Introducción
El polipropileno (PP) es una materia prima que se utiliza a menudo para fabricar películas finas, como las películas separadoras de las baterías. Este experimento se inició debido a un problema surgido durante el procesamiento de películas de PP. Los productos de ciertos lotes de gránulos de PP crudo se rompían con facilidad, mientras que los de los otros lotes presentaban una buena calidad. El objetivo era averiguar la razón de ello y, lo que es más importante, establecer un método de control de calidad fiable de los gránulos de PP en bruto. Idealmente, este método de control de calidad se llevaría a cabo con un DSC o TGA básico.
Condiciones experimentales
Se recogieron varias muestras "buenas" (marcadas como OK) y "malas" (marcadas como NOK).
Las pruebas de fusión/enfriamiento se realizaron mediante el DSC 214 Polyma. Las muestras se calentaron desde temperatura ambiente (TA) hasta 200°C a 10 K/min, después se enfriaron hasta TA a -10 K/min, seguido de un segundo calentamiento hasta 200°C a 10 K/min. La atmósfera de ensayo era N2; el tamaño de las muestras era de unos 10 mg.
Las pruebas de muestras Tiempo de inducción oxidativa (OIT) y temperatura de inicio de la oxidación (OOT)El tiempo de inducción oxidativa (OIT isotérmico) es una medida relativa de la resistencia de un material (estabilizado) a la descomposición oxidativa. La temperatura de inducción oxidativa (OIT dinámica) o temperatura de inicio de la oxidación (OOT) es una medida relativa de la resistencia de un material (estabilizado) a la descomposición oxidativa.OIT se realizaron adicionalmente mediante el DSC 214 Polyma. Las muestras se calentaron de RT a 200°C en N2 a 10 K/min, después se mantuvieron isotérmicas a 200°C durante 5 min. A continuación, se cambió la atmósfera a O2 (puro) y se registró el tiempo transcurrido desde el punto de cambio hasta el inicio de la OxidaciónLa oxidación puede describir diferentes procesos en el contexto del análisis térmico.oxidación. El tamaño de las muestras era de unos 10 mg.
Las pruebas de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis se realizaron mediante el TG 209 F3 Tarsus® . Las muestras se calentaron desde RT hasta 800°C a 10 K/min en N2. El tamaño de la muestra fue de unos 10 mg.
Resultados y debate
1. Análisis de fallos
1.1. Comportamiento de fusión
Como primer paso, se comparó el comportamiento de fusión de todas las muestras para ver si había impurezas, es decir, otros componentes poliméricos. Como se muestra en la figura 1, junto con el pico de fusión principal del PP a unos 169°C, en algunas curvas DSC puede observarse un pico EndotérmicoUna transición de muestra o una reacción es endotérmica si se necesita calor para la conversión.endotérmico small a 148°C. Esto podría deberse a un segundo componente polimérico. Esto podría deberse a un segundo componente polimérico o aditivo. Sin embargo, tal diferencia no puede tomarse como un objetivo de control de calidad porque este pico small puede encontrarse tanto en las muestras OK como NOK.
1.2. Comportamiento de la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis
Para confirmar la existencia de impurezas, en la figura 2 se compararon los resultados de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis TGA. Parece que tanto las muestras OK como NOK muestran una pérdida de peso del 100%, y no hubo diferencias obvias entre ellas durante todo el procedimiento de PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis.
la "fragilidad" de los materiales poliméricos puede ser el resultado de materiales estabilizados de forma diferente. La información sobre la estabilización de un polímero puede distinguirse mediante mediciones de Tiempo de inducción oxidativa (OIT) y temperatura de inicio de la oxidación (OOT)El tiempo de inducción oxidativa (OIT isotérmico) es una medida relativa de la resistencia de un material (estabilizado) a la descomposición oxidativa. La temperatura de inducción oxidativa (OIT dinámica) o temperatura de inicio de la oxidación (OOT) es una medida relativa de la resistencia de un material (estabilizado) a la descomposición oxidativa.OIT. Por lo tanto, se esperaban Tiempo de inducción oxidativa (OIT) y temperatura de inicio de la oxidación (OOT)El tiempo de inducción oxidativa (OIT isotérmico) es una medida relativa de la resistencia de un material (estabilizado) a la descomposición oxidativa. La temperatura de inducción oxidativa (OIT dinámica) o temperatura de inicio de la oxidación (OOT) es una medida relativa de la resistencia de un material (estabilizado) a la descomposición oxidativa.OIT diferentes para estas muestras; dichos resultados podrían utilizarse como umbral de control de calidad. Lamentablemente, como se muestra en la figura 3, no hubo diferencias significativas de OIT entre las muestras OK y NOK.
