Caracterização e classificação de poliamidas recicladas por meio de identificação

Introdução

No campo da análise térmica, até o momento, o sitearcdela teve que comparar seus próprios dados com coleções impressas de resultados de medições, como o "Atlas of Thermoanalytical Curves" [1] e outros [2, 3, 4].

Recentemente, foi lançado o primeiro banco de dados baseado em software para análise térmica, o Identify [5]. Esse banco de dados permite, pela primeira vez, comparar os dados termoanalíticos medidos com os dados de library armazenados no banco de dados usando um software. Como resultado, o usuário obtém uma lista de valores de similaridade, a figura de mérito para essa comparação, que é dada em porcentagem.

No presente trabalho, o Identify é usado de diferentes maneiras. Várias poliamidas são investigadas por meio de calorimetria de varredura diferencial (DSC). Usando as informações sobre poliamidas armazenadas no banco de dados do Identify, será demonstrado que até mesmo small diferenças no comportamento térmico dos tipos de poliamida são suficientes para diferenciá-los significativamente. Por meio de valores avaliados, como a temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, a capacidade térmica específica, aTemperaturas 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). temperatura de fusão ou a entalpia deTemperaturas 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, uma série de amostras de poliamida reciclada foi investigada e, em seguida, classificada por comparação com os resultados de um material virgem armazenado no banco de dados. Assim, será demonstrado o uso do Identify como uma ferramenta para a classificação de poliamidas recicladas.

Materiais e métodos

As amostras de poliamida reciclada foram medidas conforme recebidas. Elas foram designadas Pentamid B GV30 lote 001 a 009. As amostras usadas como referência foram PA6 GF30 (durethan, natur), PA6.6 GF30 (ultramid, natur), PA6.10, PA6.12 (grilamid).

O comportamento deTemperaturas 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 das amostras de poliamida foi estudado usando o DSC 214 Polyma. Panelas de alumínio (NETZSCH Concavus^® ) com tampas perfuradas foram usadas para aquecer, resfriar e reaquecer as amostras a uma taxa de 20 K/min. Os dois segmentos de aquecimento foram executados a 280°C cada um. O segundo aquecimento de cada amostra de poliamida foi usado para avaliar a entalpia deTemperaturas 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. Todas as amostras foram preparadas com massas de 4,955 (± 0,05) mg.

As medições termogravimétricas foram realizadas usando o thermo-microbalance TG 209 F3 Tarsus^® . As amostras com massas de 11,45 (± 0,35) mg foram transferidas para cadinhos de óxido de alumínio e aquecidas a uma taxa de 20 K/min a 800°C em nitrogênio. Para o aquecimento consecutivo a 1000°C, a atmosfera foi trocada para ar sintético (nitrogênio:oxigênio = 90:10) a 800°C. A taxa de fluxo total de gás inerte e reativo foi de 40 ml/min.

Resultados e discussão

Para comprovar a capacidade do banco de dados Identify em termos de identificação de materiais, foram testados polímeros virgens, aqui considerados materiais de referência. Os grânulos foram preparados em panelas de alumínio, conforme descrito acima, transferidos para o aparelho de DSC e aquecidos em uma atmosfera de nitrogênio a temperaturas acima daTemperaturas 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. O segundo aquecimento foi avaliado e os resultados obtidos foram comparados aos resultados armazenados no banco de dados do Identify.

A Figura 1 compara a segunda execução de aquecimento para cada uma das quatro poliamidas diferentes, PA6 GF30 (1), PA6.10 (2), PA6.12 (3) e PA6.6 GF30 (4). Enquanto aTemperaturas 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). temperatura de fusão do PA6.6 GF30 foi detectada em uma temperatura significativamente mais alta, o principal efeito deTemperaturas 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 endotérmica do PA6 GF30, PA6.10 e PA6.12 estava na mesma faixa de temperatura. No entanto, o banco de dados é capaz de distinguir e identificar essas amostras. As Tabelas 1a a 1d mostram os valores de similaridade fornecidos pelo banco de dados, ao comparar os dados medidos (Figura 1) com os dados já existentes do site library. Se, por exemplo, os resultados do PA6 GF30 (curva 1 na Figura 1) forem solicitados para comparação com os dados do banco de dados, a similaridade com os dados da poliamida 6 armazenados no banco de dados será de 97%. Os resultados armazenados no banco de dados, que servem para essa comparação, não são, obviamente, obtidos da medição idêntica, mas de uma medição diferente de uma amostra semelhante, mas não idêntica. É por isso que a semelhança não é exatamente 100%, mas, portanto, a prova de que também é possível identificar amostras desconhecidas por meio desse procedimento é muito mais confiável. Outras poliamidas, que derretem na mesma faixa de temperatura, como a PA6.10 e a PA6.12, apresentaram semelhanças significativamente mais baixas, a saber, 87% e 84%, respectivamente. O mesmo se aplica se PA6.10 ou PA6.12 for a amostra a ser identificada e comparada com os dados de library. Os resultados estão resumidos nas tabelas 1a, 1b e 1c. Como a poliamida 6.6 derrete em uma temperatura cerca de 40 K mais alta em comparação com as poliamidas mencionadas acima, os dados adicionais na seção libranão são poliamidas, mas ETFE, PET, PPS e FEP. Esse procedimento confirma, juntamente com dados publicados recentemente [6] [7], a capacidade do banco de dados Identify de distinguir entre amostras com comportamento térmico semelhante.

