Determinación del contenido de agua en plásticos según ISO 15512
En ingeniería de plásticos, la determinación del contenido de agua comprende los procedimientos analíticos utilizados para medir la cantidad de agua presente en un material plástico en el momento del ensayo. La principal norma internacional para esta determinación es ISO 15512:2019, aplicable a plásticos en forma de polvo, gránulos y artículos acabados. Según el catálogo oficial de ISO, la norma continúa vigente y la edición de 2019 fue revisada y confirmada en 2024. [1][3]
Su alcance es más limitado de lo que podría parecer a primera vista. ISO 15512 no aborda la absorción de agua a largo plazo de los polímeros en condiciones de humedad o inmersión. Se centra, en cambio, en el contenido de agua presente en la muestra en el momento del análisis. La propia norma establece claramente esta distinción al indicar que sus métodos no evalúan la cinética ni el equilibrio de absorción de agua determinados según ISO 62. Esta distinción es importante porque el contenido de agua y la absorción de agua responden a necesidades industriales diferentes. [1][3][4]
En la práctica, la determinación del contenido de agua es importante porque la humedad residual puede afectar la estabilidad del proceso, la calidad de las piezas y la degradación del polímero. La humedad de la materia prima puede provocar formación de espuma, problemas de desmoldeo, fluctuaciones de viscosidad, burbujas, vetas, vacíos y defectos en las líneas de soldadura, mientras que un secado previo insuficiente puede causar problemas en etapas posteriores, como el recubrimiento o la metalización. Diversos termoplásticos de ingeniería, como el policarbonato, las poliamidas, los poliarilatos y los poliésteres, suelen requerir secado antes de su procesamiento en estado fundido. [5]
Determinación del contenido de agua en plásticos
Según ISO 15512, el contenido de agua se expresa como fracción másica de agua, en porcentaje. Se trata de un concepto operativo, no abstracto: un método determina la cantidad de agua liberada, extraída, valorada o detectada por otros medios en las condiciones analíticas especificadas. Esto difiere del comportamiento más amplio de los polímeros frente a la humedad, que puede incluir difusión, sorción, hinchamiento y envejecimiento a largo plazo. La guía del NPL sobre la humedad en materiales poliméricos sitúa estos fenómenos más amplios en el contexto de los ensayos de absorción y difusión, en lugar de la determinación directa del contenido de agua. [1][4]
Esta distinción también explica por qué ISO 15512 e ISO 62 son normas complementarias y no compiten entre sí. ISO 15512 permite responder preguntas propias del control de procesos como «¿Cuánta agua contiene actualmente este lote de resina o artículo terminado?». En cambio, ISO 62 aborda cómo los plásticos absorben agua con el tiempo en condiciones de exposición controladas y, en ciertos casos, cómo puede caracterizarse la difusión de la humedad. [1][3][4]
Contenido de agua en polímeros y plásticos
La determinación del contenido de agua es especialmente importante en polímeros higroscópicos o sensibles a la hidrólisis. El manual de plásticos Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften clasifica los termoplásticos según si el secado suele ser innecesario, si la humedad provoca principalmente efectos asociados a la absorción o si, a las temperaturas de procesamiento, puede causar degradación hidrolítica. En este último grupo, el manual incluye el policarbonato y varios poliésteres, mientras que la poliamida se considera un caso en el que son importantes tanto la absorción como la sensibilidad durante el procesamiento. [5]
El mismo manual ofrece un ejemplo específico para PET. En la sección dedicada a las materias primas de PET, indica que los gránulos deben secarse para evitar la degradación hidrolítica y señala que la determinación por Karl Fischer es especialmente adecuada para medir la humedad, aunque también menciona métodos industriales para el control de procesos. Esto pone de relieve que determinar el contenido de agua no es un mero ejercicio de laboratorio, sino un paso directamente relacionado con la estabilidad de la masa fundida, la conservación de la viscosidad intrínseca y el rendimiento del producto final. [5]
ISO 15512:2019 y su alcance
La norma ISO 15512:2019 fue elaborada por el comité técnico ISO/TC 61, Plásticos, subcomité SC 5, Propiedades fisicoquímicas. La versión en inglés adjunta señala que la quinta edición sustituyó a la norma ISO 15512:2016 y que el principal cambio técnico fue la incorporación de dos métodos alternativos: los métodos D y E.
