Teneur en humidité des poudres

1. Définition de la teneur en humidité

La plupart des poudres ont la capacité d'absorber l'eau et contiennent donc une certaine quantité d'eau. Cette eau peut provenir du processus de fabrication, par exemple la quantité d'eau restante après une étape de séchage, ou peut migrer vers le matériau plus tard, par exemple en soumettant la poudre à de l'air humide. La masse d'eau contenue dans une masse de matériau est appelée la teneur en humidité ou teneur en eau.

La teneur en humidité ne doit pas être confondue avec la activité de l'eau.

2. Formule de calcul de la teneur en humidité

Comment calculer la teneur en humidité ? Quelle est la formule de la teneur en eau ?

Le rapport entre l'eau contenue dans le matériau et le poids du matériau donne la teneur en humidité :

u = m_w/m_s

Avec :

u = teneur en humidité (kg d'eau / kg de matériau)
m_w = masse d'eau contenue dans le solide considéré (kg d'eau)
m_s = masse de solide sec (kg de matériau)

Il convient toutefois de noter que la convention peut être modifiée dans certaines applications : au lieu de la masse de solide sec, la masse de solide humide peut être utilisée comme dénominateur.

3. Comment mesurer la teneur en eau

La méthode la plus répandue pour mesurer la teneur en eau d'un échantillon de poudre consiste à utiliser un four qui chauffera et séchera l'échantillon. L'échantillon est mesuré avec précision avant et après le séchage (dans des conditions définies) de sorte que la différence donne la quantité d'eau évaporée, donc la quantité d'eau qui était dans l'échantillon.

m_w = m_{s_wet} - m_{s_dry}

Formule 2 : masse d'eau dans un échantillon

Avec

m_w = masse d'eau contenue dans le solide considéré (kg d'eau)
m_{s_wet} = masse de solide humide (kg de matériau)
m_{s_dry} = masse de solide sec (kg de matériau)

Un inconvénient de cette méthode est qu'elle ne sera pas très précise si le matériau contient également des composés volatils qui seront également éliminés lors du chauffage.

Dans ce cas, la titration de Karl-Fischer peut être plus adaptée car elle permet d'analyser uniquement l'eau.

4. Interprétation et relation à la fluidité de la teneur en humidité

L'"humidité d'une poudre", ou plutôt sa teneur en humidité, est souvent mentionnée comme une cause habituelle de mauvaise fluidité de la poudre. En effet, si la teneur en humidité est trop élevée, un solide sera sujet à le gâteau, l'agglomération, généralement mauvaise fluidité. La teneur en eau est alors suffisamment élevée pour créer de petits ponts d'eau entre les particules et modifier leur comportement de flux.

Il est possible avec un rheomètre de poudre de mesurer la relation entre la "fluidité" et l'activité de l'eau. Des poudres de teneur en eau différente sont mesurées, si l'énergie nécessaire pour les faire circuler change radicalement à une certaine teneur en humidité, alors la poudre est sensible.

Un effet important de l'eau sur les poudres est qu'elle peut jouer le rôle d'un plastifiant, modifiant ainsi la température de transition vitreuse Tg si la poudre est constituée d'un matériau amorphe (polymère, dans les industries plastiques, mais aussi dans les industries alimentaires). La température de transition vitreuse varie avec la teneur en humidité, ce qui signifie que, lorsqu'elle est soumise à une température T, la teneur en eau peut faire baisser la Tg en dessous de T et ainsi rendre le matériau collant, modifiant radicalement son comportement de flux.