Método de determinação da permeabilidade do vapor de água por eletrólise: Sob condições de temperatura e umidade especificadas, o material a ser testado é dividido em uma parte úmida e uma parte seca. O vapor de água que permeia o material é levado para a câmara de eletrólise, onde a membrana de fosfuro de pentóxido de fósforo (P₂O₅) absorve esse vapor de água e transforma-o em hidrogênio e oxigênio por meio de eletrólise. A corrente eletrólítica está diretamente relacionada à taxa de permeação do vapor de água. De acordo com a lei de Faraday, é possível calcular a WVTR, cuja unidade é g/(m²·24h).
Análogo: A célula eletrolítica funciona como um “contador de moléculas de água” – todas as moléculas de água que passam pela célula são detetadas e “contadas”. O valor da corrente elétrica é o resultado dessa contagem. Ela não depende do peso ou de testes ópticos; em vez disso, transforma diretamente as moléculas de água em corrente elétrica. Por isso, sua sensibilidade é a mais alta entre todos os métodos disponíveis.
Definições contidas no padrão
ISO 15106-3 “Plásticos – Filmes e folhas – Determinação da taxa de transmissão de vapor de água – Parte 3: Método de detecção eletrolítica” estabelece um método para determinar a taxa de transmissão de vapor de água em amostras de plástico. O vapor de água através da amostra é transportado pelo gás transportador até a célula eletrolítica, onde é eletrolisado sobre uma membrana contendo pentóxido de fósforo. A corrente eletrolítica está diretamente proporcional à taxa de transmissão do vapor de água. A norma ASTM F3299 é a correspondente norma americana (método coulombiano com sensores de P₂O₅).
Como funciona uma célula eletrolítica
Entre as duas eletrodos de platina do reator eletrolítico, é aplicada uma fina camada de P₂O₅. Antes do início dos testes, é necessário purificar o sistema, eliminando toda a umidade presente nele. Após isso, o vapor de água que passa pelo material a ser testado é totalmente absorvido pela P₂O₅, e a eletrólise acontece entre os eletrodos. De acordo com a lei de Faraday, para eletrolisar 1 mol de água (18 g), são necessários aproximadamente 96485 quilocélussios de corrente elétrica. Portanto, o valor da corrente corresponde diretamente à taxa de absorção de umidade pelo material, sem a necessidade de calibração da membrana – esse é o ponto chave que distingue o método eletrolítico do método infravermelho, que requer calibração com uma membrana de referência.
Cenários de aplicação e quantidade de dados envolvidos
A vantagem principal do método eletrolítico é a sua alta sensibilidade: o limite inferior de detecção dos instrumentos comerciais pode chegar até 0,001 g/(m²·24h), com faixa de aplicação típica entre 0,001 e 100 g/(m²·24h). Este método é adequado para materiais de alta barreira: folhas de alumínio utilizadas em embalagens de medicamentos, películas aluminizadas, películas compostas de PVDC/EVOH de alta barreira, placas de suporte de células solares, películas de encapsulamento OLED, etc. No entanto, para materiais com baixa permeabilidade, como papel e tecidos não tecidos, a permeabilidade pode exceder a capacidade do eletrodo eletrolítico. Nesses casos, deve-se utilizar o método de pesagem por copo.
Comparação com o método de pesagem e o método infravermelho
Cada método tem seu papel específico: o método do copo gravimétrico (ASTM E96, ISO 2528) é o método de referência, capaz de medir valores entre 1 e 1000 g/(m²·24h). No entanto, esse método leva dias para ser executado. O método do sensor infravermelho modulado (ASTM F1249, ISO 15106-2) permite medições com valores entre 0,05 e 50 g/(m²·24h), e os testes podem ser realizados em menos de 2 horas. Esse método é ideal para controle de qualidade de rotina. O método eletrolítico (ISO 15106-3, ASTM F3299) é o mais sensível entre os métodos disponíveis. Esse método não requer calibração do equipamento, mas exige o uso de células que precisam ser mantidas ou recobertas periodicamente. A série ISO 15106 inclui ainda o método do sensor de pressão (Parte 5), a espectrometria de massa por ionização (Parte 6) e o método de medição da corrosão causada pelo cálcio (Parte 7).
Fontes de referência
- ISO 15106-3:2003, Plásticos – Filmes e chapas – Determinação da taxa de transmissão de vapor de água – Parte 3: Método de detecção por meio de sensores eletrolíticos.
- ASTM F3299: Método de teste padrão para a taxa de transmissão de vapor de água em películas e chapas plásticas, utilizando um sensor de detecção eletrolítica. ASTM International.
- A ISO 15106-2 (método de detecção por infravermelho) e a ASTM F1249 (método de detecção por infravermelho modulado) são métodos de medição de médio alcance.
