ISO 15512’ye göre plastiklerde su içeriği tayini
Plastik mühendisliğinde su içeriği tayini, test sırasında plastik malzemede bulunan su miktarını belirlemek için kullanılan analitik yöntemleri ifade eder. Bu tayine ilişkin başlıca uluslararası standart, toz, granül ve bitmiş ürün biçimindeki plastikler için geçerli olan ISO 15512:2019'dur. Resmî ISO kataloğuna göre standart hâlen yürürlüktedir; 2019 baskısının 2024'te gözden geçirilerek onaylandığı belirtilmektedir. [1][3]
Kapsam, ilk bakışta göründüğünden daha dardır. ISO 15512, polimerlerin nemli ortamda veya suya daldırıldığında gerçekleşen uzun süreli su absorpsiyonunu ele almaz. Bunun yerine, numunenin analiz anındaki su içeriğini ele alır. Standart, içerdiği yöntemlerin ISO 62 kapsamında değerlendirilen su absorpsiyonu kinetiği ve denge hâlinin belirlenmesine yönelik olmadığını belirterek bu ayrımı açıkça ortaya koyar. Bu ayrım önemlidir, çünkü su içeriği ile su absorpsiyonu endüstriyel açıdan farklı sorulara yanıt verir. [1][3][4]
Uygulamada su içeriğinin tayini önem taşır, çünkü kalıntı nem proses kararlılığını, parça kalitesini ve polimer bozunmasını etkileyebilir. Ham maddedeki nem köpürmeye, kalıptan çıkarma sorunlarına, viskozite dalgalanmalarına, kabarcıklara, çizgilenmeye, boşluklara ve birleşme çizgisi kusurlarına yol açabilir; yetersiz ön kurutma da boyama veya metal kaplama gibi sonraki işlem aşamalarında sorunlara neden olabilir. Polikarbonat, poliamitler, poliarilatlar ve polyesterler dâhil olmak üzere çeşitli mühendislik termoplastiklerinin genellikle eriyik hâlde işlenmeden önce kurutulması gerekir. [5]
Plastiklerde su içeriğinin tayini
ISO 15512'ye göre su içeriği, kütlece yüzde olarak ifade edilir. Bu kavram soyut değil, ölçüme dayalıdır: Bir yöntemle, belirtilen analitik koşullar altında açığa çıkan, ekstrakte edilen, titrasyonla tayin edilen veya başka bir yolla saptanan su miktarı ölçülür. Bu, polimerlerde difüzyon, sorpsiyon, şişme ve uzun süreli yaşlanma süreçlerini de kapsayabilen daha geniş neme bağlı davranış kavramından farklıdır. NPL'nin polimerik malzemelerde neme ilişkin kılavuzu, bu daha kapsamlı olguları doğrudan su içeriği tayini yerine absorpsiyon ve difüzyon testleri kapsamında ele alır. [1][4]
Bu ayrım, ISO 15512 ile ISO 62'nin neden rakip değil, birbirini tamamlayan standartlar olduğunu da açıklar. ISO 15512, proses kontrolünde “Bu reçine partisinde veya nihai üründe şu anda ne kadar su bulunuyor?” gibi bir soruyu yanıtlamaya yardımcı olur. Buna karşılık ISO 62, plastiklerin kontrollü maruz bırakma koşullarında zaman içinde suyu nasıl absorbe ettiğini ve belirli durumlarda nem difüzyonunun nasıl karakterize edilebileceğini ele alır. [1][3][4]
Polimer ve plastiklerde su içeriği
Su içeriğinin tayini, özellikle higroskopik veya hidrolize duyarlı polimerler için önemlidir. Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften adlı plastik el kitabı, termoplastikleri genellikle kurutma gerektirmeyen, nemin öncelikle absorpsiyona bağlı etkilere yol açtığı veya işleme sıcaklıklarında nem nedeniyle hidrolitik bozunmaya uğrayabilen malzemeler olarak sınıflandırır. El kitabında polikarbonat ve çeşitli polyesterler son grupta yer alırken poliamid, hem absorpsiyonun hem de işleme duyarlılığının önem taşıdığı bir örnek olarak gösterilir. [5]
Aynı el kitabında PET’e özgü bir örnek de yer alır. PET ham maddelerine ayrılan bölümde, hidrolitik bozunmayı önlemek için PET granüllerinin kurutulması gerektiği belirtilir, Karl Fischer tayininin nem ölçümü için özellikle uygun olduğu vurgulanır ve endüstriyel proseslere yönelik yöntemlere de değinilir. Bu örnek, su içeriği tayininin yalnızca soyut bir laboratuvar uygulaması olmadığını, eriyik kararlılığı, intrinsik viskozitenin korunması ve nihai ürün performansıyla doğrudan bağlantılı olduğunu gösterir. [5]
ISO 15512:2019 ve kapsamı
ISO/TC 61 Plastikler Teknik Komitesi bünyesindeki SC 5 Fizikokimyasal Özellikler Alt Komitesi, ISO 15512:2019 standardını hazırlamıştır. İngilizce standart metninde, beşinci baskının ISO 15512:2016'nın yerini aldığı ve başlıca teknik değişikliğin D ve E olmak üzere iki alternatif yöntemin eklenmesi olduğu belirtilmektedir.
