Introducción
Resinas de fenol-formaldehído (PF)son sistemas de resina termoestable utilizados en compuestos de moldeo, laminados, compuestos y otros sistemas de materiales industriales. Debido a que la absorción de humedad puede ser relevante para la evaluación de propiedades dimensionales, eléctricas o mecánicas en plásticos, la absorción de agua es una consideración práctica al evaluar materiales a base de PF bajo condiciones de prueba o servicio definidas. Sin embargo, no existe un valor único de absorción de agua que caracterice a todos los materiales de resina de fenol-formaldehído. Una respuesta significativa requiere una definición clara del estado del material, la formulación, la geometría de la muestra, el acondicionamiento, las condiciones de exposición y el método de prueba.
Respuesta corta
No existe un valor único de absorción de agua que se aplique universalmente a todos los materiales de resina de fenol-formaldehído. Un resultado de absorción de agua informado debe identificar el método de prueba, la muestra, el acondicionamiento, el medio de exposición, la temperatura y la duración. Para los materiales a base de PF, el estado del material y la formulación también deben identificarse para que los datos de resina pura, compuestos de moldeo, laminados o compuestos no se traten como intercambiables. Igualmente importante es que la absorción de agua y el contenido de agua son conceptos distintos que requieren diferentes métodos de prueba y responden diferentes preguntas.
¿Qué material se está probando realmente?
Para la interpretación de la absorción de agua, es posible que sea necesario distinguir los materiales relacionados con PF por su estado y formulación. Los objetos de prueba relevantes pueden incluir:
- Resina líquida sin curar o solución de resina
- Resina sólida, incluidas escamas u otras formas sólidas suministradas.
- resina en polvo
- Material parcialmente curado
- Muestra de resina pura completamente curada
- Compuesto de moldeo fenólico
- Laminado
- formulación llena
- Compuesto reforzado con fibra
- Componente terminado
Estos estados materiales y formulaciones no son objetos de prueba intercambiables. Un valor de absorción de agua obtenido de un estado material no predice automáticamente el comportamiento de otro. No se debe suponer que un resultado obtenido para un estado de material representa un compuesto formulado, compuesto, laminado o componente terminado sin una base de comparación adecuada.
La absorción de agua no es lo mismo que el contenido de agua
Esta distinción es fundamental para interpretar correctamente los datos de la resina PF.
La absorción de agua se refiere al proceso mediante el cual un material absorbe agua de su entorno en condiciones de exposición definidas. Se mide en muestras sólidas utilizando procedimientos como ASTM D570 o ISO 62.
El contenido de agua se refiere a la cantidad de agua que ya está presente en un material en el momento de la prueba. La norma ISO 15512:2019 especifica métodos para determinar el contenido de agua en plásticos en forma de polvo, gránulos y artículos terminados, y establece explícitamente que estos métodos no prueban la cinética de absorción de agua ni el equilibrio medido por la norma ISO 62.
Para polvo u otras formas de material aplicables, el contenido de agua puede especificarse o medirse como un parámetro de material separado. No debe sustituir la absorción de agua de una muestra curada. Por el contrario, un resultado de absorción de agua de una muestra curada no describe el contenido de agua de la materia prima antes del procesamiento.
Por qué no es apropiado un número universal de absorción de agua de PF
Varios factores afectan el comportamiento de absorción de agua y deben identificarse cuando sea relevante para la interpretación o comparación:
- Forma del material: resina curada pura, compuesto de moldeo, laminado y compuesto son objetos de prueba diferentes.
- Formulación de resina: la resina pura, los compuestos rellenos, los laminados y los compuestos reforzados son sistemas de materiales distintos, por lo que los resultados deben atribuirse a la formulación probada.
- Estado de curado: el estado de curado debe identificarse al informar o comparar muestras porque no se debe asumir que muestras preparadas de manera diferente representan el mismo objeto de prueba.
- Geometría de la muestra: el espesor y la superficie expuesta afectan la velocidad y el grado aparente de absorción.
- Preparación de la muestra: la preparación, las dimensiones y el acondicionamiento deben identificarse cuando lo especifique el método de prueba seleccionado.
- Acondicionamiento y exposición: la temperatura, el medio (agua líquida versus aire húmedo) y la duración son todos relevantes.
- Método de prueba: ASTM D570 e ISO 62 difieren en la especificación de la muestra, el procedimiento y la base de informes.
Un resultado de absorción de agua es más interpretable cuando la información relevante sobre el material, la muestra, el acondicionamiento y la exposición está disponible. Sin esa información, una cifra de absorción de agua tiene un valor comparativo limitado.
Novolac y Resol: la clasificación no determina el resultado de la prueba
Las novolacs y los resoles son clases distintas dentroresinas fenólicas. Las novolacs son generalmente prepolímeros fenólicos termoplásticos que comúnmente se combinan con un sistema de curado como la hexametilentetramina (HMTA) para formar un termoestable, mientras que los resoles son resinas fenólicas termorreactivas capaces de curarse aún más.
