El adversario invisible
La presencia de humedad en los materiales plásticos del tipo higroscópico es un problema para cualquier proceso de transformación, debido a que el agua alojada en la estructura molecular de los materiales promueve defectos superficiales y en algunos casos la degradación hidrolítica, lo que provoca la disminución de propiedades físicas y químicas de la pieza. Por lo anterior, el secado se convierte en una etapa de suma importancia dentro de todas las que involucra la transformación de plásticos para reducir rechazos e incrementar la calidad de los productos comercializados.
La importancia del secado en las resinas plásticas
Como procesadores de la industria plástica, uno de los principales objetivos es entregar productos de excelente calidad a los usuarios finales. Este concepto incluye, piezas con excelente estética, productos con dimensiones y propiedades mecánicas óptimas para la aplicación deseada, capaces de cumplir las expectativas de nuestros clientes.
Con esto en mente parece sencillo comenzar a planear desde el diseño, color, acabado e incluso el empaque de nuestros productos, sin embargo, debemos dar un paso atrás previo a empezar a pensar en siquiera tener la pieza, se debe de considerar el cómo se procesará el material y las necesidades para una óptima transformación del producto.
Una de las variables de mayor importancia, aunque no es la única y no aplica para todos los materiales, es la humedad que estos contienen.
La llamada polarización en las moléculas plásticas y en las moléculas de agua es lo que causa que los materiales se humedezcan, dejando claro que es un fenómeno derivado de su estructura molecular y no un fenómeno físico de absorción (como si estos fueran una esponja).
Fig. Molécula de agua con cargas parciales.
La absorción de humedad por parte del polímero solo se detiene cuando la concentración de agua disponible en el ambiente es igual a la concentración del polímero, por lo que la premisa para evitar la humidificación del material es controlar las condiciones ambientales a las que se expone el material, desde su recepción como materia prima hasta su procesamiento.
En el caso de los defectos de desempeño o funcionales, no hay un daño visual perceptible al revisar las piezas recién moldeadas, ya que parecen piezas funcionales, sin embargo, este tipo de defectos generan una degradación de la estructura química del plástico, todo esto derivado de una reacción química conocida como hidrólisis. En esta reacción causada por la presencia de agua y el calor del proceso de transformación, la longitud de cadena se ve disminuida, característica directamente relacionada con el peso molecular y con las propiedades físicas y químicas del material.
Para comprender la importancia del secado en los procesos de transformación de plástico, es necesario entender el concepto de secado, el cual se define como la vaporización y eliminación de agua u otros líquidos de una solución, suspensión u otra mezcla sólido-líquido para formar un sólido seco, en el caso de nuestra industria nos referiremos específicamente a la eliminación de humedad presente en algunos plásticos.
La retención de agua en un polímero
Para conocer la capacidad de retención de agua de un polímero existen diferentes metodologías, entre las más empleadas se encuentran métodos de prueba de la American Society for Testing and Materials (ASTM): ASTM D570-98(2018) y la International Organization for Standarization (ISO): ISO 62:2008. Métodos empleados por los fabricantes de materia prima, para elaborar la hoja técnica del material y pronosticar un porcentaje de sorción a condiciones de presión y temperatura determinadas.
También existen métodos prácticos por medio de los cuales las empresas consumidoras del material son capaces de conocer la humedad del material a condiciones de la planta de transformación.
Algunos de los métodos son la Prueba TVI (Thomasetti Volatile Indicator Test), el Método de titulación de Karl-Fischer y el Analizador electrónico de humedad. Debido a cuestiones de tiempo, equipo y la necesidad de personal especializado, los primeros dos métodos son poco prácticos, lo que vuelve al analizador electrónico la opción más viable.
El analizador electrónico de humedad realiza una lectura inicial de una masa de plástico, la cual es calentada hasta evaporar cualquier líquido o solvente presente, el calentamiento se mantiene durante un periodo de tiempo que permita a la masa plástica estabilizar su peso hasta un valor mínimo, cuando esta condición se alcanza, se realiza una lectura final y así se determina el contenido de agua en la muestra.
Los mecanismos para promover el gradiente de concentraciones son diversos, pero todos coinciden en ciertos parámetros, los cuales son esenciales para iniciar la migración del líquido alojado en la molécula plástica hacia la superficie de este.
Las variables son:
- Calor
El calor es una variable central en la operación de secado, debido a que, por medio de la aplicación de este, se promueve que los enlaces creados entre las moléculas polares del polímero y el agua comiencen una ruptura, causando que el agua se desplace hacia la superficie del material en cuestión.
- Punto de rocío
Es la temperatura a la cual se debe enfriar el aire para saturarlo de vapor de agua y que esta se comience a condensar.
- Tiempo de secado
El fabricante de cada materia prima incluye tiempos de secado recomendados, en algunas ocasiones los tiempos varían debido a la naturaleza del lugar donde se esté procesando el plástico.
- Flujo de aire
La capacidad de la corriente de aire para realizar el proceso de sorción y remover el contenido de agua del material determina la velocidad y tiempo del ciclo de secado, usualmente se trata de que la velocidad del aire no sobrepase 1 pie/s (0.3 m/s).
Para comprender la importancia del secado en los procesos de transformación del plástico, es necesario entender el concepto y el proceso del secado, para hacer esto, en nuestro próximo blog partiremos de una clasificación respecto a la afinidad de la materia prima con el agua. Dividiendo en dos grupos a los plásticos.
- Plásticos higroscópicos
- Plásticos no higroscópicos
