依據 ISO 15512 測定塑膠中的水分含量
在塑膠工程領域，水分含量測定是透過分析程序，測量塑膠材料在測試當下的水分含量。 此項測定的主要國際標準為 ISO 15512:2019，適用於粉末、粒料及成品形式的塑膠。 ISO 官方目錄顯示，該標準目前仍為現行版本，且 2019 年版已於 2024 年完成審查並獲確認。 [1][3]
其適用範圍其實比表面上看來更為有限。 ISO 15512 並非用於評估聚合物在潮濕或浸泡條件下的長期吸水行為。 相反地，它著重測定樣品在分析當下既有的水分含量。 該標準已明確說明此項區別，指出其方法並不測定 ISO 62 所涵蓋的吸水動力學與平衡吸水量。 這項區別十分重要，因為水分含量與吸水性所反映的是不同的產業問題。 [1][3][4]
在實務上，水分含量測定之所以重要，是因為殘留水分可能影響加工穩定性與零件品質，並造成聚合物降解。 原料中的水分可能導致發泡、脫模不良、黏度波動、氣泡、條紋、空洞及熔接線缺陷，而預乾燥不足也可能影響後續的塗裝或電鍍等製程。 多種工程熱塑性塑膠，包括聚碳酸酯、聚醯胺、聚芳酯及聚酯，通常需要在熔融加工前進行乾燥。 [5]
塑膠中水分含量測定
根據 ISO 15512，水分含量以水的質量分率表示，單位為百分比。 此概念著重實際操作，而非抽象定義：各方法均在規定的分析條件下，測定經釋放、萃取、滴定或其他方式檢測到的水量。 這不同於聚合物更廣泛的水分相關行為，後者可能涉及擴散、吸著、膨潤及長期老化。 NPL 的聚合物材料水分指南將這些廣泛現象歸入吸水與擴散測試範疇，而非直接測定水分含量。[1][4]
此差異也說明 ISO 15512 與 ISO 62 是相互補充，而非彼此競爭的標準。 ISO 15512 有助於回答製程控制問題，例如「這批樹脂或成品目前含有多少水分？」相較之下，ISO 62 探討塑膠在受控暴露條件下隨時間吸收水分的情況，並說明在特定情況下如何表徵水分擴散。[1][3][4]
聚合物與塑膠中的水分含量
對於具吸濕性或易發生水解的聚合物，測定水分含量尤其重要。 塑膠手冊《Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften》依據下列情況將熱塑性塑膠分類：通常無須乾燥、水分主要造成吸水效應，或水分在加工溫度下可能導致水解劣化。 該手冊將聚碳酸酯與數種聚酯歸入後者；聚醯胺則是吸水效應與加工敏感性皆須重視的例子。 [5]
該手冊也提供了 PET 的範例。 在 PET 原料章節中，手冊指出 PET 顆粒應先經乾燥處理，以防止水解降解，並說明卡爾費雪水分測定法特別適合用於測定水分含量，同時也介紹以工業製程為導向的方法。 這提醒我們，水分含量測定並非僅是抽象的實驗室作業，而是與熔體穩定性、特性黏度維持及最終產品性能直接相關的重要步驟。 [5]
ISO 15512:2019 及其適用範圍
ISO 15512:2019 由 ISO/TC 61（塑膠）SC 5（物理化學性質）負責制定。 所提供的英文版標準指出，第五版取代 ISO 15512:2016，主要技術變更為新增兩種替代方法——方法 D 與方法 E。
標準適用於粉末、顆粒及成品形態的塑膠。 其中規定的檢出限為：方法 A 為 0.1 %，方法 B 與 C 為 0.01 %，方法 D 為 0.01 %，方法 E 為 0.001 %。 標準同時指出，這些數值取決於可使用的最大樣品質量。 換言之，這些數值並非不受樣品量或基質影響的通用保證值。[1]
此外，各種方法並非同樣適用於所有基質。 標準指出，方法 D 適用於多種指定材料，包括 PA、PC、PP、PE、環氧樹脂、PET、聚酯、PTFE、PVC、PLA 及 PAI，但尤其不建議用於可能釋放氨氣的樣品。 相較之下，方法 A、B 與 E 普遍適用於各類塑膠及不同水分含量。[1]
ISO 15512 規定的方法
ISO 15512 規定五種可供選用的塑膠水分含量測定方法。 各方法採用截然不同的分析原理，因此該標準可適用於不同的基質與水分含量範圍。 [1]
方法 A 使用無水甲醇萃取水分，再以卡爾費雪滴定法測定萃取出的水分。 此方法適用於所有塑膠，以及尺寸小於 4 mm × 4 mm × 3 mm 的顆粒，也適用於某些不溶於甲醇的預聚物粉末。 其規範性分析方法以 ISO 760 所述的通用卡爾費雪法為依據。 [1][2]