Standardın kapsamına toz, granül ve bitmiş ürün hâlindeki plastikler girer. Standart, A yöntemi için %0,1, B ve C yöntemleri için %0,01, D yöntemi için %0,01 ve E yöntemi için %0,001 tespit sınırları belirtir. Standart ayrıca bu değerlerin, mümkün olan en yüksek numune kütlesi kullanıldığında ulaşılabilen tespit sınırları olduğunu belirtir. Başka bir deyişle bunlar, numune miktarından ve matristen bağımsız olarak her koşulda geçerli sınırlar değildir. [1]
Bir diğer önemli nokta da her yöntemin her matris için eşit ölçüde uygun olmamasıdır. Standart, D yönteminin aralarında PA, PC, PP, PE, epoksi reçine, PET, polyester, PTFE, PVC, PLA ve PAI bulunan çeşitli malzemeler için uygun olduğunu, ancak özellikle amonyak açığa çıkarabilen numuneler için önerilmediğini belirtir. Buna karşılık standart, A, B ve E yöntemlerini genel olarak tüm plastik türleri ve nem düzeyleri için uygun olarak tanımlar. [1]
ISO 15512'de tanımlanan yöntemler
ISO 15512, plastiklerdeki su içeriğinin tayini için beş alternatif yöntem tanımlar. Analitik prensipler önemli ölçüde farklılık gösterir; bu da standardın farklı matrislere ve nem aralıklarına uygulanabilmesini sağlar. [1]
Yöntem A, susuz metanolün kullanıldığı bir ekstraksiyon yöntemidir; ekstrakte edilen su daha sonra Karl Fischer titrasyonuyla tayin edilir. Tüm plastiklere ve boyutları 4 mm × 4 mm × 3 mm’den küçük granüllere uygulanabilir; ayrıca metanolde çözünmeyen bazı prepolimer tozları için de kullanılabilir. Yöntemin normatif analitik dayanağı, genel Karl Fischer yöntemini tanımlayan ISO 760’tır. [1][2]
B1 ve B2 yöntemlerinin her ikisi de buharlaştırma yöntemidir. B1 yönteminde numune bir tüp fırında ısıtılır ve açığa çıkan su, kuru hava veya azot akımıyla bir titrasyon hücresine taşınarak burada Karl Fischer titrasyonu veya kulometrik nem tayiniyle belirlenir. B2 yöntemi aynı temel prensibe dayanır, ancak buharlaştırma işlemi tüp fırın yerine ısıtılmış bir numune şişesinde gerçekleştirilir. [1]
Yöntem C, manometrik vakum yöntemidir. Numune vakum altında ısıtılır ve su içeriği, oluşan basınç artışına göre belirlenir. Standarda göre bu yöntem, oda sıcaklığındaki buhar basıncını önemli ölçüde etkileyecek miktarda başka uçucu bileşikler içeren plastik numuneler için uygun değildir. Bu nedenle, özellikle yeni malzeme türleri veya kalite sınıfları söz konusu olduğunda, bu tür uçucu bileşiklerin varlığı düzenli aralıklarla kontrol edilmelidir. [1]
Yöntem D, difosfor pentoksit hücresi kullanan termokulometrik bir yöntemdir. Numunedeki su buharlaştırılır, kuru hava veya azot aracılığıyla sensör hücresine taşınır ve ardından kulometrik olarak tayin edilir. Bu yöntem de girişime neden olan uçucu bileşikler bakımından aynı genel kısıtlamaya tabidir ve özellikle amonyak veya aminlerin asidik P2O5 sensör kaplamasıyla reaksiyona girebileceği durumlarda kullanıma uygun değildir. [1]
Yöntem E, kalsiyum hidrür esaslı bir yöntemdir. Su, ısıtma ve vakumun birlikte uygulanmasıyla açığa çıkar ve kalsiyum hidrürle reaksiyona girerek hidrojen ve kalsiyum hidroksit oluşturur; oluşan basınç artışı analitik değerlendirmede kullanılır. Standart, kalsiyum hidrürle reaksiyona girmeyen uçucu bileşenlerin bir soğutma tuzağında yoğunlaştığını ve bu nedenle ölçümü etkilemediğini belirtir. [1] (ISO)
Numune elleçleme, sıcaklık seçimi ve karşılaştırılabilirlik
ISO 15512'deki en önemli uygulamaya dönük hususlardan biri, yöntemlerin açıklamalarında değil, giriş bölümünde yer alır. Standart, plastiklerde su içeriği tayininde laboratuvarlar arası karşılaştırılabilirliğin çoğu zaman düşük olduğunu belirtir ve bunun başlıca nedenleri olarak numunelerin ambalajlanması ve elleçlenmesi ile ekipman ve ayarlardaki farklılıkları gösterir. Mümkün olduğunda, su buharına karşı bariyer özellikli sızdırmaz torbalar veya özel cam kaplar kullanılmasını ve numunelerin kuru azot ya da kuru hava atmosferinde elleçlenmesini önerir. [1]