Sin embargo, esta clasificación por sí sola no determina la absorción de agua de un compuesto de moldeo curado, laminado, compuesto o pieza terminada. La comparación directa de materiales a base de novolaca y resol requiere muestras preparadas, curadas y probadas en condiciones equivalentes. A falta de dicha comparación controlada, no se puede afirmar ninguna clasificación general.
Norma ASTM D570-22
ASTM D570-22 cubre la determinación de la tasa relativa de absorción de agua por los plásticos cuando se sumergen. Su alcance incluye productos resinosos fundidos, moldeados en caliente y en frío, plásticos homogéneos y laminados en forma de varillas y tubos, y láminas de 0,13 mm o más de espesor.
La norma señala que el tiempo hasta la saturación depende en gran medida del espesor de la muestra, y que la relación entre el contenido de humedad y propiedades como la resistencia del aislamiento eléctrico, las pérdidas dieléctricas, la resistencia mecánica y las dimensiones depende del tipo de exposición, la forma de la pieza y las propiedades inherentes del material. ASTM D570 es un método de prueba más que una especificación de producto específica de PF. Si se requiere un resultado D570 para un material en particular debe establecerse mediante la adquisición aplicable o la especificación del producto.
ISO 62:2008
ISO 62:2008 describe procedimientos para determinar la absorción de humedad en la dirección del espesor de plásticos sólidos y para determinar la cantidad de agua absorbida por muestras de dimensiones definidas sumergidas en agua o expuestas al aire húmedo. Es aplicable a los plásticos sólidos pero excluye explícitamente los plásticos celulares, los granulados y los polvos.
ISO 62 proporciona procedimientos controlados para comparar la absorción de agua de muestras de plástico sólido definidas en condiciones de exposición específicas. ISO 62 define un marco de prueba de absorción de agua para plásticos; su aplicabilidad a un material PF particular debe establecerse a partir de la forma del material y la especificación relevante.
ASTM D570 frente a ISO 62
Tanto la ASTM D570 como la ISO 62 abordan la absorción de agua de plásticos sólidos, pero difieren en su alcance, especificaciones de la muestra y detalles de procedimiento. ASTM D570-22 establece la equivalencia técnica con ISO 62 cuando se utiliza la muestra descrita en ASTM D570 Sección 6.2. Esta declaración no debe interpretarse como una equivalencia automática de cada resultado generado bajo los dos estándares. Se deben seguir el procedimiento aplicable y los requisitos de presentación de informes de la norma seleccionada.
Contenido de agua en polvo u otras formas materiales aplicables
Para los materiales de PF suministrados en una forma cubierta por un método de contenido de agua aplicable, el contenido de agua es un parámetro separado de la absorción de agua de una muestra sólida curada. ISO 15512:2019 cubre los plásticos en forma de polvo, gránulos y artículos terminados. Distingue explícitamente esas mediciones de la cinética de absorción de agua y el equilibrio medidos por la norma ISO 62. No se debe asumir que se aplica a todos los sistemas de resina PF líquida.
Cómo la formulación y el estado del material afectan la interpretación
Los datos de absorción de agua deben atribuirse al material probado completo. Una muestra de resina pura curada, un compuesto de moldeo relleno, un laminado y un compuesto reforzado son objetos de prueba diferentes. Un valor medido para uno no debe transferirse directamente a otro sin evidencia representativa. Un valor medido para una resina en bruto o una muestra definida no debe tratarse por sí solo como el valor de absorción de agua de un material formulado o terminado diferente.
Cómo comparar datos de absorción de agua
Una comparación significativa requiere condiciones de prueba equivalentes o una explicación clara de las diferencias relevantes. El siguiente es un marco de comparación práctico en lugar de una lista de verificación de informes completa prescrita por ASTM D570 o ISO 62. Antes de comparar dos valores de absorción de agua, confirme lo siguiente:
- Designación exacta de material o grado
- Estado del material (resina pura, compuesto, laminado, compuesto)
- Tipo de resina cuando sea relevante
- Detalles de formulación (rellenos, refuerzos, aditivos)
- Estado de curación
- Método de prueba y edición (ASTM D570-22, ISO 62:2008 u otra)
- Dimensiones de la muestra
- Procedimiento de acondicionamiento
- Medio de exposición (agua líquida o aire húmedo)
- Temperatura
- Duración
- Si el valor representa un resultado de duración especificada o de equilibrio
- Bases de cálculo y unidades.
- Criterios de aceptación y su base técnica.
Las diferencias en el estado del material, la preparación de la muestra, las condiciones de exposición, el método o la base de presentación de informes deben resolverse antes de que los valores se traten como directamente comparables.
TDS, CoA e informe de prueba
Las siguientes distinciones son consideraciones prácticas de documentación en lugar de definiciones de documentos prescritas por ASTM D570, ISO 62 o ISO 15512.
Una Hoja de Datos Técnicos (TDS) puede presentar información típica, nominal o de rango de especificaciones para un material. Un Certificado de análisis (CoA), cuando se proporcione, puede informar resultados específicos de un lote o lote y también puede enumerar los límites de aceptación relevantes. Un informe de prueba puede identificar el método de prueba, el espécimen o muestra, las condiciones y el resultado informado.
