Evaluación de materiales no tejidos mediante porosimetría gas-líquido
El término “no tejido” se refiere a productos a base de fibras elaborados mediante procesos que no incluyen el tejido o la costura (ASTM D1117-80). Las fibras en los materiales no tejidos están unidas mediante tratamientos químicos, mecánicos, térmicos o con solventes. Los materiales no tejidos se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, como la filtración, la industria automotriz, la construcción, la aeronáutica, la industria alimentaria, la medicina y muchas otras. En 2013, el tamaño del mercado de materiales no tejidos en los Estados Unidos fue de aproximadamente 5,4 mil millones de dólares y se estimó que alcanzó casi 7,5 mil millones de dólares en 2017.
Al igual que ocurre con cualquier material técnico, la caracterización detallada de su estructura y propiedades resulta esencial para lograr una comprensión más profunda y optimizar su rendimiento en aplicaciones específicas.
La porosimetría gas-líquido (GLP) se emplea en gran medida como herramienta de caracterización de materiales no tejidos. Con este método se mide el tamaño de los poros y la distribución del tamaño de los poros continuos de forma rápida y sencilla. La técnica se basa en el desplazamiento de un líquido humectante inerte y no tóxico que se encuentra espontáneamente integrado a la red porosa de un material. Luego, el líquido se elimina mediante la aplicación de un gas inerte a presión (por ejemplo, nitrógeno). Siguiendo una relación inversa entre la presión y el tamaño, los poros más grandes en un material se vacían primero y, a medida que aumenta la presión aplicada, se vacían poros cada vez más pequeños hasta que el material quede “seco” (es decir, el líquido es expulsado de los poros más pequeños). La medición tiene dos variables: la presión diferencial de gas aplicada y la velocidad de flujo a través del material. La presión necesaria para vaciar poros de un diámetro determinado se utiliza para calcular el tamaño del poro según la fórmula de Young-Laplace P = 4 * cos(θ) * γ / D, donde (P) es la presión requerida para desplazar el líquido del poro, (θ) es el ángulo de contacto del fluido humectante con el material, (γ) es la tensión superficial del líquido humectante y (D) es el diámetro del poro. El flujo se emplea para evaluar las proporciones de poros en rangos de tamaños específicos, así como para determinar la permeabilidad y otras características relacionadas con el flujo.
APLICACIÓN EN MATERIALES NO TEJIDOS
Las mediciones de “Porosimetría gas-líquido”, en adelante denominadas mediciones GLP, se llevaron a cabo en materiales representativos de tela soplada por fusión y tela hilada no tejida, utilizando un porómetro POROLUX™ 100 de POROMETER NV (figura 1). El equipo POROLUX™ 100 fue diseñado especialmente para la caracterización de no tejidos, teniendo en cuenta los rangos característicos de presión y flujo de no tejidos típicos. Se basa en el método de “barrido de presión”, un método rápido pero reproducible en el que la presión se aumenta continuamente al tiempo que se registran las velocidades de flujo resultantes. El método de “barrido” se elige en situaciones donde se busca simplicidad, velocidad y reproducibilidad. Esto hace que el equipo POROLUX™ 100 sea una elección ideal para el control y el aseguramiento de la calidad.
La presión máxima de funcionamiento del equipo POROLUXTM 100 es de 1,5 bar (22 psi), lo que permite medir tamaños de poro entre 0,427 µm y 500 µm. La determinación del primer punto de burbuja, en adelante el “FBP”, o tamaño máximo de poro, se basa en el método de prueba descripto en la norma ASTM F 316-03.
El equipo POROLUX™ 100 fue diseñado teniendo en cuenta el cumplimiento de las normas y los métodos manuales. Por lo tanto, cuenta con ajustes seleccionables por el usuario que pueden adaptarse a diversos criterios tradicionalmente empleados en los cálculos del FBP. Entre las opciones se incluyen el cálculo del FBP a la presión que corresponde a una velocidad de flujo de 30, 50, 100 ml/min, o tomando la presión a la que el equipo detecta el primer flujo medible. Esta flexibilidad le permite al usuario encontrar los ajustes óptimos para un material específico o para la correlación cruzada con otros métodos (por ejemplo, la determinación visual).