El alcance comprende los plásticos en forma de polvo, gránulos y artículos acabados. La norma establece límites de detección del 0,1 % para el método A, del 0,01 % para los métodos B y C, del 0,01 % para el método D y del 0,001 % para el método E. La norma también señala que estos valores corresponden a límites de detección que dependen de la masa máxima posible de la muestra. En otras palabras, no constituyen garantías universales independientes del tamaño de la muestra ni de la matriz. [1]
Otro aspecto importante es que no todos los métodos son igualmente adecuados para todas las matrices. La norma indica que el método D es adecuado para varios de los materiales enumerados, como PA, PC, PP, PE, resina epoxi, PET, poliéster, PTFE, PVC, PLA y PAI, pero no se recomienda, en particular, para muestras que puedan liberar amoníaco. En cambio, los métodos A, B y E se consideran generalmente adecuados para todos los tipos de plástico y niveles de humedad. [1]
Métodos definidos en ISO 15512
ISO 15512 especifica cinco métodos alternativos para determinar el contenido de agua en plásticos. Los principios analíticos difieren considerablemente, por lo que la norma resulta útil para distintas matrices e intervalos de humedad. [1]
El método A consiste en una extracción con metanol anhidro, seguida de la valoración Karl Fischer del agua extraída. Es aplicable a todos los plásticos y a gránulos de dimensiones inferiores a 4 mm × 4 mm × 3 mm; también puede utilizarse para determinados polvos de prepolímeros insolubles en metanol. Su fundamento analítico se basa en ISO 760, la norma general para el método Karl Fischer. [1][2]
Los métodos B1 y B2 son métodos de vaporización. En el método B1, la muestra se calienta en un horno tubular y el agua liberada se transporta mediante aire seco o nitrógeno hasta una celda de valoración, donde se cuantifica mediante valoración Karl Fischer o detección culombimétrica. El método B2 se basa en el mismo principio, pero la vaporización se realiza en un vial de muestra calentado, en lugar de en un horno tubular. [1]
El método C es un método manométrico de vacío. La muestra se calienta al vacío y el contenido de agua se determina a partir del aumento de presión resultante. La norma indica que este método no es adecuado para muestras de plástico que contengan otros compuestos volátiles en cantidades suficientes para contribuir significativamente a la presión de vapor a temperatura ambiente. Por lo tanto, se requieren controles periódicos para detectar dichos compuestos volátiles, especialmente en nuevos tipos o grados de material. [1]
El método D es un método termoculombimétrico que utiliza una celda de pentóxido de difósforo. El agua presente en la muestra se vaporiza y es transportada hasta la celda del sensor mediante aire seco o nitrógeno para su posterior determinación por culombimetría. El método presenta la misma limitación general relacionada con los compuestos volátiles interferentes y resulta especialmente inadecuado cuando el amoníaco o las aminas pueden reaccionar con el recubrimiento ácido de P2O5 del sensor. [1]
El método E utiliza hidruro de calcio. La combinación de calentamiento y vacío libera el agua, que reacciona con el hidruro de calcio para formar hidrógeno e hidróxido de calcio; el aumento de presión resultante se utiliza para el análisis. La norma indica que los componentes volátiles que no reaccionan con el hidruro de calcio se condensan en una trampa fría y, por lo tanto, no afectan la medición. [1] (ISO)
Manipulación de muestras, selección de temperatura y comparabilidad
Uno de los aspectos prácticos más importantes de ISO 15512 no se refiere a los métodos en sí, sino que aparece en la introducción. La norma indica que la comparabilidad entre laboratorios al determinar el contenido de agua en plásticos suele ser deficiente e identifica como causas principales el envasado y la manipulación de las muestras, así como las diferencias entre los equipos y sus ajustes. Recomienda utilizar bolsas selladas con barrera contra la humedad o recipientes especiales de vidrio y, cuando sea posible, manipular las muestras en una atmósfera de nitrógeno seco o aire seco. [1]
