Introdução
As misturas de poliolefinas recicladas, compostas principalmente por polietileno e polipropileno, são matérias-primas importantes na reciclagem mecânica de plásticos. Elas são utilizadas para o reprocessamento em novas peças moldadas, produtos de extrusão, filmes, componentes relacionados a embalagens e aplicações técnicas de plástico, nas quais a composição do material reciclado influencia fortemente o comportamento durante o processamento e o desempenho do material final. Como o PE e o PP apresentam diferentes intervalos de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, Cristalinidade / Grau de cristalinidadeA cristalinidade refere-se ao grau de ordem estrutural de um sólido. Em um cristal, o arranjo de átomos ou moléculas é consistente e repetitivo. Muitos materiais, como vidro, cerâmica e alguns polímeros, podem ser preparados de forma a produzir uma mistura de regiões cristalinas e amorfas. cristalinidade, janelas de processamento e Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica, a caracterização térmica dessas misturas é essencial para avaliar a identidade do material, a qualidade do material reciclado e sua adequação para processamento posterior.
A termogravimetria simultânea e a calorimetria diferencial de varredura fornecem informações tanto sobre a perda de massa quanto sobre as transições térmicas em uma única medição, tornando a técnica especialmente útil para misturas complexas de polímeros reciclados.
Condições de medição
Tabela 1: Condições de medição
| Instrumento | STA Jupiter® |
|---|---|
| Faixa de temperatura | 30 °C a 600 °C |
| Taxa de aquecimento | 20 K/min |
| Atmosfera | Nitrogênio |
| Vazão de gás | 70 ml/min |
| Massa da amostra | 13,9 mg |
| Cadinho | 85 µl de Pt/Rh com tampa perfurada |
Resultados e Discussão
A medição simultânea por TGA-DSC na mistura reciclada de PE-PP (Figura 1) revela vários efeitos térmicos característicos. Na faixa de temperaturas mais baixas, são visíveis no sinal de DSC dois efeitos endotérmicos de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão sobrepostos. A primeira contribuição de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão surge a aproximadamente 123 °C e pode ser atribuída à fração de polietileno, enquanto a segunda contribuição de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão, a aproximadamente 158 °C, é característica do polipropileno. Como os fluxos de polímeros reciclados frequentemente contêm frações de material parcialmente sobrepostas, aditivos ou tipos de polímeros com comportamento de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão amplo, esses sinais não estão completamente isolados na curva DSC bruta.
O uso do software NETZSCH Peak Separation é, portanto, vantajoso. Ele permite que os efeitos de fusão sobrepostos sejam matematicamente separados e avaliados individualmente. Nesta medição, as áreas dos picos separados fornecem entalpias de fusão individuais de aproximadamente 42 J/g para a contribuição relacionada ao PE e 106 J/g para a contribuição relacionada ao PP. Isso melhora a interpretação da composição da mistura e facilita a comparação entre diferentes lotes de material reciclado ou o monitoramento de alterações na qualidade do material. Sem o Peak Separation, os efeitos endotérmicos sobrepostos estariam disponíveis apenas como uma resposta térmica combinada, reduzindo a precisão da avaliação específica de cada componente.
Em temperaturas mais elevadas, a curva de DSC apresenta efeitos térmicos adicionais na faixa acima de 400 °C, enquanto a curva de TGA registra a perda de massa correspondente causada pela Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição pirolítica da mistura de polímeros em atmosfera de nitrogênio. A Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição principal ocorre acima de aproximadamente 400 °C e resulta em perda total de massa. A aquisição simultânea de ambos os sinais também aumenta a confiança na interpretação de reciclados complexos. Os picos de fusão ocorrem enquanto o sinal da TGA permanece estável, confirmando que esses efeitos são Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase, e não processos de degradação. Em contrapartida, os efeitos do DSC em alta temperatura correspondem à perda de massa observada na TGA e, portanto, podem ser associados à Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição. Essas informações combinadas são valiosas para recicladores e processadores de materiais, pois fornecem insights tanto sobre a identificação de polímeros quanto sobre a Estabilidade térmicaUm material é termicamente estável se ele não se decompõe sob a influência da temperatura. Uma maneira de determinar a estabilidade térmica de uma substância é usar um TGA (analisador termogravimétrico). estabilidade térmica em um único experimento, sem a influência da preparação da amostra ou de diferentes condições de medição.
Resumo
A análise simultânea por TGA-DSC proporciona uma caracterização compacta e informativa de uma mistura reciclada de PE-PP. O software NETZSCH Peak Separation aprimora a avaliação ao distinguir picos de fusão sobrepostos e permitir uma avaliação mais específica das contribuições de cada polímero. Isso torna o método adequado para o controle de qualidade, a identificação de materiais e a caracterização relevante para o processo de misturas de poliolefinas recicladas.