Introduzione
Resine fenolo-formaldeide (PF).sono sistemi di resina termoindurente utilizzati in composti per stampaggio, laminati, compositi e altri sistemi di materiali industriali. Poiché l'assorbimento di umidità può essere rilevante per la valutazione delle proprietà dimensionali, elettriche o meccaniche della plastica, l'assorbimento di acqua è una considerazione pratica quando si valutano materiali a base di PF in condizioni di servizio o di prova definite. Tuttavia, non esiste un unico valore di assorbimento d’acqua che caratterizzi tutti i materiali in resina fenolo-formaldeide. Una risposta significativa richiede una chiara definizione dello stato del materiale, della formulazione, della geometria del campione, del condizionamento, delle condizioni di esposizione e del metodo di prova.
Risposta breve
Non esiste un unico valore di assorbimento dell’acqua che si applichi universalmente a tutti i materiali in resina fenolo-formaldeide. Un risultato di assorbimento d'acqua riportato deve identificare il metodo di prova, il campione, il condizionamento, il mezzo di esposizione, la temperatura e la durata. Per i materiali basati su PF, è necessario identificare anche lo stato e la formulazione del materiale in modo che i dati relativi alla resina pura, ai composti per stampaggio, ai laminati o ai compositi non siano trattati come intercambiabili. Altrettanto importante, l’assorbimento e il contenuto di acqua sono concetti distinti che richiedono metodi di prova diversi e rispondono a domande diverse.
Quale materiale viene effettivamente testato?
Per l’interpretazione dell’assorbimento d’acqua, potrebbe essere necessario distinguere i materiali correlati al PF in base allo stato del materiale e alla formulazione. Gli oggetti di test rilevanti possono includere:
- Resina liquida non polimerizzata o soluzione di resina
- Resina solida, comprese scaglie o altre forme solide fornite
- Resina in polvere
- Materiale parzialmente stagionato
- Esemplare in resina pura completamente indurito
- Composto fenolico per stampaggio
- Laminato
- Formulazione riempita
- Composito rinforzato con fibre
- Componente finito
Questi stati materiali e formulazioni non sono oggetti di test intercambiabili. Un valore di assorbimento d'acqua ottenuto da uno stato materiale non prevede automaticamente il comportamento di un altro. Non si deve presumere che un risultato ottenuto per uno stato del materiale rappresenti un composto formulato, composito, laminato o componente finito senza un'appropriata base di confronto.
L’assorbimento d’acqua non è la stessa cosa del contenuto d’acqua
Questa distinzione è fondamentale per interpretare correttamente i dati della resina PF.
L'assorbimento d'acqua si riferisce al processo mediante il quale un materiale assorbe acqua dal suo ambiente in condizioni di esposizione definite. Viene misurato su campioni solidi utilizzando procedure come ASTM D570 o ISO 62.
Il contenuto d'acqua si riferisce alla quantità di acqua già presente in un materiale al momento del test. La norma ISO 15512:2019 specifica i metodi per determinare il contenuto di acqua nella plastica sotto forma di polvere, granuli e articoli finiti e afferma esplicitamente che questi metodi non testano la cinetica e l'equilibrio dell'assorbimento dell'acqua misurati dalla norma ISO 62.
Per le forme di polvere o altri materiali applicabili, il contenuto di acqua può essere specificato o misurato come parametro del materiale separato. Non deve sostituire l'assorbimento d'acqua di un campione polimerizzato. Al contrario, un risultato di assorbimento d’acqua da un campione indurito non descrive il contenuto di acqua della materia prima prima della lavorazione.
Perché un numero universale di assorbimento dell'acqua PF non è appropriato
Diversi fattori influenzano il comportamento di assorbimento dell’acqua e dovrebbero essere identificati ove rilevante per l’interpretazione o il confronto:
- Forma del materiale: resina polimerizzata pura, composto per stampaggio, laminato e composito sono oggetti di prova diversi.
- Formulazione della resina: la resina pura, i composti caricati, i laminati e i compositi rinforzati sono sistemi di materiali distinti, pertanto i risultati dovrebbero essere attribuiti alla formulazione testata.
