نویسنده: مدیر سایت

الیاف پلی‌استر به ویژه الیاف پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) بیشترین حجم الیاف مصنوعی تولید شده در سراسر جهان را به خود اختصاص داده است. به طور کلی استحکام و مدول بالا، پایداری در برابر حرارت و مقاومت شیمیایی خوب، سبکی، سهولت ترکیب با پنبه و سایر الیاف طبیعی و قابلیت بازیافت راحت و مهم‌تر از آن قیمت تمام شده پایین‌تر نسبت به الیاف طبیعی از ویژگی‌های عالی PET است که آن را به جایگزین مناسبی برای الیاف طبیعی تبدیل کرده است. چیپس‌های پلی‌استر (گرانول) به عنوان ماده اولیه تولید الیاف پلی‌استر در فرآیند ریسندگی مذاب مورد استفاده قرار می‌گیرد که ویژگی نخ تولید شده به شدت به ویژگی آن بستگی دارد. میزان رطوبت چیپس قبل از فرآیند اکسترودر و ایجاد مذاب، نقش بسیار مهمی را در راندمان تولید و کیفیت  محصول ایفا می‌کند و همین امر باعث شده آماده سازی چیپس قبل از ورود به اکسترودر در دو مرحله کریستالایزر که تبلور و افزایش دانسیته از1/33 به (g/cm³)  1/37و درایر (خشک کردن کامل چیپس جهت رسیدن به رطوبت کمتر از 0/005درصد وزنی) صورت گیرد. این دو عملیات به ترتیب مانع از چسبیدن چیپس‌ها به یکدیگر (کلوخه شدن) و کاهش وزن مولکولی در اثر تخریب هیدرولیز می‌شود.

طبق برخی مطالعات صورت گرفته تاکنون تخریب هیدرولیزی در اثر وجود رطوبت بیشتر از 0/005درصد وزنی، منجر به کاهش تبلور و ایجاد نایکنواختی جرمی و همچنین کاهش استحکام و نایکنواختی در جذب رنگ در نخ POY  تولیدی شده است. استاندارد ISO 15512 تحت عنوان “پلاستیک‌ها – تعیین میزان آب” به منظور تشریح روش‌هایی برای تعیین میزان آب مواد پلاستیکی که به شکل پودر یا گرانول هستند مورد استفاده قرار می‌گیرد. مطابق با این استاندارد 5 روش اندازه‌گیری رطوبت به شرح ذیل است:

روش A : برای نمونه‌های حاوی آب تا 0/1% و با دقت 0/1% مناسب است.

روش B و  C: برای نمونه‌های حاوی آب تا 0/01% و با دقت 0/01% مناسب است.

روشD : برای نمونه‌های حاوی آب تا 0/01% و با دقت 0/01% مناسب است.

روش E : برای نمونه‌های محتوی 0/001% و با دقت 0/001% مناسب است‌.

توضیح اینکه روشD  برای برخی پلیمرها از جمله پلی آمید (PA)، پلی کربنات (PC)، پلی پروپیلن (PP) و پلی استر(PET)  مناسب است و روش‌های A, B, C و E برای تمامی پلاستیک‌ها و درجه‌های رطوبتی مختلف مناسب است.

روش A : یک روش تیتراسیون بر پایه متانول بدون آب است که با استفاده از روش تیتراسیون کارل فیشر انجام می‌شود.

روش  B1: یک روش تبخیر با استفاده ازتیوب آون است که در آن آب محتوی در نمونه تبخیر شده و توسط هوای خشک یا گاز نیتروژن به بیرون از نمونه منتقل شده و سپس تیتراسیون کارل فیشر یا تعیین کولومتری به منظور تعیین میزان رطوبت خارج شده با استفاده از یک سنسور رطوبت انجام می شود.

روش  B2: یک روش تبخیر با استفاده از ظرف نمونه گرم شده است. آب موجود در نمونه مورد آزمون، تبخیر شده و توسط گاز حامل هوای خشک یا نیتروژن به سلول تیتراسیون منتقل می‌شود و پس از آن تیتراسیون کارل فیشر بر روی آب جمع آوری شده انجام می‌گردد.

روش های B1, Aو B2 می تواند برای تمامی پلاستیک ها و گرانول‌های کوچکتر از (mm)  4×4×3 استفاده گردد.

روش  C: یک روش مانومتری است، در این روش میزان آب با استفاده از افزایش فشاری که هنگام تبخیر آب تحت خلاء ایجاد می‌شود تعیین می‌گردد. این روش برای نمونه‌های پلاستیکی حاوی ترکیبات فرار( غیر از آب) با مقادیر قابل توجه و تاثیرگذار بر فشار بخار در دمای اتاق، قابل اجرا نیست. بررسی جهت اطلاع از وجود مقادیر ترکیبات فرار با استفاده از کروماتوگرافی انجام می‌شود.

روش  D: یک روش ترموکولومتری است که در آن از یک سلول پنتوکسید دی فسفر (P₂O₅) برای تشخیص آب استفاده شده است.آب موجود در نمونه مورد آزمون تبخیر شده و توسط هوای خشک یا گاز حامل نیتروژن به سلول حسگر منتقل می‌شود و پس از آن تعیین کولومتری میزان آب جمع آوری شده صورت می‌گیرد. این روش برای نمونه‌های پلاستیکی حاوی ترکیبات فرار( غیر از آب) با مقادیر قابل توجه و تاثیرگذار بر فشار بخار در دمای اتاق، قابل اجرا نیست.

