Stanovení obsahu vody v plastech podle normy ISO 15512
V plastikářství se stanovením obsahu vody rozumí analytické zjištění množství vody přítomné v plastovém materiálu v okamžiku zkoušky. Základní mezinárodní normou pro toto stanovení je ISO 15512:2019, která se vztahuje na plasty ve formě prášků, granulí a hotových výrobků. Podle oficiálního katalogu ISO je tato norma stále platná a její vydání z roku 2019 bylo v roce 2024 přezkoumáno a potvrzeno. [1][3]
Rozsah působnosti normy je užší, než se může na první pohled zdát. ISO 15512 se nezabývá dlouhodobou absorpcí vody polymery ve vlhkém prostředí ani při ponoření do vody. Zaměřuje se naopak na obsah vody přítomný ve vzorku v okamžiku analýzy. Norma toto rozlišení výslovně uvádí a stanoví, že její metody nejsou určeny ke zkoušení kinetiky ani rovnovážného stavu absorpce vody podle ISO 62. Toto rozlišení je důležité, protože obsah vody a nasákavost odpovídají v průmyslové praxi na odlišné otázky. [1][3][4]
V praxi je stanovení obsahu vody důležité, protože zbytková vlhkost může ovlivnit stabilitu procesu zpracování, kvalitu dílů i degradaci polymeru. Vlhkost ve vstupním materiálu může způsobit pěnění, problémy při odformování, kolísání viskozity, tvorbu bublin, šmouh a dutin i vady v místech studených spojů; nedostatečné předsušení navíc komplikuje navazující operace, jako je nanášení povlaků nebo pokovování. Některé konstrukční termoplasty, včetně polykarbonátů, polyamidů, polyarylátů a polyesterů, je zpravidla nutné před zpracováním z taveniny vysušit. [5]
Stanovení obsahu vody v plastech
Podle normy ISO 15512 se obsah vody vyjadřuje jako hmotnostní zlomek vody v procentech. Tento pojem je definován použitým postupem, nikoli abstraktně: metoda stanoví množství vody, které se za stanovených analytických podmínek uvolní, extrahuje, stanoví titrací nebo jinak detekuje. Tím se liší od širší problematiky interakce polymerů s vlhkostí, která může zahrnovat difuzi, sorpci, bobtnání a dlouhodobé stárnutí. Příručka NPL o vlhkosti v polymerních materiálech řadí tyto širší jevy do oblasti zkoušení absorpce a difuze, nikoli přímého stanovení obsahu vody. [1][4]
Toto rozlišení také vysvětluje, proč se normy ISO 15512 a ISO 62 vzájemně doplňují, nikoli si konkurují. ISO 15512 pomáhá zodpovědět otázky důležité pro řízení procesu, například „Kolik vody nyní obsahuje tato šarže pryskyřice nebo tento hotový výrobek?“ ISO 62 se naproti tomu zabývá tím, jak plasty v průběhu času absorbují vodu za kontrolovaných podmínek expozice, a v některých případech také umožňuje charakterizovat difuzi vlhkosti. [1][3][4]
Obsah vody v polymerech a plastech
Stanovení obsahu vody je obzvláště důležité u hygroskopických polymerů nebo polymerů citlivých na hydrolýzu. Příručka o plastech Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften dělí termoplasty podle toho, zda je obvykle není nutné sušit, zda se u nich vlhkost projevuje především účinky spojenými s absorpcí, nebo zda může při teplotách zpracování vést k hydrolytické degradaci. Do poslední skupiny příručka řadí polykarbonát a několik polyesterů, zatímco polyamid uvádí jako příklad materiálu, u něhož hrají významnou roli jak absorpce, tak citlivost během zpracování. [5]
Stejná příručka uvádí příklad zaměřený na PET. V části věnované PET jako vstupní surovině se uvádí, že granulát PET je nutné sušit, aby se zabránilo hydrolytické degradaci. Pro stanovení obsahu vody je jako obzvláště vhodná uvedena metoda Karla Fischera; zmíněny jsou rovněž průmyslové metody kontroly procesu. Tento příklad ukazuje, že stanovení obsahu vody není jen abstraktní laboratorní úlohou, ale krokem, který přímo souvisí se stabilitou taveniny, zachováním intrinsické viskozity a užitnými vlastnostmi konečného výrobku. [5]
ISO 15512:2019 a její rozsah působnosti
Normu ISO 15512:2019 vypracovala technická komise ISO/TC 61, Plasty, subkomise SC 5, Fyzikálně-chemické vlastnosti. V anglickém znění normy se uvádí, že páté vydání nahradilo normu ISO 15512:2016 a hlavní technickou změnou bylo doplnění dvou alternativních metod, D a E.
