Un nuevo equipamiento de determinación del contenido en agua por valoración Karl-Fischer mejora la capacidad de los laboratorios de AIMPLAS
La determinación del contenido en agua en materiales plásticos es de suma importancia en aplicaciones en las que el control de la presencia de agua es crítico para un correcto procesado y para obtener las propiedades deseadas.
- Hay polímeros, como por ejemplo las poliamidas (PA), en los que la absorción de agua produce un efecto plastificante, efectuando un cambio de propiedades importante tales como reblandecimiento, elasticidad, tenacidad, resistencia al impacto, etc.
- Esta influencia del agua en las poliamidas hace que cambie la Tg (Temperatura de transición vítrea) de las mismas en función de la humedad. Por ejemplo, en PA seca, la Tg está situada por encima de la temperatura ambiente, es decir, a temperatura ambiente la PA seca será frágil y quebradiza. Sin embargo, la PA acondicionada o humedecida tendrá la Tg por debajo de la temperatura ambiente por lo que su comportamiento será más dúctil y plástico.
- Otros polímeros como por ejemplo los poliésteres (PET, PBT) pueden sufrir degradación en presencia de agua a altas temperaturas. La hidrólisis (descomposición por acción del agua) es un proceso lento a temperatura ambiente, pero puede ser rápido a temperaturas altas de servicio o procesado. Esta reacción origina una rotura de las cadenas poliméricas, con la consecuente pérdida de peso molecular y, por tanto, pérdida de propiedades del material, especialmente la tenacidad.
Este proceso es irreversible. El secado del material plástico no restablecerá el peso molecular ni las propiedades iniciales.
Debido a la importancia de determinar el contenido en agua en materiales plásticos, recientemente AIMPLAS ha incorporado dentro del Laboratorio de Caracterización Química un nuevo equipo de valoración coulométrica por el método Karl-Fisher. Este equipo permite determinar de manera rápida y precisa el contenido en agua en muestras de diferentes características, incluyendo muestras sólidas, ya que incluye un muestreador automático con horno acoplado que evapora el agua presente en la muestra para transferirla a la celda de valoración.
DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO EN AGUA EN POLÍMEROS
En el ámbito de los polímeros existen dos métodos principales de medición de agua y/o sustancias volátiles:
Método 1: Medición de volátiles por evaporación y gravimetría:
Se trata de medir el peso de una resina o polímero antes y después de someterlo a un calentamiento que provoque la evaporación de las sustancias volátiles que pueda contener. Este método no es específico para agua. Adicionalmente, si durante la medición se presentara la descomposición del polímero, existe la posible formación de otros sub-productos. Un ejemplo claro, son los polímeros de condensación como la poliamida (PA) o los poliésteres (PET, PBT) que con su descomposición liberan más agua.
Método 2: Medición de agua por valoración Karl-Fischer.
El método de determinación de agua utilizado en la industria del plástico es la valoración en equipo Karl-Fischer. Este método opera bajo el principio de que el agua tendrá una reacción química única en contacto con una mezcla particular de agentes químicos, los cuales reaccionan únicamente con el agua de entre todas las sustancias volátiles que puede emitir el material. Además de ser específico para la determinación de agua, la ventaja del método por valoración es su alta precisión.
La reacción de KARL-FISCHER es basada sobre la oxidación del bióxido de azufre por el yodo con el consumo de agua en una disolución tampón: I2 + H2O + SO2 ↔ 2I– + 2H+ + 2H2SO4
El cambio del color señala el punto final de la reacción es causado por la detección de exceso del yodo en el electrodo de platino doble cuál actúa como el indicador. El contenido en agua entonces se calcula de la cantidad de reactivo adicional.
Este método se desarrolló originalmente para líquidos no acuosos, pero también resulta adecuado para componentes sólidos, si son solubles en el reactivo, o si el agua que contienen se puede extraer mediante calentamiento en una corriente de gas o extracción.
Métodos primarios de valoración de Karl-Fischer
Es posible analizar gran variedad de materiales, incluyendo productos alimenticios y farmacéuticos, sustancias químicas, productos petrolíferos y materiales plásticos. La cantidad de agua titulada puede estar entre un ppm (0,0001%) y un 100%. Esto incluye el agua superficial y el agua de cristalización.
Hay dos métodos primarios de valoración de Karl-Fischer: volumétrico y coulométrico.
- En el método volumétrico, se añade una solución Karl-Fischer que contenga yodo hasta que se muestre la primera traza de exceso de yodo. La cantidad de yodo convertido se determina mediante el volumen de la bureta de la solución Karl-Fischer. Este método adecuado para muestras en las que el agua es un componente principal: 100 ppm – 100 %.
- En el procedimiento coulométrico, el yodo que participa en la reacción se genera directamente en la célula de valoración mediante oxidación electroquímica del yodo hasta que se vuelva a detectar una traza de yodo sin reaccionar. La ley de Faraday se puede usar para calcular la cantidad de yodo generado a partir de la cantidad de electricidad requerida para generarlo. Este método adecuado para muestras en las que el agua está presente en pequeñas cantidades: 1 ppm – 5 %.
Las normas ISO 15512 “Plastics — Determination of water content” (métodos A, B1 y B2) y ASTM D6869 “Standard Test Method for Coulometric and Volumetric Determination of Moisture in Plastics Using the Karl Fischer Reaction (the Reaction of Iodine with Water)” describen los protocolos a seguir para la determinación del contenido en agua en plásticos por el método de valoración Karl-Fischer.
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Eugenia Nuñez Calzado
Laboratorio de Caracterización Química