Introduzione
Il polipropilene (PP) è una materia prima spesso utilizzata per la produzione di film sottili, come i film separatori delle batterie. Questo esperimento è stato avviato a causa di un problema emerso durante la lavorazione dei film di PP. I prodotti di alcuni lotti di granuli di PP grezzo si rompevano facilmente, mentre quelli degli altri lotti presentavano una buona qualità. L'obiettivo era quello di scoprire il motivo di questa situazione e, soprattutto, di mettere a punto un metodo per un controllo qualità affidabile dei granuli di PP grezzi. Idealmente, questo metodo di controllo qualità dovrebbe essere eseguito con un DSC o un TGA di base.
Condizioni sperimentali
Sono stati raccolti diversi campioni "buoni" (contrassegnati come OK) e "cattivi" (contrassegnati come NOK).
I test diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione/raffreddamento sono stati eseguiti con il DSC 214 Polyma. I campioni sono stati riscaldati da temperatura ambiente (RT) a 200°C a 10 K/min, quindi raffreddati a RT a -10 K/min, seguiti da un secondo riscaldamento a 200°C a 10 K/min. L'atmosfera di prova era N2; le dimensioni dei campioni erano di circa 10 mg.
I campioni per le prove Tempo di induzione ossidativa (OIT) e temperatura di insorgenza ossidativa (OOT)Il tempo di induzione ossidativa (OIT isotermico) è una misura relativa della resistenza di un materiale (stabilizzato) alla decomposizione ossidativa. La temperatura di induzione ossidativa (OIT dinamica) o temperatura di insorgenza ossidativa (OOT) è una misura relativa della resistenza di un materiale (stabilizzato) alla decomposizione ossidativa.OIT sono stati eseguiti anche con il DSC 214 Polyma. I campioni sono stati riscaldati da RT a 200°C in N2 a 10 K/min, quindi mantenuti isotermi a 200°C per 5 minuti. Successivamente, l'atmosfera è stata commutata in O2 (puro) e il tempo trascorso dal punto di commutazione all'inizio dell'OssidazioneL'ossidazione può descrivere diversi processi nel contesto dell'analisi termica.ossidazione è stato registrato. Le dimensioni dei campioni erano di circa 10 mg.
I test di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi sono stati eseguiti con il TG 209 F3 Tarsus® . I campioni sono stati riscaldati da RT a 800°C a 10 K/min in N2. La dimensione del campione era di circa 10 mg.
Risultati e discussione
1. Analisi dei guasti
Come primo passo, è stato confrontato il comportamento diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione di tutti i campioni per verificare l'eventuale presenza di impurità, cioè di altri componenti del polimero. Come mostrato nella figura 1, oltre al picco diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione principale del PP a circa 169°C, in alcune curve DSC si può notare un picco EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico small a 148°C. Questo potrebbe essere dovuto a un secondo componente polimerico. Questo potrebbe essere dovuto a un secondo componente polimerico o a un additivo. Tuttavia, tale differenza non può essere considerata un obiettivo di controllo qualità, poiché questo picco small può essere riscontrato in entrambi i campioni OK e NOK.
1.2. Comportamento della PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi
Per confermare l'esistenza di impurità, nella figura 2 sono stati confrontati i risultati della PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi TGA. Sembra che entrambi i campioni OK e NOK mostrino una perdita di peso del 100% e che non vi siano differenze evidenti tra loro durante l'intera procedura di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi.
la "fragilità" dei materiali polimerici può essere il risultato di materiali diversamente stabilizzati. Le informazioni sulla stabilizzazione di un polimero possono essere distinte dalle misure Tempo di induzione ossidativa (OIT) e temperatura di insorgenza ossidativa (OOT)Il tempo di induzione ossidativa (OIT isotermico) è una misura relativa della resistenza di un materiale (stabilizzato) alla decomposizione ossidativa. La temperatura di induzione ossidativa (OIT dinamica) o temperatura di insorgenza ossidativa (OOT) è una misura relativa della resistenza di un materiale (stabilizzato) alla decomposizione ossidativa.OIT. Pertanto, ci si aspettavano Tempo di induzione ossidativa (OIT) e temperatura di insorgenza ossidativa (OOT)Il tempo di induzione ossidativa (OIT isotermico) è una misura relativa della resistenza di un materiale (stabilizzato) alla decomposizione ossidativa. La temperatura di induzione ossidativa (OIT dinamica) o temperatura di insorgenza ossidativa (OOT) è una misura relativa della resistenza di un materiale (stabilizzato) alla decomposizione ossidativa.OIT diversi per questi campioni; tali risultati potevano essere utilizzati come soglia di controllo qualità. Purtroppo, come mostrato nella figura 3, non sono state riscontrate differenze significative di OIT tra i campioni OK e NOK.
