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Der Feuchtigkeitsgehalt von Polymeren ist in der Kunststoff verarbeitenden Industrie von großer Bedeutung. Einige Materialien weisen aufgrund ihrer Molekularstruktur sogenannte hygroskopische Eigenschaften auf. Das heißt, dass solche Stoffe die Wassermoleküle aus der Luftfeuchtigkeit „aufnehmen“ können. Die typischsten Beispiele sind PC, PA, PET, PBT, ABS, PMMA, PU.
Bei der Verarbeitung solcher Harze, egal ob Extrusion oder Spritzguss, kann ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt zu unerwünschten Problemen führen, indem die Viskosität sinkt oder das Wasser sogar verdampft. Um dies zu verhindern, ist ein weit verbreitetes Verfahren die Trocknung und ordnungsgemäße Verpackung dieser Materialien.
Die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts ist daher für die richtige Einstellung des Trocknungsprozesses unerlässlich, um zu gewährleisten, dass sich das zu verarbeitende Material im richtigen Feuchtigkeitsbereich befindet. In der heutigen Zeit, in der die Energiepreise in die Höhe schießen, ist es ein wichtiger Faktor, die Austrocknung zu vermeiden, nicht nur aus dem klassischen Grund, um eine Qualitätsminderung zu verhindern, sondern auch, um die Kosten zu senken. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass der Wassergehalt vor und nach dem Trocknungsvorgang kontrolliert wird.
Welche Arten von Feuchtigkeitsmessverfahren gibt es?
Eine allgemein bekannte Methode ist die gravimetrische – typischerweise werden spezielle Waagen mit einer Heizeinheit genutzt, die die Probe vor und nach dem Erhitzen wiegen. Sie sind sehr einfach und auch relativ billig, haben aber eine Einschränkung: Sie messen nicht den tatsächlichen Wassergehalt. Das liegt daran, dass beim Erhitzen viele andere flüchtige Bestandteile verdampfen.
Eine andere, sehr ausgefeilte, genaue und bereits wasserselektive Methode/Instrument ist der sogenannte Carl-Fischer-Titrator. Dabei gibt es eine Einschränkung: Man benötigt eine Laborumgebung und einen erfahrenen Bediener.
Als Brabender vor mehr als 30 Jahren sein erstes Instrument von auf den Markt gebracht har, war es sein Ziel, die Vorteile der oben genannten Eigenschaften zu vereinen: kompakt, robust, für die industrielle Umgebung geeignet und dennoch wasserselektiv und genau.
Die Messung basiert auf der chemischen Reaktion von Wasser (Dampf) mit festem Calciumhydrid (CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2) unter Bildung von Wasserstoffgas in einem geschlossenen System. In einem ersten Schritt wird die Probe (je nach geschätztem Feuchtigkeitsgehalt (0,1-100 g) in das Messgefäß gegeben. Es wird mit etwas Reagenz oben auf einem Sieb verschlossen und evakuiert. Danach wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der alle flüchtigen Bestandteile verdampfen, auch das Wasser. Somit haben wir nun Wasserstoff (proportional zur Wassermenge in der Probe) und einige andere Bestandteile aus dem Material entfernt. Da wir unser System zuvor evakuiert haben, gibt es keine Luft. Nach dem Austritt der anderen Bestandteile bleibt nur der Wasserstoff übrig, der durch eine Druckmessung nachgewiesen werden kann. Da er aus dem Wassergehalt der Polymerprobe stammt lässt sich die Feuchtigkeitskonzentration sehr leicht berechnen. Dieser Schritt muss natürlich nicht selbst durchgeführt werden, der eingebaute Touchscreen zeigt das Ergebnis in % oder in ppm an. Die Berechnung erfolgt automatisch nach dem Einfüllen der Probe sowie des Reagenzes und dem Schließen des Deckels. Auch für die notwendigen Einstellungen enthält das Gerät eine umfangreiche Datenbank von verschiedenen Polymere. Es muss nur die Art des Polymers ausgewählt werden, die gemessen wird.
Hinsichtlich der Materialkonsistenz können neben Granulat auch Pulver und zerkleinerte Proben geprüft werden. Die Messzeit beträgt je nach Probengröße und Feuchtigkeitsgehalt ca. 15-40 Minuten. Das gesamte Gerät hat die Größe einer Mikrowelle – es werden keine weiteren Teile oder Zubehör benötigt. Durch die Robustheit und Kompaktheit ist es praktisch tragbar und direkt vor Ort einsetzbar.
