Bevezetés
A polipropilén (PP) gyakran használt nyersanyag vékony filmek, például akkumulátorok szeparátorfilmjeinek gyártásához. Ezt a kísérletet a PP-fóliák feldolgozása során felmerülő probléma miatt kezdeményezték. A nyers PP-granulátum bizonyos tételeiből származó termékek könnyen töröttek, míg a többi tételből származó termékek jó minőségűek voltak. A cél az volt, hogy kiderítsük ennek okát, és ami még fontosabb, hogy kidolgozzunk egy módszert a nyers PP-granulátum megbízható minőségellenőrzésére. Ideális esetben ezt a minőségellenőrzési módszert egy egyszerű DSC vagy TGA segítségével lehetne elvégezni.
Kísérleti feltételek
Számos "jó" (OK-val jelölt) és "rossz" (NOK-val jelölt) mintát gyűjtöttek.
Az olvadási/hűtési vizsgálatokat a DSC 214 Polyma segítségével végeztük. A mintákat szobahőmérsékletről (RT) 200°C-ra melegítették 10 K/perc sebességgel, majd -10 K/perc sebességgel visszahűtötték RT-re, majd egy második melegítés következett 200°C-ra 10 K/perc sebességgel. A vizsgálati atmoszféra N2 volt; a minták mérete 10 mg körül volt.
Az Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-vizsgálatokat a mintákon kívül a DSC 214 Polyma segítségével is elvégeztük. A mintákat RT-ről 200°C-ra melegítettük N2-ben 10 K/perc sebességgel, majd 5 percig 200°C-on tartottuk izotermikusan. Ezt követően a légkört O2-re (tiszta) váltottuk, és a kapcsolási ponttól az oxidáció kezdetéig eltelt időt rögzítettük. A minták mérete 10 mg körül volt.
A pirolízisvizsgálatokat a TG 209 F3 Tarsus® segítségével végeztük. A mintákat RT-ről 800°C-ra melegítettük 10 K/perc sebességgel N2-ben. A minták mérete körülbelül 10 mg volt.
Eredmények és vita
1. Hibaelemzés
1.1. Olvadási viselkedés
Első lépésként az összes minta olvadási viselkedését összehasonlítottuk, hogy lássuk, vannak-e szennyeződések, azaz más polimerkomponensek. Amint az 1. ábrán látható, a PP körülbelül 169°C-os fő olvadási csúcsa mellett néhány DSC-görbén egy 148°C-os small EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.endotermikus csúcs is látható. Ez egy második polimerkomponensnek vagy adalékanyagnak tulajdonítható. Az ilyen különbség azonban nem tekinthető minőségellenőrzési célnak, mivel ez a small csúcs mind az OK, mind a NOK mintákban megtalálható.
1.2. PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.Pirolízis viselkedés
A szennyeződések meglétének megerősítése érdekében a TGA PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis eredményeit a 2. ábrán hasonlítottuk össze. Úgy tűnik, hogy mind az OK, mind a NOK minták 100%-os súlyveszteséget mutatnak, és a teljes PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis során nem volt nyilvánvaló különbség közöttük.
a polimer anyagok "törékenysége" a különbözőképpen stabilizált anyagok eredménye lehet. A polimer stabilizációjára vonatkozó információk Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-mérésekkel különböztethetők meg. Ezért az eltérő Oxidatív indukciós idő (OIT) és oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT)Az oxidatív indukciós idő (izotermikus OIT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma. Az oxidatív indukciós hőmérséklet (dinamikus OIT) vagy oxidatív indukciós hőmérséklet (OOT) egy (stabilizált) anyag oxidatív bomlással szembeni ellenállásának relatív mérőszáma.OIT-értékek várhatóak voltak ezeknél a mintáknál; az ilyen eredmények aztán QC-küszöbértékként használhatók. Sajnos, amint az a 3. ábrán látható, az OK és a NOK minták között nem volt jelentős OIT-különbség.
1.4. Kristályosodási viselkedés
A PP-fóliák gyártási folyamata magában foglalja a PP-granulátum megolvasztását, amelyet az extrudálási folyamat követ. A KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás előidézéséhez hűtési eljárásnak kellett történnie. Mivel a kristályosodási viselkedés a végtermék minőségét is befolyásoló tényező lehet, a hűtési görbéket összehasonlítottuk. Amint az a 4. ábrán látható, jelentős különbségek figyelhetők meg az OK és a NOK minták kristályosodási viselkedésében. Először is, az OK minták KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodásának kezdete (~115°C) sokkal alacsonyabb, mint a NOK mintáké (~119°C). Ez azt jelenti, hogy a NOK minták könnyebben kristályosodnak. Továbbá a NOK minták DSC-csúcsának jobb oldali meredeksége meredekebbnek tűnik, mint az OK mintáké. Ez azt jelenti, hogy a NOK minták gyorsabban kristályosodnak, mint az OK minták.