El formato y el contenido del documento varían según el proveedor, el material y la transacción. Por lo tanto, los compradores deben verificar si un valor informado representa una propiedad típica, un límite de especificación o un resultado de prueba específico de un lote.
Errores comunes de interpretación
Error 1: todas las resinas PF tienen un valor estándar de absorción de agua.
Corrección: La absorción de agua es una propiedad de un material definido en un estado definido, medida en condiciones definidas.
Error 2: Un valor de contenido de agua en polvo equivale a la absorción de agua de la resina curada.
Corrección: El contenido de agua (ISO 15512) y la absorción de agua (ISO 62) son medidas diferentes.
Error 3: La clasificación de Novolac/resol por sí sola predice la absorción de agua.
Corrección: La comparación requiere muestras y condiciones controladas.
Error 4: los resultados de ASTM D570 e ISO 62 son automáticamente intercambiables.
Corrección: ASTM D570 establece equivalencia técnica con ISO 62 solo cuando se utiliza la muestra descrita en ASTM D570 Sección 6.2.
Error 5: Un resultado de resina pura predice automáticamente un compuesto relleno o un componente terminado.
Corrección: La resina pura, los compuestos rellenos, los laminados, los compuestos y los componentes terminados son sistemas de materiales u objetos de prueba diferentes. El resultado de uno no debe transferirse automáticamente a otro.
Error 6: un valor típico de TDS es automáticamente un resultado por lotes.
Corrección: TDS, CoA y los informes de prueba cumplen funciones diferentes.
Qué deben especificar los compradores
Al solicitar o evaluar datos de absorción de agua de la resina PF, se debe especificar la siguiente información cuando sea relevante para la aplicación:
- Forma de resina/material (líquido, sólido, polvo, escamas, etc.)
- Designación de grado
- Clase de resina cuando sea relevante (novolaca o resol)
- Ruta prevista de formulación y procesamiento.
- Estado de curación del objeto de prueba.
- Objeto de prueba (resina pura, compuesto de moldeo, laminado, compuesto, pieza terminada)
- Estándar de prueba y edición.
- Geometría de la muestra
- Procedimiento de acondicionamiento
- Medio de exposición, temperatura y duración.
- Límite de aceptación y su base técnica.
- Documentación requerida (TDS, CoA, informe de prueba)
El método de prueba debe seleccionarse de acuerdo con la forma del material y la propiedad que se evalúa; ASTM D570 e ISO 62 se refieren a la absorción de agua de los plásticos sólidos aplicables, mientras que ISO 15512 aborda el contenido de agua dentro de su alcance establecido. No todos los escenarios de adquisición requieren todas estas especificaciones, pero la claridad sobre el estado del material y las condiciones de prueba es esencial para una comparación significativa de los datos.
Conclusión
La absorción de agua deresina de fenol-formaldehídono puede representarse por un único número universal. Es una propiedad de un material específico en un estado específico, medida en condiciones definidas utilizando un método definido. Los valores informados son útiles para comparar sólo cuando se conocen la identidad del material, el estado de curado, la preparación de la muestra, las condiciones de exposición y el método de prueba. La absorción de agua y el contenido de agua son conceptos distintos que requieren diferentes métodos de prueba. Para comparaciones relevantes para la aplicación, los datos de una formulación curada representativa, una muestra o un material terminado pueden ser más informativos que un valor medido en un objeto de prueba materialmente diferente.
CTA profesional
Los clientes que evalúen la resina de fenol-formaldehído para aplicaciones sensibles a la humedad pueden proporcionar la forma de la resina o el material, la formulación prevista, el objeto de prueba, el método de absorción de agua aplicable o el método de contenido de agua, las condiciones de exposición o acondicionamiento y los criterios de aceptación para que la documentación de calificación disponible pueda revisarse con respecto al requisito establecido.
Referencias
[1] ASTM Internacional. (2022). ASTM D570-22, Método de prueba estándar para la absorción de agua de plásticos.https://doi.org/10.1520/D0570-22
[2] Organización Internacional de Normalización. (2008). ISO 62:2008, Plásticos. Determinación de la absorción de agua (3ª ed.).
https://www.iso.org/standard/41672.html
[3] Organización Internacional de Normalización. (2019). ISO 15512:2019, Plásticos. Determinación del contenido de agua (5ª ed.).
https://www.iso.org/standard/73834.html
[4] Pilato, LA (Ed.). (2010). Resinas fenólicas: un siglo de progreso. Springer Berlín, Heidelberg.https://doi.org/10.1007/978-3-642-04714-5
[5] Asim, M., Saba, N., Jawaid, M., Nasir, M., Pervaiz, M. y Alothman, OY (2018). Una revisión sobre la resina fenólica y sus compuestos. Química analítica actual, 14 (3), 185–197.https://doi.org/10.2174/1573411013666171003154410