1.4. Comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización
El proceso de fabricación de las películas de PP incluye la fusión de los gránulos de PP seguida del proceso de extrusión. Debe haberse producido un procedimiento de enfriamiento para haber inducido la CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización. Dado que el comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización también puede ser un factor que afecte a la calidad del producto final, se compararon las curvas de enfriamiento. Como se muestra en la figura 4, se observan diferencias significativas en el comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización entre las muestras OK y NOK. En primer lugar, el inicio de la CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización.cristalización de las muestras OK (~115°C) es mucho más bajo que el de las muestras NOK (~119°C). Esto significa que las muestras NOK cristalizan más fácilmente. Además, la pendiente del lado derecho del pico DSC de las muestras NOK parece ser más pronunciada que la de las muestras OK. Esto significa que las muestras NOK también cristalizan más rápidamente que las muestras OK.
1.5. Resumen del fallo
Análisis Basándonos en las mediciones y discusiones anteriores, podemos suponer que el problema de la "película quebradiza" se debe probablemente al diferente comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización. cristalización de las materias primas. Para las materias primas que cristalizan más fácilmente (inicio más alto), o cristalizan más rápidamente (pendiente más pronunciada), las películas del producto se rompen más fácilmente. La diferencia de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización. cristalización puede deberse a un contenido diferente en cuanto a agentes de nucleación, micropartículas, etc.
2. Criterio de control de calidad
Basándose en la conclusión anterior, el criterio de CC puede centrarse en el comportamiento de CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización. cristalización. Una solución más sencilla sería utilizar la temperatura de inicio de la CristalizaciónLa cristalización es el proceso físico de endurecimiento durante la formación y el crecimiento de cristales. Durante este proceso se libera calor de cristalización. cristalización como umbral de control de calidad. Esto, sin embargo, requeriría una evaluación manual (por parte del operador) y podría haber problemas críticos en el caso de picos de cristalización y líneas de base "no ideales". Además, la temperatura de inicio no puede reflejar toda la situación con respecto al comportamiento de cristalización. Para comparar el comportamiento de cristalización de forma más exhaustiva, NETZSCH ofrece la herramienta ideal: una solución llamada Identify.
En pocas palabras, con Identify es posible crear una base de datos a partir de las curvas de enfriamiento de las muestras OK. El software las compararía con las curvas de enfriamiento de los gránulos de PP entrantes y podría determinar si las materias primas de PP entrantes son "QC Pass" o "Fail".
Para este caso, creamos una clase en la base de datos Identify con las curvas de enfriamiento de tres muestras OK. En un escenario real, por supuesto, se fomentarían más curvas para construir una Clase más fiable.
Como se muestra en las figuras 6 y 7, es posible calcular la similitud de las curvas de enfriamiento de las muestras OK y NOK con la Clase. Para las muestras OK, la similitud sería superior al 99% y para las muestras NOK, la similitud sería inferior al 99%. Por lo tanto, es razonable establecer un umbral de similitud del 99%. Es decir, las muestras pueden considerarse como un "QC Pass" cuando la curva de enfriamiento tiene una similitud con la Clase OK superior al 99%. De hecho, la función Identificar ofrece una función para ejecutar este control de calidad automáticamente.
Como se muestra en la figura 8, en la ventana "Otros ajustes", el usuario puede definir un umbral (99% en este caso). A continuación, cuando se cargue la curva de enfriamiento de una muestra en el software Proteus® y se active Identify, se calculará la similitud de la curva con la Clase, y aparecerá automáticamente una marca de CC de "FALLO" o "APROBADO" en función del umbral de CC predefinido (figura 9).
Conclusión
Estas series de pruebas de mediciones DSC y TGA se llevaron a cabo con el objetivo de encontrar el origen del fallo. Se determinó que la calidad de las películas de PP depende del comportamiento de cristalización de los gránulos de PP.
Es posible utilizar la temperatura de inicio de cristalización de la curva de enfriamiento DSC como método sencillo de control de calidad.
Sin embargo, puede lograrse una solución más completa y fiable aplicando NETZSCH Identify para comparar la curva de enfriamiento DSC de la muestra con una Clase de referencia, que puede construirse a partir de varias curvas de enfriamiento de las muestras OK. Identify puede calcular la similitud de la curva de la muestra con la Clase y presentar automáticamente los resultados del CC mediante un umbral de CC predefinido.