- Stato di indurimento: lo stato di indurimento dovrebbe essere identificato quando si riportano o si confrontano i campioni perché non si deve presumere che campioni preparati diversamente rappresentino lo stesso oggetto di prova.
- Geometria del campione: lo spessore e l'area superficiale esposta influenzano la velocità e l'entità apparente dell'assorbimento.
- Preparazione del campione: preparazione, dimensioni e condizionamento devono essere identificati ove specificato dal metodo di prova selezionato.
- Condizionamento ed esposizione: temperatura, mezzo (acqua liquida contro aria umida) e durata sono tutti fattori rilevanti.
- Metodo di prova: ASTM D570 e ISO 62 differiscono per specifiche del campione, procedura e base di reporting.
Un risultato di assorbimento di acqua è più interpretabile quando sono disponibili le informazioni pertinenti su materiale, campione, condizionamento ed esposizione. Senza tali informazioni, il dato sull’assorbimento d’acqua ha un valore comparativo limitato.
Novolac e Resolo: la classificazione non determina il risultato del test
Novolacche e resoli sono classi distinte all'internoresine fenoliche. Le novolacche sono generalmente prepolimeri fenolici termoplastici che vengono comunemente combinati con un sistema di indurimento come l'esametilentetrammina (HMTA) per formare un materiale termoindurente, mentre i resoli sono resine fenoliche termoreattive in grado di indurire ulteriormente.
Tuttavia, questa classificazione da sola non determina l'assorbimento d'acqua di un composto per stampaggio indurito, laminato, composito o parte finita. Il confronto diretto tra materiali a base di novolacca e resolo richiede campioni preparati, polimerizzati e testati in condizioni equivalenti. In assenza di tale confronto controllato, non è possibile affermare alcuna classifica generale.
ASTM D570-22
ASTM D570-22 copre la determinazione del tasso relativo di assorbimento d'acqua da parte della plastica quando immersa. Il suo campo di applicazione comprende prodotti resinosi fusi, stampati a caldo e a freddo, plastica omogenea e laminata sotto forma di barre e tubi e fogli di spessore pari o superiore a 0,13 mm.
Lo standard rileva che il tempo di saturazione dipende fortemente dallo spessore del provino e che la relazione tra contenuto di umidità e proprietà quali resistenza di isolamento elettrico, perdite dielettriche, resistenza meccanica e dimensioni dipende dal tipo di esposizione, dalla forma della parte e dalle proprietà intrinseche del materiale. ASTM D570 è un metodo di prova piuttosto che una specifica di prodotto specifica per PF. Se un risultato D570 è richiesto per un particolare materiale dovrebbe essere stabilito dall'approvvigionamento applicabile o dalle specifiche di prodotto.
ISO 62:2008
La norma ISO 62:2008 descrive le procedure per determinare l'assorbimento di umidità nella direzione dello spessore della plastica solida e per determinare la quantità di acqua assorbita da campioni di dimensioni definite immersi in acqua o esposti all'aria umida. È applicabile alla plastica solida ma esclude esplicitamente la plastica cellulare, i granulati e le polveri.
La norma ISO 62 fornisce procedure controllate per confrontare l'assorbimento di acqua di campioni di plastica solida definiti in condizioni di esposizione specificate. La norma ISO 62 definisce un quadro di prova per l'assorbimento d'acqua della plastica; la sua applicabilità a un particolare materiale PF dovrebbe essere stabilita dalla forma del materiale e dalle relative specifiche.
ASTM D570 rispetto a ISO 62
Sia ASTM D570 che ISO 62 riguardano l'assorbimento d'acqua della plastica solida, ma differiscono per ambito, specifiche del campione e dettagli procedurali. ASTM D570-22 dichiara l'equivalenza tecnica con ISO 62 quando viene utilizzato il campione descritto in ASTM D570 Sezione 6.2. Questa affermazione non deve essere interpretata come un'equivalenza automatica di ogni risultato generato secondo i due standard. È necessario seguire la procedura applicabile e i requisiti di reporting dello standard selezionato.