Bu vurgu, nem metrolojisine ilişkin daha kapsamlı kılavuzlarla uyumludur. NPL nem kılavuzu, polimerik malzemelerde güvenilir nem verileri elde edebilmek için temsili koşulların sağlanması, nem absorpsiyonu ve ölçüm kalitesini etkileyen diğer faktörlerin dikkatle ele alınması gerektiğini vurgular. Bu bakımdan, ISO 15512'nin dikkatli ambalajlamaya ve prosedürlere titizlikle uyulmasına verdiği önem, önemsiz bir ayrıntı değil, yöntemin metrolojik mantığının bir parçasıdır. [4]
Sıcaklık seçimi de temel konulardan biridir. ISO 15512, buharlaştırma yöntemleri için tüm durumlarda geçerli tek bir sıcaklık değeri öngörmez. Standart, manometrik yöntemde genellikle 200 °C kullanıldığını, ancak kondenzasyon veya bozunma tepkimeleri sonucunda su oluşabileceğinden bu sıcaklığın bazı kondenzasyon polimerleri için çok yüksek olabileceğini belirtir. Sıcaklık çok düşükse suyun tamamı buharlaşmaz; çok yüksekse yöntem, yalnızca numunede mevcut suyu ölçmek yerine ilave su oluşmasına yol açabilir. Bu nedenle Ek B, optimum ısıtma sıcaklığının ve ısıtma süresinin seçimine ayrılmıştır. [1]
Standardın güçlü yönleri ve sınırlamaları
ISO 15512'nin başlıca güçlü yönlerinden biri, tüm plastikler için tek bir analitik ilkeyi zorunlu kılmamasıdır. Bunun yerine ekstraksiyon, buharlaştırma, manometrik vakum, termokulometrik ve kalsiyum hidrür yöntemlerini standartlaştırılmış tek bir çerçevede sunar. Plastiklerin fiziksel biçim, nem düzeyi, katkı maddelerinin uçuculuğu ve ısıl davranış bakımından büyük farklılıklar göstermesi nedeniyle bu esneklik yararlıdır. [1]
Sınırlamaları da açıktır. Bu standart, uzun süreli nem davranışını kapsamlı biçimde ele almak yerine su içeriğinin tayinine odaklanır. Bazı yöntemler uçucu bileşenlerin girişiminden etkilenir, bazıları sıcaklığın dikkatle optimize edilmesini gerektirir ve bazı kesinlik verileri hâlâ eksiktir. [1]
Bu nedenle plastiklerde su içeriğinin tayini, daha kapsamlı bir nem kontrol sisteminin parçası olarak değerlendirilmelidir. ISO 15512, tozlarda, granüllerde veya mamul ürünlerde mevcut suyun doğrudan analitik tayinini kapsar. Amaç, zaman içindeki su absorpsiyonunu, malzeme kalınlığı boyunca difüzyonu veya neme maruz kalma sonucunda oluşan denge su alımını değerlendirmekse ISO 62 ve ilgili kılavuzlar daha uygun bir çerçeve sunar. [1][3][4]
Kaynakça
[1] Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 15512:2019 — Plastikler — Su içeriğinin tayini. Resmî katalog kaydı ve güncel durum bilgileri. (ISO)
[2] Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 760:1978 — Su tayini — Karl Fischer yöntemi (Genel yöntem). (ISO)
[3] Uluslararası Standardizasyon Örgütü. ISO 62:2008 — Plastikler — Su absorpsiyonunun tayini. (ISO)
[4] Duncan, B. C.; Broughton, W. R., Polimer malzemelerde nem absorpsiyonu ve difüzyonu, National Physical Laboratory, İyi Uygulama Kılavuzu No. 102.
[5] Eyerer, P.; Elsner, P.; Hirth, T., editörler, Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften, 6. baskı, Springer, 2005.
Kısa yanıtlarla sıkça sorulan sorular
Plastiklerde su içeriği tayini nedir?
Plastik bir numunede bulunan su miktarının analitik olarak belirlenmesidir. Sonuç genellikle suyun kütlece yüzdesi olarak ifade edilir ve ISO 15512 uyarınca tozlara, granüllere ve mamul ürünlere uygulanır. [1]
ISO 15512 ile ISO 62 arasındaki fark nedir?
ISO 15512 analiz anındaki su içeriğini belirlerken, ISO 62 kontrollü koşullar altında su alımını ve uygun durumlarda difüzyonla ilişkili özellikler de dâhil olmak üzere su emme davranışını ele alır. [1][3][4]
Hangi ISO 15512 yöntemi belirtilen en düşük tespit sınırına ulaşır?
Standarda göre, kalsiyum hidrür yöntemi olan Yöntem E, %0,001'e kadar düşük su içeriklerinin tayini için uygundur; bu sınır, kullanılabilecek en yüksek numune kütlesine bağlıdır. [1]