Norma se vztahuje na plasty ve formě prášku, granulí a hotových výrobků. Stanoví meze detekce 0,1 % pro metodu A, 0,01 % pro metody B a C, 0,01 % pro metodu D a 0,001 % pro metodu E. Zároveň upozorňuje, že tyto hodnoty představují meze detekce, které závisejí na maximální možné hmotnosti vzorku. Jinými slovy, nejde o univerzálně zaručené hodnoty nezávislé na velikosti vzorku či matrici. [1]
Dalším důležitým aspektem je, že ne každá metoda je stejně vhodná pro všechny matrice. Norma uvádí, že metoda D je vhodná pro řadu materiálů, mimo jiné PA, PC, PP, PE, epoxidové pryskyřice, PET, polyestery, PTFE, PVC, PLA a PAI, nedoporučuje se však zejména pro vzorky, které mohou uvolňovat amoniak. Naproti tomu metody A, B a E označuje za obecně vhodné pro všechny typy plastů bez ohledu na obsah vody. [1]
Metody definované v normě ISO 15512
ISO 15512 stanovuje pět alternativních metod stanovení obsahu vody v plastech. Jednotlivé analytické principy se výrazně liší, díky čemuž lze tuto normu použít pro různé matrice a rozsahy obsahu vody. [1]
Metoda A využívá extrakci bezvodým metanolem a následnou titraci extrahované vody metodou Karla Fischera. Je použitelná pro všechny plasty ve formě granulí o rozměrech menších než 4 mm × 4 mm × 3 mm a také pro některé práškové prepolymery nerozpustné v metanolu. Jejím normativním analytickým základem je ISO 760, která popisuje obecnou metodu titrace podle Karla Fischera. [1][2]
Metody B1 a B2 jsou založeny na odpařování. Při metodě B1 se vzorek zahřívá v trubkové peci a proud suchého vzduchu nebo dusíku odvádí uvolněnou vodu do titrační cely, kde se její množství stanoví titrací podle Karla Fischera nebo coulometrickou detekcí vlhkosti. Metoda B2 využívá stejný základní princip, odpařování však probíhá ve vyhřívané lahvičce se vzorkem namísto v trubkové peci. [1]
Metoda C je manometrická vakuová metoda. Vzorek se zahřívá ve vakuu a obsah vody se stanoví na základě výsledného zvýšení tlaku. Norma uvádí, že tato metoda není vhodná pro vzorky plastů obsahující jiné těkavé látky v takovém množství, že při pokojové teplotě významně přispívají k tlaku par. Proto je nutné přítomnost těchto těkavých látek pravidelně kontrolovat, zejména u nových typů nebo jakostí materiálu. [1]
Metoda D je termokoulometrická metoda využívající článek s oxidem fosforečným. Voda se ze vzorku odpaří a proudem suchého vzduchu nebo dusíku se přivádí do senzorového článku, kde se následně stanoví coulometricky. Také pro tuto metodu platí obecné omezení související s rušivými těkavými sloučeninami. Metoda je obzvláště nevhodná, pokud mohou amoniak nebo aminy reagovat s kyselým senzorovým povlakem z P2O5. [1]
Metoda E je založena na reakci s hydridem vápenatým. Voda se uvolňuje působením tepla a vakua a reaguje s hydridem vápenatým za vzniku vodíku a hydroxidu vápenatého; výsledný nárůst tlaku slouží ke stanovení obsahu vody. Norma uvádí, že těkavé složky, které nereagují s hydridem vápenatým, kondenzují v chladicí pasti, a proto měření neovlivňují. [1] (ISO)
Manipulace se vzorky, volba teploty a srovnatelnost
Jedno z nejdůležitějších praktických upozornění v normě ISO 15512 se netýká jednotlivých metod, ale je uvedeno již v úvodu. Norma uvádí, že mezilaboratorní srovnatelnost při stanovení obsahu vody v plastech je často nízká, přičemž za hlavní příčiny označuje způsob balení vzorků, manipulaci s nimi a rozdíly v přístrojovém vybavení a jeho nastavení. Doporučuje používat zatavené sáčky nepropustné pro vodní páru nebo speciální skleněné nádoby a pokud možno se vzorky manipulovat v atmosféře suchého dusíku nebo suchého vzduchu. [1]