Em uma etapa consecutiva, foi estudada uma série de amostras de poliamida 6 reciclada. Todas as amostras eram da mesma origem, mas retiradas de lotes diferentes, ou seja, tinham a mesma composição PA6 GF30. Para comprovar a composição e obter uma visão clara sobre a margem de desvio em relação à composição das amostras, bem como sobre a repetibilidade da amostragem, foram realizadas medições termogravimétricas. A Tab. 2 resume as composições das amostras com relação ao conteúdo de voláteis, ao conteúdo de polímero, ao conteúdo de Preto carbonoA temperatura e a atmosfera (gás de purga) afetam os resultados da mudança de massa. Ao alterar a atmosfera, por exemplo, de nitrogênio para ar durante a medição de TGA, é possível separar e quantificar os aditivos, por exemplo, o negro de fumo, e o polímero em massa.negro de fumo e à massa residual. Desde que as amostras não contenham nenhum outro ingrediente quimicamente inerte, este último deve ser equivalente à quantidade de fibras de vidro adicionadas. As amostras PA6.10 e PA6.12 não apresentam nenhum resíduo dentro do cadinho após as medições. Todas as outras amostras apresentam um resíduo fundido branco a amarelo claro.

Tabela 2: Comparação dos resultados termogravimétricos (perda de massa em %) para todas as poliamidas recicladas e materiais de referência testados

* Na faixa de temperatura de 250 a 800°C, essa amostra mostra uma etapa adicional de perda de massa de 1,54%, que provavelmente se deve à liberação de dióxido de carbono proveniente da Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição do giz. Isso se refere a um teor de giz de 3,5%.

De acordo com os teores de fibra de vidro detectados de 30,0% (±0,7), os resultados da TGA puderam confirmar a quantidade esperada dentro de uma incerteza de 2,5%. O comportamento térmico de todos os lotes de polymaide 6 amostras (001 a 009) foi então estudado por meio de calorimetria de varredura diferencial (DSC). A segunda execução de aquecimento de cada uma foi comparada com o banco de dados e também com as amostras PA6 GF30.

Os valores de similaridade estão resumidos na tabela 3. A Figura 2 mostra a comparação visual desses resultados com a amostra PA6 GF30 usada como referência (linha tracejada). As curvas são exibidas de acordo com os valores de similaridade fornecidos na tabela 3, com valores de similaridade decrescentes de baixo para cima.

Tabela 3: Resultados do banco de dados search para nove amostras diferentes de PA6 GF30 reciclado em comparação com um PA6 GF30 virgem

Além da variação da temperatura de pico, da entalpia de fusão, da alteração na capacidade térmica específica e da temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea, é óbvio que os materiais reciclados também apresentam efeitos adicionais que não eram esperados e não eram detectáveis na amostra virgem. Efeitos endotérmicos adicionais foram detectados em algumas amostras na faixa de temperatura em torno de 22, 105 e 245°C. Esses efeitos provavelmente se devem a impurezas e a uma diminuição da temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea. Eles provavelmente se devem a impurezas ou são causados por substâncias estranhas, principalmente aditivos ou outros polímeros. Esses efeitos adicionais - inesperados - obviamente reduzem os valores de similaridade, pois não são típicos dos materiais virgens e, portanto, não fazem parte dos dados armazenados no banco de dados library. Por outro lado, isso significa que a comparação do banco de dados leva em conta a ausência de efeitos esperados ou a detecção de efeitos adicionais que não estão armazenados no banco de dados para esse tipo de material.

A figura 3 mostra uma comparação dos resultados obtidos para o material que serve de referência (PA6 GF30, linha preta tracejada, meio) com a amostra mais semelhante (azul) e a amostra mais diferente (verde) de acordo com os resultados de similaridade obtidos no banco de dados. A amostra que apresenta a semelhança mais fraca não só mostra efeitos endotérmicos adicionais em torno de 22 e 105°C, respectivamente, mas também os valores avaliados para aTemperaturas 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). temperatura de fusão e a temperatura de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea são mais deslocados para valores mais baixos em comparação com o material de referência do que para a amostra que apresenta o comportamento térmico mais semelhante.

Conclusão

O banco de dados Identify, recentemente introduzido, é o primeiro software termoanalítico que oferece uma comparação baseada em software de dados de DSC medidos com medições de DSC ou valores de literatura armazenados no site library.

Uma série de amostras de poliamida reciclada foi medida usando o calorímetro de varredura diferencial (DSC 214 Polyma). Os valores avaliados para a Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transição vítrea e a fusão foram usados como critérios de identificação. O banco de dados Identfiy oferece a capacidade não apenas de distinguir entre diferentes tipos de poliamidas, como PA6, PA6.6, PA6.10 e PA6.12, mas também de detectar e quantificar a diferença de temperatura ou entalpia para os efeitos calóricos mencionados acima. Dependendo da qualidade desejada ou das demandas de processamento, os valores de similaridade podem servir para a classificação do material e podem ser usados como uma ferramenta de controle de qualidade.