1.5. A kudarc összefoglalása
Elemzés A korábbi mérések és megbeszélések alapján feltételezhetjük, hogy a "törékeny film" probléma valószínűleg a nyersanyagok eltérő kristályosodási viselkedésének köszönhető. A könnyebben kristályosodó (magasabb kezdeti érték) vagy gyorsabban kristályosodó (meredekebb lejtésű) nyersanyagok esetében a termékfilmek könnyebben törnek. A kristályosodási különbséget okozhatja a nukleációs anyagok, mikroszemcsék stb. eltérő tartalma.
2. Minőségellenőrzési kritérium
A fenti következtetés alapján a minőségellenőrzési kritérium a kristályosodási viselkedésre összpontosítható. Egyszerűbb megoldás az lenne, ha a KristályosodásA kristályosodás a kristályok kialakulása és növekedése során végbemenő fizikai folyamat. E folyamat során kristályosodási hő szabadul fel.kristályosodás kezdeti hőmérsékletét használnánk a QC küszöbértékként. Ez azonban manuális értékelést igényelne (a kezelő által), és kritikus problémák merülhetnek fel a "nem ideális" kristályosodási csúcsok és alapvonalak esetében. Ezenkívül a kezdeti hőmérséklet nem tükrözheti a teljes helyzetet a kristályosodási viselkedés tekintetében. A kristályosodási viselkedés átfogóbb összehasonlításához a NETZSCH ideális eszközt kínál: a Identify nevű megoldást.
Egyszerűen szólva, a Identify segítségével az OK minták hűtési görbéiből egy adatbázis építhető fel. A szoftver ezután összehasonlítja ezeket a beérkező PP granulátumok hűtési görbéivel, és így meg tudja állapítani, hogy a beérkező PP nyersanyagok "QC Pass" vagy "Fail" minősítésűek.
Ehhez az esethez létrehoztunk egy osztályt a Identify adatbázisban három OK minta hűtési görbéivel. Egy valós forgatókönyvben természetesen több görbét javasolnánk egy megbízhatóbb osztály létrehozásához.
Amint az a 6. és 7. ábrán látható, kiszámítható, hogy az OK és a NOK minták hűtési görbéi mennyire hasonlítanak az osztályhoz. Az OK minták esetében a hasonlóság 99%-nál nagyobb, a NOK minták esetében pedig 99% alatti. Ezért ésszerű a hasonlósági küszöbértéket 99%-ban meghatározni. Vagyis a minták akkor tekinthetők "QC Pass"-nak, ha a hűtési görbe hasonlósága az OK osztályhoz több mint 99%. A Identify funkció valójában egy olyan funkciót kínál, amely automatikusan lefuttatja ezt a QC-ellenőrzést.
Amint a 8. ábrán látható, a "További beállítások" ablakban a felhasználó meghatározhat egy küszöbértéket (ebben az esetben 99%). Ezt követően, amikor egy minta hűtési görbéje betöltődik a Proteus® szoftverbe, és a Identify elindul, a görbe és az osztály hasonlósága kiszámításra kerül, és az előre meghatározott QC küszöbérték alapján automatikusan megjelenik a "FAIL" vagy "PASS" QC jelölés (9. ábra).
Következtetés
Ezeket a DSC- és TGA-mérésekből álló vizsgálatsorozatokat azzal a céllal végezték, hogy megtalálják a hiba forrását. Megállapítottuk, hogy a PP-filmek minősége a PP-granulátum kristályosodási viselkedésétől függ.
A DSC hűtési görbe kristályosodási kezdeti hőmérséklete egyszerű minőségellenőrzési módszerként használható.
Átfogóbb és megbízhatóbb megoldás érhető el azonban a NETZSCH Identify alkalmazásával, amely a minta DSC hűtési görbéjét egy referencia osztályhoz hasonlítja, amely az OK minták számos hűtési görbéjéből építhető fel. A Identify képes kiszámítani a minta görbéjének az osztályhoz való hasonlóságát, és automatikusan megjeleníti a QC eredményeket egy előre meghatározott QC küszöbérték segítségével.