Tento důraz odpovídá obecnějším zásadám metrologie vlhkosti. Příručka NPL k měření vlhkosti uvádí, že k získání spolehlivých údajů o obsahu vlhkosti v polymerních materiálech je nutné zajistit reprezentativní podmínky a pečlivě zohlednit faktory ovlivňující absorpci vody a kvalitu měření. Důraz normy ISO 15512 na pečlivé balení a důsledné dodržování postupu proto není podružným detailem, ale nedílnou součástí metrologické koncepce metody. [4]
Další klíčovou otázkou je volba teploty. Norma ISO 15512 nestanovuje pro odpařovací metody jednu univerzálně použitelnou teplotu. Uvádí, že při manometrické metodě se často používá teplota 200 °C, která však může být pro některé polykondenzační polymery příliš vysoká, protože při kondenzačních nebo degradačních reakcích může vznikat voda. Je-li teplota příliš nízká, neodpaří se veškerá voda; je-li příliš vysoká, může v důsledku reakcí vznikat další voda, která následně ovlivní výsledek měření. Příloha B se proto zabývá volbou optimální teploty a doby ohřevu. [1]
Silné stránky a omezení normy
Velkou předností normy ISO 15512 je, že nestanovuje jediný analytický princip pro všechny plasty. Místo toho v jediném standardizovaném rámci zahrnuje extrakční, odpařovací, manometrické a termokoulometrické metody i metodu s hydridem vápenatým. Tato flexibilita je přínosná, protože plasty se výrazně liší fyzikální formou, obsahem vlhkosti, těkavostí aditiv a tepelným chováním. [1]
Omezení normy jsou rovněž jasně vymezena. Jde o normu pro stanovení obsahu vody, nikoli o komplexní normu popisující dlouhodobé chování materiálu ve vztahu k vlhkosti. Některé metody jsou citlivé na interference způsobené těkavými látkami, jiné vyžadují pečlivou optimalizaci teploty a některé údaje o preciznosti zůstávají neúplné. [1]
Stanovení obsahu vody v plastech je proto třeba chápat jako jednu ze součástí širšího systému řízení vlhkosti. Norma ISO 15512 se zabývá přímým analytickým stanovením obsahu vody v prášcích, granulích nebo hotových výrobcích. Pokud je však předmětem zájmu absorpce vody v průběhu času, difuze napříč tloušťkou materiálu nebo rovnovážný příjem vody při expozici vlhkému prostředí, poskytují norma ISO 62 a související pokyny vhodnější rámec. [1][3][4]
Odkazy
[1] Mezinárodní organizace pro normalizaci. ISO 15512:2019 — Plasty — Stanovení obsahu vody. Oficiální katalogový záznam a stránka s informacemi o aktuálním stavu normy. (ISO)
[2] Mezinárodní organizace pro normalizaci. ISO 760:1978 — Stanovení vody — Metoda podle Karla Fischera (obecná metoda). (ISO)
[3] Mezinárodní organizace pro normalizaci. ISO 62:2008 — Plasty — Stanovení nasákavosti. (ISO)
[4] Duncan, B. C.; Broughton, W. R., Absorpce a difuze vlhkosti v polymerních materiálech, National Physical Laboratory, Příručka osvědčených postupů č. 102.
[5] Eyerer, P.; Elsner, P.; Hirth, T., eds., Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, 6. vyd., Springer, 2005.
Časté dotazy se stručnými odpověďmi
Co je stanovení obsahu vody v plastech?
Jde o analytické stanovení množství vody přítomné ve vzorku plastu, které se obvykle vyjadřuje jako hmotnostní zlomek vody v procentech. Podle ISO 15512 se vztahuje na prášky, granule a hotové výrobky. [1]
Jak se ISO 15512 liší od ISO 62?
ISO 15512 stanovuje obsah vody v okamžiku analýzy, zatímco ISO 62 se zabývá absorpcí vody, včetně jejího příjmu při kontrolované expozici a ve vhodných případech také vlastnostmi souvisejícími s difuzí. [1][3][4]
Která metoda podle ISO 15512 dosahuje nejnižší uváděné meze detekce?
Podle normy je metoda E, tedy metoda s hydridem vápenatým, vhodná ke stanovení obsahu vody od 0,001 %, přičemž tato mez závisí na maximální možné hmotnosti vzorku. [1]