Contenuto di acqua in polvere o altre forme di materiali applicabili
Per i materiali PF forniti in una forma coperta da un metodo relativo al contenuto d'acqua applicabile, il contenuto d'acqua è un parametro separato dall'assorbimento d'acqua di un campione solido indurito. La norma ISO 15512:2019 riguarda la plastica sotto forma di polvere, granuli e articoli finiti. Distingue esplicitamente tali misurazioni dalla cinetica e dall'equilibrio dell'assorbimento dell'acqua misurati dalla norma ISO 62. Non si dovrebbe presumere che si applichi a tutti i sistemi di resina PF liquida.
Come la formulazione e lo stato del materiale influenzano l'interpretazione
I dati sull'assorbimento d'acqua dovrebbero essere attribuiti al materiale testato completo. Un campione di resina pura polimerizzata, un composto per stampaggio riempito, un laminato e un composito rinforzato sono oggetti di prova diversi. Un valore misurato per uno non dovrebbe essere trasferito direttamente a un altro senza prove rappresentative. Un valore misurato per una resina grezza o un campione definito non deve essere trattato di per sé come il valore di assorbimento d'acqua di un materiale formulato o finito diverso.
Come confrontare i dati sull'assorbimento dell'acqua
Un confronto significativo richiede condizioni di test equivalenti o una chiara spiegazione delle differenze rilevanti. Quello che segue è un quadro di confronto pratico piuttosto che un elenco di controllo di reporting completo prescritto da ASTM D570 o ISO 62. Prima di confrontare due valori di assorbimento d'acqua, confermare quanto segue:
- Designazione esatta del materiale o della qualità
- Stato del materiale (resina pura, composto, laminato, composito)
- Tipo di resina ove rilevante
- Dettagli formulativi (filler, rinforzanti, additivi)
- Stato di cura
- Metodo ed edizione del test (ASTM D570-22, ISO 62:2008 o altro)
- Dimensioni del campione
- Procedura di condizionamento
- Mezzo di esposizione (acqua liquida o aria umida)
- Temperatura
- Durata
- Indica se il valore rappresenta una durata specificata o un risultato di equilibrio
- Basi e unità di calcolo
- Criteri di accettazione e loro basi tecniche
Le differenze nello stato del materiale, nella preparazione dei campioni, nelle condizioni di esposizione, nel metodo o nella base di reporting dovrebbero essere risolte prima che i valori siano trattati come direttamente comparabili.
TDS, certificato di autenticità e rapporto di prova
Le seguenti distinzioni sono considerazioni pratiche sulla documentazione piuttosto che definizioni di documenti prescritte da ASTM D570, ISO 62 o ISO 15512.
Una scheda tecnica (TDS) può presentare informazioni tipiche, nominali o relative alle specifiche di un materiale. Un certificato di analisi (CoA), se fornito, può riportare risultati specifici per batch o lotto e può anche elencare i limiti di accettabilità rilevanti. Un rapporto di prova può identificare il metodo di prova, il campione o il campione, le condizioni e il risultato riportato.
Il formato e il contenuto del documento variano in base al fornitore, al materiale e alla transazione. Gli acquirenti dovrebbero quindi verificare se un valore riportato rappresenta una proprietà tipica, un limite di specifica o un risultato di test specifico del lotto.
Errori comuni di interpretazione
Errore 1: tutte le resine PF hanno un valore standard di assorbimento d'acqua.
Correzione: L'assorbimento d'acqua è una proprietà di un materiale definito in uno stato definito, misurato in condizioni definite.
Errore 2: il valore del contenuto d'acqua della polvere equivale all'assorbimento d'acqua della resina indurita.
Correzione: il contenuto d'acqua (ISO 15512) e l'assorbimento d'acqua (ISO 62) sono misurazioni diverse.
Errore 3: la sola classificazione Novolac/resolo prevede l'assorbimento di acqua.
Correzione: il confronto richiede campioni e condizioni controllati.
Errore 4: i risultati ASTM D570 e ISO 62 sono automaticamente intercambiabili.
Correzione: ASTM D570 dichiara l'equivalenza tecnica con ISO 62 solo quando viene utilizzato il campione descritto in ASTM D570 Sezione 6.2.