Este énfasis coincide con directrices más amplias sobre metrología de la humedad. La guía del NPL sobre la humedad destaca que, para obtener datos fiables sobre la humedad en materiales poliméricos, se requieren condiciones representativas y una atención minuciosa a los factores que influyen en la absorción de humedad y en la calidad de la medición. En este sentido, la insistencia de ISO 15512 en un envasado cuidadoso y un procedimiento riguroso no es un aspecto secundario, sino que forma parte de la lógica metrológica del método. [4]
La selección de la temperatura es otro aspecto fundamental. ISO 15512 no prescribe una temperatura universal para los métodos de vaporización. La norma señala que en el método manométrico suele utilizarse una temperatura de 200 °C, pero esta puede resultar demasiado alta para algunos polímeros de condensación, ya que las reacciones de condensación o degradación pueden generar agua. Si la temperatura es demasiado baja, no se libera toda el agua; si es demasiado alta, el método puede generar agua adicional en lugar de medir únicamente la ya presente. Por este motivo, el anexo B está dedicado a seleccionar la temperatura y el tiempo de calentamiento óptimos. [1]
Fortalezas y limitaciones de la norma
Una de las principales fortalezas de ISO 15512 es que no impone un único principio analítico aplicable a todos los plásticos. En cambio, ofrece, dentro de un mismo marco normalizado, métodos basados en la extracción, la vaporización, la manometría, la termoculombimetría y el hidruro de calcio. Esta flexibilidad resulta útil porque los plásticos presentan grandes diferencias en cuanto a forma, contenido de humedad, volatilidad de los aditivos y comportamiento térmico. [1]
La norma también presenta limitaciones claras. Se centra en el contenido de agua y no aborda de manera integral el comportamiento a largo plazo frente a la humedad. Algunos métodos son sensibles a las interferencias causadas por sustancias volátiles, otros requieren optimizar cuidadosamente la temperatura y algunos datos de precisión siguen siendo incompletos. [1]
Por este motivo, la determinación del contenido de agua en los plásticos debe considerarse parte de un sistema más amplio de control de la humedad. ISO 15512 aborda la determinación analítica directa del agua presente en polvos, gránulos o artículos terminados. Cuando el análisis se centra en la absorción de agua a lo largo del tiempo, la difusión a través del espesor o la absorción en equilibrio durante la exposición a la humedad, ISO 62 y las directrices relacionadas constituyen el marco más adecuado. [1][3][4]
Referencias
[1] Organización Internacional de Normalización. ISO 15512:2019 — Plásticos — Determinación del contenido de agua. Ficha del catálogo oficial y página con información sobre su estado actual. (ISO)
[2] Organización Internacional de Normalización. ISO 760:1978 — Determinación del agua — Método de Karl Fischer (método general). (ISO)
[3] Organización Internacional de Normalización. ISO 62:2008 — Plásticos — Determinación de la absorción de agua. (ISO)
[4] Duncan, B. C.; Broughton, W. R., Absorción y difusión de humedad en materiales poliméricos, National Physical Laboratory, Guía de buenas prácticas n.º 102.
[5] Eyerer, P.; Elsner, P.; Hirth, T. (eds.), Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, 6.ª ed., Springer, 2005.
Preguntas frecuentes y respuestas breves
¿Qué es la determinación del contenido de agua en plásticos?
Es la medición analítica del agua presente en una muestra de plástico. Suele expresarse como fracción másica porcentual de agua y, según ISO 15512, se aplica a polvos, gránulos y artículos terminados. [1]
¿En qué se diferencia ISO 15512 de ISO 62?
ISO 15512 determina el contenido de agua en el momento del análisis, mientras que ISO 62 aborda el comportamiento de absorción de agua, incluida la absorción en condiciones de exposición controladas y, cuando corresponda, las propiedades relacionadas con la difusión. [1][3][4]
¿Qué método de ISO 15512 alcanza el límite de detección publicado más bajo?
Según la norma, el método E, basado en hidruro de calcio, es adecuado para contenidos de agua de tan solo 0,001 %, y el límite indicado depende de la masa máxima admisible de la muestra. [1]