方法 B1 與方法 B2 均屬於汽化法。 在 B1 中，樣品於管式爐中加熱，釋出的水分由乾燥空氣或氮氣帶入滴定池，再以卡爾費雪滴定法或庫侖法測定。 B2 採用相同的基本原理，但汽化過程是在加熱的樣品瓶中進行，而非管式爐中。 [1]
方法 C 為真空測壓法。 樣品在真空條件下加熱，並根據所產生的壓力上升量推算含水量。 標準指出，若塑膠樣品含有其他揮發性化合物，且其含量足以顯著影響室溫下的蒸氣壓，則不適用此方法。 因此，必須定期檢查是否存在此類揮發性物質，尤其是新類型或新牌號的材料。 [1]
方法 D 為採用五氧化二磷感測池的熱庫侖法。 樣品中的水分汽化後，由乾燥空氣或氮氣帶入感測池，再以庫侖法進行測定。 此方法對干擾性揮發性化合物同樣存在一般性限制；若氨或胺類可能與酸性 P2O5 感測塗層發生反應，則尤其不適用。 [1]
方法 E 為氫化鈣法。 在加熱與真空條件下，樣品釋出的水分會與氫化鈣反應，生成氫氣與氫氧化鈣，並根據所產生的壓力升高進行分析。 該標準指出，不與氫化鈣反應的揮發性成分會在冷卻阱中冷凝，因此不會干擾測定結果。 [1] (ISO)
樣品處理、溫度選擇與可比性
ISO 15512 有一項重要的實務要點，並非著眼於各個方法本身，而是見於引言中。 該標準指出，塑膠含水量測定的實驗室間可比性往往不佳，主要原因包括樣品包裝與處理方式，以及設備及其設定的差異。 標準建議使用具水氣阻隔性的密封袋或專用玻璃容器，並盡可能在乾燥氮氣或乾燥空氣環境中處理樣品。 [1]
這項重點也與更廣泛的水分計量指引一致。 NPL 水分指南強調，若要取得可靠的聚合物材料含水量數據，必須在具代表性的條件下進行量測，並審慎考量影響吸濕與量測品質的各項因素。 就此而言，ISO 15512 對妥善包裝及嚴格遵循操作程序的要求並非次要細節，而是該方法計量學邏輯的一環。 [4]
溫度選擇是另一項核心議題。 ISO 15512 並未針對汽化法訂定通用溫度。 該標準指出，真空測壓法通常採用 200 °C，但對某些縮聚材料而言，此溫度可能過高，因為縮合或降解反應可能產生水。 溫度過低時，水分可能無法完全釋出；溫度過高時，則可能因反應產生額外的水，而不再只是測定樣品原有的水分。 因此，附錄 B 專門說明如何選擇適當的加熱溫度與加熱時間。 [1]
標準的優勢與限制
ISO 15512 的一項實用特點是，不要求所有塑膠一律採用相同的分析原理。 而是以統一的標準化架構，涵蓋萃取法、汽化法、真空測壓法、熱庫侖法及氫化鈣法。 這項彈性相當實用，因為各類塑膠在形態、含水量、添加劑揮發性及熱特性方面差異甚大。 [1]
其限制也相當明確。 這是一項含水量測定標準，並非用於全面評估長期吸水行為的標準。 部分方法容易受到揮發性物質干擾，有些方法須審慎調整溫度，此外，部分方法的精密度資料尚不完整。 [1]
因此，塑膠含水量測定應視為整體水分管理架構的一環。 ISO 15512 涵蓋對粉末、顆粒或成品中既有水分的直接分析測定。 若要評估吸水量隨時間的變化、水分在厚度方向上的擴散，或材料暴露於潮濕環境後的平衡吸水量，則以 ISO 62 及相關指南作為依據較為適切。 [1][3][4]
參考文獻
[1] 國際標準化組織。 ISO 15512:2019 — 塑膠 — 水分含量測定。 官方目錄條目與目前狀態頁面（ISO）。
[2] 國際標準化組織。 ISO 760:1978 — 水分測定 — 卡爾·費雪法（通用方法）。（ISO）
[3] 國際標準化組織。 ISO 62:2008 — 塑膠 — 吸水率測定。（ISO）
[4] Duncan, B. C.; Broughton, W. R.，《聚合物材料中的水分吸收與擴散》，英國國家物理實驗室《良好實務指南》第 102 號。
[5] Eyerer, P.; Elsner, P.; Hirth, T.，編，《塑膠及其性質》，第 6 版，Springer，2005 年。
常見問題簡要解答
何謂塑膠含水量測定？
這是對塑膠樣品所含水分進行的分析測定，通常以水的質量分率百分比表示；依據 ISO 15512，此測定適用於粉末、顆粒及成品。 [1]
ISO 15512 與 ISO 62 有何不同？
ISO 15512 測定樣品在分析時的含水量，而 ISO 62 則評估吸水行為，包括在受控暴露條件下的吸水量，以及適用時與擴散相關的特性。 [1][3][4]
ISO 15512 的哪一種方法可達到標準所述的最低檢出限？
依據此標準，方法 E（氫化鈣法）可測定低至 0.001 % 的含水量；此檢出限取決於可使用的最大樣品質量。 [1]
