18.05.2023 by Claire Strasser, Aileen Sammler
Rápido y preciso: DSC y separación de picos para la identificación de polímeros en películas de envasado
Films rígidos transparentes para mantener frescas las lonchas de embutido y queso.
Vasos de yogur estables.
Envases de café flexibles y de colores.
Dependiendo de la aplicación, estos productos altamente desarrollados pueden necesitar ser herméticos al oxígeno, transparentes o imprimibles y poseer cierta flexibilidad y/o estabilidad. Tales propiedades sólo pueden lograrse mediante el uso de diversos componentes, como múltiples capas de polímeros. Para ello, los polímeros se seleccionan, a su vez, en función de sus propias propiedades.
Descubra cómo pueden investigarse las películas de envasado multicapa en lo que respecta a su composición mediante la calorimetría diferencial de barrido (DSC ) y el paquete de software avanzadoNETZSCH PeakSeparation .
Para la identificación de polímeros individuales en una película multicapa, la Calorimetría Diferencial de Barrido ha demostrado en la industria del envasado ser un método rápido y de fácil acceso. En el siguiente ejemplo, se investigó una película compuesta disponible en el mercado mediante un instrumento DSCNETZSCH .
La muestra se preparó en el crisol Concavus®® de aluminio y se presionó uniformemente sobre el fondo del crisol mediante una tapa deslizante, que se desarrolló especialmente para mediciones en muestras muy finas como las películas.
La figura 2 muestra los resultados de la medición DSC dela 1ª y2ª series de calentamiento. En ambas series de calentamiento, se detectaron múltiples picos superpuestos entre 108°C y 121°C. Esto indica la presencia de diferentes polímeros. Esto indica la presencia de diferentes polímeros; el intervalo de temperaturas aquí es típico de varios tipos de polietileno de baja DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad.
En el1er calentamiento, se detectó además un pico a 176°C que indica la presencia de EVOH (alcohol vinílico de polietileno). El EVOH también se conoce como plástico de barrera y se utiliza mucho en la industria del embalaje debido a su buena impermeabilidad a sustancias como el oxígeno. Su Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión depende de su contenido en etileno; una Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).temperatura de fusión de 176°C corresponde a un contenido en etileno de entre 35 mol-% y 38 mol-% [1]. En el 2º calentamiento, el pico a 176°C se desplaza a una temperatura más baja (159°C). Este desplazamiento se debe probablemente a la fusión de una fase mixta formada entre el polietileno y el EVOH. El amplio efecto entre 230°C y 280°C se investigará con más detalle a continuación.
Para ello, la lámina compuesta se separó en dos capas: una lámina flexible de color aluminio y una segunda lámina impresa más fina. Entre las dos capas había una capa adicional de papel.
Las dos películas situadas a ambos lados de la capa de papel se midieron por separado. Las curvas DSC se presentan en la figura 3.
La película impresa (curva azul, figura 3) -excepto el pico a 253,9°C mostrado en la figura 2- muestra los mismos efectos que el material compuesto en su conjunto. Por el contrario, la película de color aluminio (curva negra) sólo produce un pico, a 255°C (1er calentamiento) y 248°C (2º calentamiento), respectivamente. Este intervalo de temperaturas es típico de la fusión del PET.
Con estos resultados, se puede concluir lo siguiente sobre la composición de la película compuesta: La película más delgada e impresa está formada por diferentes tipos de polietileno, así como EVOH; la de color aluminio es PET. El aspecto de la capa de PET en términos de color indica un revestimiento de aluminio que puede utilizarse, por ejemplo, como protector contra la luz en envases [2]. El pico de fusión del aluminio (660,4°C) está fuera del rango de temperatura medido y, por tanto, no se detectó.
Identificar picos superpuestos mediante el programa PeakSeparation en Proteus®
Para identificar claramente los tres picos superpuestos entre 108°C y 121°C detectados durante la medición de la película impresa, se evaluó la curva DSC del2º calentamiento (línea punteada azul, figura 3) con el método PeakSeparation del Proteus® software. PeakSeparation permite presentar los datos experimentales en forma de superposición aditiva de picos. Este programa ofrece diferentes tipos de curvas como Pearson, Gauß, Cauchy, etc. En este caso, se seleccionó la progresión de curvas Fraser-Suzuki junto con una mezcla de la progresión de curvas Fraser-Suzuki y Cauchy asimétrica. Aplicando estos perfiles a la curva DSC medida, es posible separar matemáticamente los picos superpuestos.
La figura 4 muestra los resultados del PeakSeparation. Se pueden relacionar cuatro picos calculados con la curva DSC del experimento (línea azul discontinua). Los picos a 108°C, 118°C y 120°C son típicos de diferentes tipos de polietileno de baja DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad (PE-LD, PE-LLD).
Un pico adicional a 92°C (curva naranja) puede atribuirse a la fusión de los cristalitos de small.
El coeficiente de correlación entre la suma de las cuatro curvas calculadas y la curva medida es de 0,999, lo que confirma el buen ajuste de los picos endotérmicos calculados a los datos medidos.
Resumen
Las mediciones DSC proporcionan información valiosa sobre la composición de las películas de envasado. Estos materiales complejos constan de diferentes capas, que a veces pueden identificarse con una sola medición DSC. El envase que se muestra en nuestro ejemplo consta, como mínimo, de PET, EVOH y varios tipos de polietileno de diferentes densidades.
Los intervalos de fusión de los distintos polímeros suelen estar próximos entre sí. Sin embargo, se puede conseguir una separación completa de los picos y/o una caracterización precisa del material mediante una preparación cuidadosa de la muestra y la aplicación del método PeakSeparation.
Este programa permite la separación de picos superpuestos utilizando perfiles de los siguientes tipos de picos: Gaussiano, Cauchy, pseudoVoigt (combinación lineal de Gaussiano y Cauchy), Fraser-Suzuki (Gaussiano asimétrico), Laplace modificado (redondeado por las dos caras) y Pearson. Con él, los datos experimentales se ajustan como una superposición aditiva de picos. Puede aplicarse a curvas obtenidas por distintos métodos analíticos, como la calorimetría diferencial de barrido (DSC), la termogravimetría (TGA) y la dilatometría (DIL), para curvas FTIR-Traces y MS.
Reducción de precio para la función PeakSeparation
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Permanezca atento Las aplicaciones de envasado representan alrededor del 50% de la producción de plástico. Dado que los plásticos son poco biodegradables pero constituyen un recurso valioso incluso después de su vida útil, centrarse en las vías de reciclado es ahora más importante que nunca. La próxima semana hablaremos de las herramientas de NETZSCH para identificar y cuantificar las diferentes composiciones de plástico en el flujo de reciclado
Bibliografía:
[1] Resinas de barrera | Propiedades, procesamiento y manipulación de EVOH, Pt. 1, Gene Medlock, 02 de febrero de 2015 http://bit.ly/17Ous83
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Verbundfolie
