjalne analizatory oparte na podczerwieni, wykorzystujące kombinację zastrzeżonych i opatentowanych technologii, aby zapewnić powtarzalne wyniki i kontrolowane ogrzewanie w ciągu około 5 minut bez konieczności wstępnego nagrzewania komory, umożliwiające precyzyjny pomiar niskiego poziomu wilgoci w granulkach z tworzyw. Alternatywna metoda zajmie od 5 do 8 godzin, wykorzystując techniki bezpośredniego pieca. Taki analizator umożliwia bezpośrednią analizę wilgoci, a zatem nie wymaga kalibracji, w przeciwieństwie do innych technik spektroskopowych, do tego jest szybszy i oferuje lepszą dokładność i precyzję. Może szybko zbadać wiele tworzyw sztucznych pod kątem wilgoci ze średnią różnicą poniżej 0,003% w porównaniu z techniką pieca powietrznego. Ostatnie badanie na tym analizatorze objęło 5 całkowicie różnych rodzajów tworzyw sztucznych, takich jak nylon, guma, ABS, polipropylen i poliwęglan. Wyniki wykazały ścisłą korelację z wynikami zawartości wilgoci uzyskanymi w piecu, ale w ułamku czasu, tj. 5 minut zamiast zwykłych 5 do 8 godzin.