Errore 5: un risultato in resina pulita prevede automaticamente un composito riempito o un componente finito.
Correzione: La resina pura, i composti caricati, i laminati, i compositi e i componenti finiti sono sistemi di materiali o oggetti di prova diversi. Un risultato di uno non dovrebbe essere trasferito automaticamente a un altro.
Errore 6: un valore tipico TDS è automaticamente un risultato batch.
Correzione: TDS, CoA e rapporti di prova svolgono funzioni diverse.
Cosa dovrebbero specificare gli acquirenti
Quando si richiedono o si valutano i dati sull'assorbimento d'acqua della resina PF, è necessario specificare le seguenti informazioni, ove rilevanti per l'applicazione:
- Forma resina/materiale (liquido, solido, polvere, scaglie, ecc.)
- Designazione del grado
- Classe della resina ove rilevante (novolacca o resolo)
- Formulazione prevista e percorso di lavorazione
- Stato di indurimento dell'oggetto di prova
- Oggetto di prova (resina pura, composto per stampaggio, laminato, composito, parte finita)
- Standard di prova ed edizione
- Geometria del campione
- Procedura di condizionamento
- Mezzo di esposizione, temperatura e durata
- Limite di accettabilità e sue basi tecniche
- Documentazione richiesta (TDS, CoA, rapporto di prova)
Il metodo di prova dovrebbe essere selezionato in base alla forma del materiale e alla proprietà da valutare; ASTM D570 e ISO 62 riguardano l'assorbimento d'acqua delle plastiche solide applicabili, mentre ISO 15512 affronta il contenuto di acqua nell'ambito dichiarato. Non tutti gli scenari di approvvigionamento richiedono tutte queste specifiche, ma la chiarezza sullo stato dei materiali e sulle condizioni di prova è essenziale per un confronto significativo dei dati.
Conclusione
L'assorbimento d'acqua diresina fenolo-formaldeidenon può essere rappresentato da un unico numero universale. È una proprietà di un materiale specifico in uno stato specifico, misurata in condizioni definite utilizzando un metodo definito. I valori riportati sono utili per il confronto solo quando sono noti l'identità del materiale, lo stato di polimerizzazione, la preparazione del campione, le condizioni di esposizione e il metodo di prova. L'assorbimento d'acqua e il contenuto d'acqua sono concetti distinti che richiedono metodi di prova diversi. Per un confronto rilevante per l'applicazione, i dati provenienti da una formulazione indurita, un campione o un materiale finito rappresentativo possono essere più informativi di un valore misurato su un oggetto di prova materialmente diverso.
CTA professionale
I clienti che valutano la resina fenolo-formaldeide per applicazioni sensibili all'umidità possono fornire la forma della resina o del materiale, la formulazione prevista, l'oggetto del test, il metodo di assorbimento dell'acqua applicabile o il metodo del contenuto di acqua, le condizioni di esposizione o condizionamento e i criteri di accettazione in modo che la documentazione disponibile sulla qualità possa essere esaminata rispetto ai requisiti dichiarati.
Riferimenti
[1] ASTM Internazionale. (2022). ASTM D570-22, metodo di prova standard per l'assorbimento d'acqua della plastica.https://doi.org/10.1520/D0570-22
[2] Organizzazione internazionale per la standardizzazione. (2008). ISO 62:2008, Materie plastiche - Determinazione dell'assorbimento d'acqua (3a ed.).
https://www.iso.org/standard/41672.html
[3] Organizzazione internazionale per la standardizzazione. (2019). ISO 15512:2019, Materie plastiche - Determinazione del contenuto di acqua (5a ed.).
https://www.iso.org/standard/73834.html
[4] Pilato, LA (a cura di). (2010). Resine fenoliche: un secolo di progresso. Springer Berlino, Heidelberg.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5
[5] Asim, M., Saba, N., Jawaid, M., Nasir, M., Pervaiz, M. e Alothman, OY (2018). Una recensione sulla resina fenolica e sui suoi compositi. Chimica analitica attuale, 14(3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410