روش  E: یک روش مبتنی بر هیدرید کلسیم به عنوان عامل خشک کننده است. محتوای آب یک نمونه در اثر قرار گرفتن تحت خلاء و حرارت تبخیر می‌شود. آب تبخیر شده با هیدرید کلسیم واکنش داده و به هیدروژن مولکولی و هیدروکسید کلسیم تبدیل می‌شود. هیدروژن متناسب با میزان آب تبخیر شده باعث افزایش فشار در خلاء می‌شود و بر این اساس میزان رطوبت محاسبه می‌گردد. میعانات در تله  خنک کننده به دام می‌افتند.

 

روش تعیین رطوبت چیپس به روش اختلاف فشار (روش C)

در میان روش‌هایی که گفته شد استفاده از روش تعیین رطوبت با استفاده از اختلاف فشار به دلیل مزیت‌هایی مانند سرعت و هزینه کم سبب شده است که در فرآیند هایی مانند صنعت پلاستیک و الیاف شیمیایی از قبیل پلی استر، نایلون6 و نایلون 66 که عملیات خشک کردن به طور قابل ملاحظه ای بر تولید نخ نهایی تولید شده اثرگذار است مورد استفاده قرارگیرد. هرچندکار با این دستگاه به سبب پیچیدگی و حساسیت، نیازمند تکرار مجدد برخی تست ها در صورت نیاز جهت حصول اطمینان از نتایج آزمون است.

دستگاه مورد استفاده در این روش می تواند تا میزان(mg)1/5 آب محتوی را اندازه گیری کند.

این دستگاه از یک سیستم هوابندی شده شیشه ای شامل یک لوله  شیشه ای M شکل و حباب های شیشه ای A و B تشکیل شده است. لوله  U شکل L نیز دارای مقدار مشخصی روغن سیلیکون است.

شماتیک دستگاه اندازه گیری رطوبت بر اساس روش اختلاف فشار

وقتی که والو هوای G باز است درجه بالایی از وکیوم در سیستم اعمال کنید. اگر کل سیستم از نظر شرایط هوایی در وضعیت مناسبی باشد فشار هوا در سطوح مایع D و E در دو طرف باید مشابه یکدیگر باشند.

هنگامیکه والو G بسته می شود سطح مایع سیلیکونی در دو طرف باید در سطح افقی یکسانی باشند. اگر ماده مرطوبی در لوله ی شیشه ای Cuvette قرار داده شود رطوبت تحت شرایط مشخصی (از قبیل گرما) آزاد می گردد. هنگامی که شرایط برای آزاد کردن رطوبت و جداسازی آن از مواد مهیا نباشد  فشار سطحی مایع در نقاط D و E مساوی یکدیگر است. در صورتی که شرایط مهیا باشد  در اثر بخار آب فشار مایع در لوله سمت راست بالا می‌رود، در اثر بالا رفتن فشار سطح مایع D ، سطح مایع E  بالا می‌رود.

اختلاف فشار بین سطوح مایع در نقاط D وE با فشار بخار سمت راست به تعادل می‌رسد. هرچه آب بیشتری تبخیر شود، فشار بخارافزایش می‌یابد و سطح مایع به مقدار قابل توجهی جا به جا می‌شود.

هنگامی که رطوبت به مقدار مشخصی رسید و مقدار فشار بخار آب نیز به مقدار بحرانی بخار اشباع رسید، مقداری از بخارهای آب، کندانس شده و به صورت قطرات ریز آب در می‌آیند. در این حالت، فشار دیگر بالاتر نمی‌رود. مقدار رطوبتی که مطابق این نقطه بحرانی بخار اشباع است، بیشترین مقدار آب شناسایی شده با این دستگاه می‌باشد. بنابراین با تعیین اختلاف سطح مایع در D و E می توانیم میزان رطوبت مواد مختلف را بدست آوریم.

نحوه ی محاسبه ی درصد رطوبت به شرح ذیل است:

water ratio(%) =  (K×Δh)×100

ثابت آب :𝐤(kg/mm)

تغییرات سطح مایع در لوله : (mm)Δh

جرم نمونه آزمایش : 𝐦(g)

روش تعیین رطوبت چیپس با روش مبتنی بر هیدرید کلسیم (روش E)

دستگاه Aquatrac-V محصول شرکت Brabender یکی از تجهیزات آزمایشگاهی جهت اندازه گیری میزان رطوبت مواد پلیمری است که اساس کار آن مبتنی بر هیدرید کلسیم (روشE ) است.

در این دستگاه نمونه چیپس تحت خلاء گرم و آب محتوی از آن خارج می‌شود. آب با هیدرید کلسیم واکنش داده و هیدروژن آزاد می‌شود که این امر افزایش فشار خلاء را به دنبال دارد. با افزایش فشار، دستگاه محتوای آب را بر اساس معادله  واکنش زیر محاسبه می کند. بنابراین دستگاه Aquatrac-V قادر به اندازه‌گیری بسیار دقیق مقدار آب خارج شده از نمونه است.

CaH₂+2H₂O ———>Ca(OH)₂+2H₂

در آزمایشگاه‌های مجموعه‌ی آقای نخ از این تجهیز جهت اندازه گیری میزان رطوبت چیپس استفاده می‌شود.