Resumo: Com referência ao teor de voláteis do polidimetilsiloxano terminado em hidroxila determinado em estufa elétrica termostática com circulação forçada de ar, este trabalho discute a viabilidade de utilizar um analisador de umidade halógeno para determinar o teor de voláteis, deduz o tempo necessário para obter resultados equivalentes e o verifica. Os resultados mostram que o método tradicional de aquecimento em estufa é demorado, enquanto o analisador de umidade halógeno aquece com uma unidade halógena de secagem integrada, com aquecimento rápido e uniforme e boa repetibilidade; a pesagem e o aquecimento são concluídos em uma única etapa. O uso de um analisador de umidade halógeno para determinar o teor de voláteis pode melhorar muito a eficiência dos ensaios e atender às necessidades do controle de produção e da garantia da qualidade, com erro relativo inferior a 5 % entre os dois métodos.

O polidimetilsiloxano terminado em hidroxila é um polissiloxano reativo linear — um polissiloxano de cadeia reta com grupos funcionais silício e grupos funcionais hidroxila ligados diretamente aos átomos de silício em ambas as extremidades. Por meio de reações adicionais, esse polissiloxano funcional de silício pode ser transformado em polissiloxanos lineares ou reticulados de alta massa molar. É a principal matéria-prima para produtos como borracha de silicone vulcanizada à temperatura ambiente, um dos principais produtos da indústria de silicone, com grande volume de produção e ampla aplicação.

Como diversos fatores do processo produtivo podem afetar o teor de voláteis do polidimetilsiloxano terminado em hidroxila e, assim, a qualidade do produto acabado, a norma nacional especificou requisitos técnicos para o teor de voláteis e o tornou um item de ensaio na inspeção de tipo e na inspeção de rotina.

Os principais métodos para determinar voláteis são o método da estufa elétrica de secagem por convecção termostática e o método do analisador de umidade halógeno. O método de estufa tem princípio claro, operação simples, forte reprodutibilidade e baixo custo de instrumento, sendo geralmente adequado para a autoinspeção e a inspeção de recebimento dos fabricantes; porém, é demorado e não permite testar rapidamente grandes números de amostras — uma certa limitação. O método do analisador de umidade halógeno utiliza uma lâmpada halógena como fonte de aquecimento e determina os voláteis pelo princípio termogravimétrico, com aquecimento rápido e uniforme que seca rapidamente as amostras e fornece resultados de voláteis exatos com boa reprodutibilidade.

Em muitos ambientes industriais e de laboratório, o método do analisador de umidade halógeno substituiu gradualmente o método da estufa, graças à sua operação simples, teste rápido, baixa exigência de amostra e excelente concordância com o método da estufa.

Este experimento, usando os resultados do método da estufa como referência, discute a viabilidade de determinar o teor de voláteis de polidimetilsiloxano terminado em hidroxila com um analisador de umidade halógeno e deriva o tempo de teste necessário.

1. Experimento

1.1 Principais reagentes e instrumentos

Polidimetilsiloxano com terminação hidroxila: viscosidade 20.000 mPa·s, 50.000 mPa·s, 80.000 mPa·s.

Estufa elétrica de secagem por convecção forçada com termostato; analisador de umidade halógeno VicoMeter série VM-E. Os vídeos de apresentação dos instrumentos são os seguintes:

1.2 Determinação do teor de voláteis de polidimetilsiloxano com terminação hidroxila

1.2.1 Método da estufa elétrica de secagem com ventilação termostática

Weigh (4±0.5) g of sample into a weighing bottle of constant mass, place it in the oven at (150±2)°C for 3 h, then remove it, cool to room temperature in a desiccator (about 30 min) and weigh. Calculate the volatiles content using Equation 1. Each sample is measured twice and the average taken.

w(volatiles)=[(m1-m2)/(m1-m0)]x100%

where w(volatiles) is the mass fraction of volatiles, %; m0 is the mass of the weighing bottle, g; m1 is the mass of the sample and bottle before drying, g; m2 is the mass of the sample and bottle after drying, g.

