Introduzione
Le miscele di poliolefine riciclate, costituite principalmente da polietilene e polipropilene, rappresentano materie prime fondamentali nel riciclaggio meccanico della plastica. Vengono utilizzate per la rilavorazione in nuovi pezzi stampati, prodotti estrusi, film, componenti per l’imballaggio e applicazioni tecniche in plastica, in cui la composizione del materiale riciclato influenza notevolmente il comportamento di lavorazione e le prestazioni del materiale finale. Poiché il PE e il PP presentano intervalli di Temperature 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, cristallinità, finestre di lavorazione e Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica diversi, la caratterizzazione termica di tali miscele è essenziale per valutare l’identità del materiale, la qualità del materiale riciclato e l’idoneità alla successiva lavorazione.
La termogravimetria e la calorimetria a scansione differenziale simultanee forniscono informazioni sia sulla perdita di massa che sulle transizioni termiche in un’unica misurazione, rendendo questa tecnica particolarmente utile per miscele complesse di polimeri riciclati.
Condizioni di misurazione
Tabella 1: Condizioni di misurazione
| Strumento | STA Jupiter® |
|---|---|
| Intervallo di temperatura | da 30 °C a 600 °C |
| Velocità di riscaldamento | 20 K/min |
| Atmosfera | Azoto |
| Portata del gas | 70 ml/min |
| Massa del campione | 13,9 mg |
| Crogiolo | 85 µl Pt/Rh con coperchio forato |
Risultati e discussione
La misurazione simultanea TGA-DSC sulla miscela riciclata di PE-PP (Figura 1) mostra diversi effetti termici caratteristici. Nell’intervallo di temperatura più basso, nel segnale DSC sono visibili due effetti di Temperature 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 endotermici sovrapposti. Il primo contributo di Temperature 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 compare a circa 123 °C ed è attribuibile alla frazione di polietilene, mentre il secondo contributo di Temperature 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, a circa 158 °C, è caratteristico del polipropilene. Poiché i flussi di polimeri riciclati contengono spesso frazioni di materiale parzialmente sovrapposte, additivi o tipi di polimeri con un ampio intervallo di Temperature 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, questi segnali non risultano completamente isolati nella curva DSC grezza.
L’utilizzo del software NETZSCH Peak Separation risulta pertanto vantaggioso. Esso consente di separare matematicamente gli effetti di fusione sovrapposti e di valutarli singolarmente. In questa misurazione, le aree dei picchi separate forniscono entalpie di fusione individuali pari a circa 42 J/g per il contributo relativo al PE e a 106 J/g per quello relativo al PP. Ciò migliora l’interpretazione della composizione della miscela e facilita il confronto tra diversi lotti di materiale riciclato o il monitoraggio delle variazioni nella qualità del materiale. Senza l’ Peak Separation, gli effetti endotermici sovrapposti sarebbero disponibili solo come risposta termica combinata, riducendo la precisione della valutazione specifica per ciascun componente.
A temperature più elevate, la curva DSC mostra ulteriori effetti termici nella regione al di sopra dei 400 °C, mentre la curva TGA registra la corrispondente perdita di massa causata dalla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione pirolitica della miscela polimerica in atmosfera di azoto. La Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione principale avviene al di sopra di circa 400 °C e comporta una perdita di massa completa. L’acquisizione simultanea di entrambi i segnali migliora inoltre l’affidabilità nell’interpretazione di materiali riciclati complessi. I picchi di fusione si verificano mentre il segnale TGA rimane stabile, a conferma del fatto che tali effetti sono Transizioni di faseIl termine transizione di fase (o cambiamento di fase) è più comunemente usato per descrivere le transizioni tra gli stati solido, liquido e gassoso.transizioni di fase piuttosto che processi di degradazione. Al contrario, gli effetti DSC ad alta temperatura sono in linea con la perdita di massa rilevata dalla TGA e possono quindi essere associati alla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione. Queste informazioni combinate sono preziose per le aziende di riciclaggio e per i trasformatori di materiali, poiché forniscono indicazioni sia sull’identificazione dei polimeri sia sulla Stabilità termicaUn materiale è termicamente stabile se non si decompone sotto l'influenza della temperatura. Un modo per determinare la stabilità termica di una sostanza è quello di utilizzare un TGA (analizzatore termogravimetrico). stabilità termica nell’ambito di un unico esperimento, senza l’influenza della preparazione del campione o di condizioni di misurazione diverse.
Sintesi
L’analisi simultanea TGA-DSC fornisce una caratterizzazione sintetica e approfondita di una miscela riciclata di PE e PP. Il software NETZSCH Peak Separation migliora la valutazione distinguendo i picchi di fusione sovrapposti e consentendo una valutazione più specifica dei contributi dei singoli polimeri. Ciò rende il metodo particolarmente adatto al controllo di qualità, all’identificazione dei materiali e alla caratterizzazione rilevante ai fini del processo delle miscele di poliolefine riciclate.