Determinación del porcentaje de transmisión de vapor de agua mediante método electroquímico: Bajo condiciones de temperatura y humedad establecidas, el espécimen se divide en una parte húmeda y una parte seca. El vapor de agua que pasa a través del espécimen es absorbido por una membrana de fosforo pentoxide (P₂O₅), la cual lo absorbe y lo convierte en hidrógeno y oxígeno mediante electrólisis. La corriente eléctrica utilizada en el proceso está relacionada directamente con la velocidad de transmisión del vapor de agua. Según la ley de Faraday, se puede calcular directamente el valor de WVTR, donde la unidad utilizada es g/(m²·24h).
Comparación: La celda electroquímica funciona como un “contador de moléculas de agua”. Cada molécula de agua que pasa por ella es detectada y “contada”. La lectura de la corriente eléctrica representa el resultado de esa contabilidad. Este método no se basa en el peso ni en la detección óptica; en cambio, convierte directamente las moléculas de agua en corriente eléctrica. Por eso, su sensibilidad es la más alta entre todos los métodos disponibles.
Definiciones en los estándares
ISO 15106-3 “Plásticos — Películas y láminas — Determinación de la tasa de transmisión de vapor de agua — Parte 3: Método con sensores de detección electroquímica” establece un método para determinar la tasa de transmisión de vapor de agua en películas y láminas. El vapor de agua que atraviesa la muestra es transportado por el gas acondicionador hasta la celda electroquímica, donde se electrodo con el uso de una membrana que contiene dióxido de fósforo. La corriente electroquímica está directamente relacionada con la tasa de transmisión del vapor de agua. ASTM F3299 es la norma correspondiente en los Estados Unidos (método de detección con sensores de tipo Coulomb para P₂O₅).
¿Cómo funciona una pila electroquímica?
Entre los dos electrodos de platino en la celda electroquímica, se aplica una película de P₂O₅. Antes de comenzar las pruebas, se utiliza un gas portador seco para eliminar toda la humedad presente en el sistema; luego, el vapor de agua que pasa a través del material de prueba es absorbido por el P₂O₅ y electrodo, y el proceso de electrólisis se lleva a cabo entre los electrodos. Según la ley de Faraday, para electroclutar 1 mol de agua (18 g), se necesitan aproximadamente 96485 coulombs de electricidad. Por lo tanto, la cantidad de corriente utilizada corresponde directamente al ritmo de absorción de humedad, sin necesidad de calibrar la membrana utilizada en el proceso de electroclinación. Este es el punto clave en el que la técnica de electroclinación difiere de la técnica infrarroja, que requiere la utilización de una membrana de referencia para la calibración.
Escenarios de aplicación y cantidad de datos
La gran ventaja del método de electrólisis es su alta sensibilidad: los instrumentos comerciales pueden detectar concentraciones tan bajas como 0.001 g/(m²·24h), y su rango de aplicación típico es de aproximadamente 0.001–100 g/(m²·24h). Este método es ideal para materiales con alta barrera: láminas de aluminio, películas recubiertas de aluminio, compuestas de PVDC/EVOH con alta barrera, paneles traseros de celdas solares, películas de encapsulado OLED, etc. En cuanto a materiales con alta permeabilidad (como papel, tejidos no textiles), la permeabilidad puede superar las capacidades del electrodo de electrólisis; en tales casos, es necesario utilizar el método de pesaje por copa.
Comparación con el método de pesaje y el método infrarrojo
Cada método tiene su propio papel: el método de medición gravimétrica (ASTM E96, ISO 2528) es el método de referencia, y cubre una gama de valores que va desde 1 hasta 1000 g/(m²·24h). Sin embargo, este método lleva varios días para obtener los resultados. El método con sensor infrarrojo modulado (ASTM F1249, ISO 15106-2) cubre una gama de valores que va desde 0.05 hasta 50 g/(m²·24h). Los análisis se realizan en cuestión de horas, lo cual lo hace ideal para el control de calidad de forma rutinaria. El método electrolítico (ISO 15106-3, ASTM F3299) es el más sensible; no requiere ningún tipo de película de calibración. Este método es adecuado para estudios relacionados con la barrera alcanforal y la vida útil del producto. Sin embargo, implica el uso de celdas consumibles que necesitan mantenimiento o recubrimiento periódico. La serie ISO 15106 continúa con otros métodos: el método con sensor de presión (Parte 5), la espectrometría de masas por ionización (Parte 6) y el método de medición de la corrosión por calcio (Parte 7).
Fuente de referencia
- ISO 15106-3:2003, Plásticos — Películas y láminas — Determinación de la tasa de transmisión de vapor de agua — Parte 3: Método de detección electroquímica.
- ASTM F3299: Método estándar para determinar la tasa de transmisión de vapor de agua en películas y láminas de plástico, utilizando un sensor de detección electroquímica. ASTM International.
- ISO 15106-2 (método de detección por infrarrojos) y ASTM F1249 (método de detección mediante sensores infrarrojos modulados). Son métodos de medición de gama media.