1.2.2 Método do analisador de umidade halógeno

Weigh (4±0.5) g of sample onto the aluminum pan of the halogen moisture analyzer. Set the testing temperature to 150°C and the stop mode to manual; close the drying unit, and once the displayed temperature rises to 150°C and stabilizes, start timing. Record the volatiles content shown on the display at 3 min, 5 min, 7 min and 10 min (if the value within 10 min does not equal the oven method result, extend the testing time). Each sample is measured twice and the average taken.

2. Resultados e discussão

2.1 Análise de dados

2.1.1 Determinação do erro relativo razoável do teor de voláteis da amostra

O erro relativo do teor de voláteis da amostra é calculado pela Equação 2.

δ=(X－X1)/X1×100%

onde δ é o erro relativo, %; X é a fração mássica medida de voláteis, %; X1 é a fração mássica média de voláteis, %.

Usando o método da estufa, foram testados 55 lotes de amostras, com erro relativo médio do teor de voláteis de 5,31 %. Para garantir resultados mais exatos e cálculo conveniente, o erro relativo razoável do teor de voláteis foi definido em 5 %.

2.1.2 Viabilidade da determinação do teor de voláteis de polidimetilsiloxano com terminações hidroxila com um analisador de umidade halógeno

Amostras de um lote do experimento acima foram selecionadas aleatoriamente para testes de tempo prolongado; os resultados são apresentados na Tabela 1.

Tabela 1 Relação entre tempo de ensaio e teor de voláteis para um lote de amostra

Como mostrado na Tabela 1, o teor de voláteis aumenta com o tempo de aquecimento no analisador de umidade halógeno; portanto, usar um analisador de umidade halógeno para determinar o teor de voláteis de polidimetilsiloxano terminado em hidroxila é preliminarmente viável.

2.1.3 Determinação do tempo de ensaio do método com analisador de umidade halógeno

Os 55 lotes de amostras de 2.1.1 foram testados com o analisador de umidade halógeno, registrando-se o teor de voláteis em cada ponto de tempo e traçando-se as curvas.

A Figura 1 mostra a curva de tempo de ensaio versus fração mássica de voláteis para o lote de viscosidade de 1500 mPa·s.

Figura 1 Tempo de ensaio versus fração mássica de voláteis para o lote de 1500 mPa·s

Com base no erro relativo razoável determinado em 2.1.1 e nos valores médios do método da estufa, as curvas foram usadas para encontrar a faixa de tempo de teste teórica do analisador de umidade halógeno dentro da faixa de erro razoável do teor de voláteis para cada amostra.

Statistics show that within the theoretical testing time range of 5.5-7.5 min, 50 batches of samples (90.91% of the total) gave volatiles contents within the reasonable error range; among them, 28 batches (56% of the 50) measured within the reasonable error range at the 6.5 min theoretical time point, and another 10 batches were close to the 6.5 min point. The testing time of the halogen moisture analyzer was therefore set at 6.5 min.

2.2 Verificação do tempo de detecção do analisador de umidade halógeno

Utilizando o tempo de detecção obtido do analisador de umidade halógeno, foi realizada a verificação em 17 lotes de amostras; os resultados são apresentados na Tabela 2.

Como mostrado na Tabela 2, o erro relativo entre o teor de voláteis das amostras aquecidas por 6,5 min no analisador de umidade halógeno e o das amostras aquecidas por 3 h em estufa elétrica termostática com circulação de ar foi inferior a 5 %.

Tabela 2 Relação entre os valores médios medidos com a estufa elétrica termostática de secagem com circulação de ar e os valores médios medidos com o analisador de umidade halógeno aos 6,5 min

Note: 1) The ratio of the absolute difference between the mean value measured with the halogen moisture analyzer and that of the drying oven to the oven's mean value.

3. Conclusão

Determinar o teor de voláteis do polidimetilsiloxano terminado em hidroxila com o método tradicional de estufa consome muito tempo, enquanto o analisador de umidade halógeno aquece por meio de uma unidade de secagem halógena integrada — rápido, uniforme e altamente repetível, com pesagem e aquecimento concluídos em uma única etapa. Melhora muito a eficiência do teste, atende prontamente às necessidades de produção e controle de qualidade e apresenta erro relativo inferior a 5 % em relação ao método de estufa.

Referências

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