1.4. Comportamento alla CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione
Il processo di produzione dei film in PP prevede laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione dei granuli di PP seguita dal processo di estrusione. Per indurre la CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione deve essere avvenuta una procedura di raffreddamento. Poiché il comportamento di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione può essere un fattore che influisce sulla qualità del prodotto finale, sono state confrontate le curve di raffreddamento. Come mostrato nella figura 4, si notano differenze significative nel comportamento di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione tra i campioni OK e NOK. In primo luogo, l'inizio della CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione dei campioni OK (~115°C) è molto più basso di quello dei campioni NOK (~119°C). Ciò significa che i campioni NOK cristallizzano più facilmente. Inoltre, la pendenza del lato destro del picco DSC dei campioni NOK sembra essere più ripida di quella dei campioni OK. Ciò significa che i campioni NOK cristallizzano anche più velocemente dei campioni OK.
1.5. Sintesi dei guasti
Analisi Sulla base delle misurazioni e delle discussioni precedenti, possiamo ipotizzare che il problema del "film fragile" sia probabilmente dovuto al diverso comportamento diCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione delle materie prime. Per le materie prime che cristallizzano più facilmente (inizio più alto) o che cristallizzano più velocemente (pendenza più ripida), i film prodotti si rompono più facilmente. La differenza diCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione può essere causata dal diverso contenuto di agenti nucleanti, microparticelle, ecc.
2. Criterio di controllo della qualità
In base alle conclusioni di cui sopra, il criterio del CQ può essere incentrato sul comportamento diCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione. Una soluzione più semplice sarebbe quella di utilizzare la temperatura di inizioCristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione. cristallizzazione come soglia del CQ. Questo, tuttavia, richiederebbe una valutazione manuale (da parte dell'operatore) e potrebbe presentare delle criticità nel caso di picchi e linee di base di cristallizzazione "non ideali". Inoltre, la temperatura di insorgenza non può riflettere l'intera situazione per quanto riguarda il comportamento di cristallizzazione. Per confrontare il comportamento di cristallizzazione in modo più completo, NETZSCH offre lo strumento ideale: una soluzione chiamata Identify.
In parole povere, con Identify è possibile costruire un database dalle curve di raffreddamento dei campioni OK. Il software le confronta con le curve di raffreddamento dei granuli di PP in ingresso e determina se le materie prime di PP in ingresso sono "QC Pass" o "Fail".
Per questo caso, abbiamo creato una classe nel database Identify con le curve di raffreddamento di tre campioni OK. In uno scenario reale, ovviamente, sarebbe opportuno creare un maggior numero di curve per creare una classe più affidabile.
Come mostrato nelle figure 6 e 7, è possibile calcolare la somiglianza delle curve di raffreddamento dei campioni OK e NOK con la Classe. Per i campioni OK, la somiglianza è superiore al 99%, mentre per i campioni NOK è inferiore al 99%. Pertanto, è ragionevole fissare una soglia di somiglianza al 99%. In altre parole, i campioni possono essere considerati "QC Pass" quando la curva di raffreddamento ha una somiglianza con la classe OK superiore al 99%. In effetti, la funzione Identify offre una funzione per eseguire automaticamente questo controllo QC.
Come mostrato nella figura 8, nella finestra "Ulteriori impostazioni", l'utente può definire una soglia (in questo caso il 99%). Successivamente, quando la curva di raffreddamento di un campione viene caricata nel software Proteus® e viene attivato Identify, viene calcolata la somiglianza della curva con la Classe e viene automaticamente visualizzato un marchio QC di "FAIL" o "PASS" in base alla soglia QC predefinita (figura 9).
Conclusione
Queste serie di test di misurazioni DSC e TGA sono state eseguite con l'obiettivo di trovare la fonte del fallimento. È stato determinato che la qualità dei film di PP dipende dal comportamento di cristallizzazione dei granuli di PP.
È possibile utilizzare la temperatura di inizio cristallizzazione della curva di raffreddamento DSC come semplice metodo di controllo qualità.
Tuttavia, una soluzione più completa e affidabile può essere ottenuta applicando NETZSCH Identify per confrontare la curva di raffreddamento DSC del campione con una Classe di riferimento, che può essere costruita a partire da una serie di curve di raffreddamento per i campioni OK. Identify è in grado di calcolare la somiglianza della curva del campione con la Classe e di presentare automaticamente i risultati del CQ attraverso una soglia di CQ predefinita.