はじめに
ポリプロピレン（PP）は、電池のセパレーターフィルムなど、薄膜の製造によく使われる原料である。この実験は、PPフィルムの加工中に発生した問題から始まった。あるロットの原料PP顆粒は割れやすかったが、他のロットの製品は品質が良かった。目的はその原因を突き止めることであり、さらに重要なことは、原料PPグラニュールの信頼できるQC方法を確立することであった。このQC方法は、基本的なDSCまたはTGAで実施するのが理想的である。
実験条件
いくつかの「良い」試料（OK印）と「悪い」試料（NOK印）を集めた。
溶融/冷却試験は、DSC 214 Polyma 。試料は室温（RT）から200℃まで10 K/分で加熱し、その後-10 K/分でRTまで冷却し、その後200℃まで10 K/分で再加熱した。試料サイズは約10mgであった。
OIT試験試料はさらに、DSC 214 Polyma 。試料はN2中で、室温から200℃まで10 K/分で加熱し、その後200℃で5分間等温に保った。その後、雰囲気をO2（純粋）に切り替え、切り替え時点から酸化開始までの時間を記録した。試料サイズは約10mgであった。
熱分解試験は、TG 209F3 Tarsus® を用いて行った。試料は室温から800℃まで、窒素中10K/分で加熱した。試料サイズは約10mgであった。
結果と考察
1.故障解析
1.1.溶融挙動
第一段階として、すべての試料の融解挙動を比較し、不純物、すなわち他のポリマー成分の有無を確認した。図1に示すように、約169℃のPPの主融解ピークとともに、small 148℃の吸熱（吸熱性）ピークがいくつかのDSC曲線に見られる。これは、第2のポリマー成分または添加剤によるものかもしれない。しかし、このsmall ピークはOK試料とNOK試料の両方に見られるため、このような違いをQCの対象とすることはできない。
1.2.熱分解挙動
不純物の存在を確認するために、TGA熱分解結果を図2で比較した。OK試料とNOK試料はともに100%の重量減少を示し、熱分解の全過程で両者に明らかな差はないようである。
1.3.OITの比較
ポリマー材料の "脆さ "は、安定化された材料が異なるために生じることがある。ポリマーの安定化に関する情報は、OIT測定によって区別することができる。したがって、これらの試料ではOITが異なることが予想され、このような結果はQCの閾値として使用することができます。残念ながら、図3に示すように、OK試料とNOK試料の間に有意なOITの差は見られなかった。
1.4.結晶化挙動
PPフィルムの製造工程には、PPグラニュールの溶融に続く押出工程が含まれる。結晶化を誘発するには、冷却手順が必要である。結晶化挙動も最終製品の品質に影響を与える要因となりうるため、冷却曲線を比較した。図4に示すように、OK試料とNOK試料の結晶化挙動には大きな違いが見られる。まず、OK試料の結晶化開始温度（～115℃）は、NOK試料のそれ（～119℃）よりはるかに低い。これは、NOK試料の方が結晶化しやすいことを意味している。さらに、NOK試料のDSCピークの右側の傾きは、OK試料のそれよりも急であるように見える。これは、NOK試料の結晶化もOK試料より速いことを意味する。
1.5.故障のまとめ
分析 これまでの測定と考察に基づき、「脆いフィルム」の問題は、おそらく原料の結晶化挙動の違いによるものだと考えられる。結晶化しやすい（オンセットが高い）、あるいは結晶化速度が速い（傾斜が急）原料の場合、製品フィルムは壊れやすくなる。結晶化の違いは、核生成剤や微粒子などの含有量の違いによって引き起こされる可能性がある。
2.品質管理基準
上記の結論に基づき、QC基準は結晶化挙動に焦点を当てることができる。より単純な解決策は、結晶化開始温度をQC閾値として使用することであろう。しかし、この場合、（オペレーターによる）手作業での評価が必要となり、「理想的でない」結晶化ピークやベースラインの場合、致命的な問題が発生する可能性があります。さらに、オンセット温度は結晶化挙動に関する全ての状況を反映することはできない。結晶化挙動をより包括的に比較するために、NETZSCH は理想的なツールを提供します：Identify と呼ばれるソリューションです。
簡単に言えば、Identify 、OK試料の冷却曲線からデータベースを構築することができる。そして、このソフトウエアは、入荷したPP造粒物の冷却曲線と比較し、入荷したPP原料が「QC合格」であるか「不合格」であるかを判定することができる。
このケースでは、3つのOK試料の冷却曲線をIdentify 。実際のシナリオでは、もちろん、より信頼性の高いクラスを構築するために、より多くの曲線が推奨されます。
図6と図7に示すように、OK試料とNOK試料の冷却曲線のクラスに対する類似度を計算することが可能である。OK試料の場合、類似度は99％以上となり、NOK試料の場合、類似度は99％以下となる。従って、類似度の閾値を99％に設定することは合理的である。つまり、冷却曲線がOKクラスとの類似度が99%以上の場合、試料は「QC合格」とみなすことができる。実際、Identify 機能には、このQCチェックを自動的に実行する機能がある。
図8に示すように、"Further settings "ウィンドウで、ユーザーは閾値（ここでは99%）を定義することができます。その後、試料の冷却曲線がProteus® ソフトウェアに読み込まれ、Identify がトリガーされると、クラスに対する曲線の類似度が計算され、事前に定義したQCしきい値に基づいて「FAIL」または「PASS」のQCマークが自動的に表示されます（図9）。
結論
これらの一連のDSCおよびTGA測定試験は、故障の原因を突き止める目的で実施された。PPフィルムの品質はPPグラニュールの結晶化挙動に依存することが判明した。
DSC冷却曲線の結晶化開始温度を単純なQC方法として使用することは可能である。
しかし、より包括的で信頼性の高いソリューションは、NETZSCH Identify を適用して、試料のDSC冷却曲線を、OK試料の多数の冷却曲線から構築できる参照クラスと比較することで達成できます。Identify は、クラスに対する試料曲線の類似度を計算し、事前に定義したQCしきい値を介してQC結果を自動的に提示します。