Introdução
O polipropileno (PP) é uma matéria-prima usada com frequência para a fabricação de filmes finos, como filmes separadores em baterias. Esse experimento foi iniciado devido a um problema que surgiu durante o processamento de filmes de PP. Os produtos de determinados lotes de grânulos de PP bruto eram fáceis de quebrar, enquanto os de outros lotes apresentavam boa qualidade. O objetivo era descobrir a razão por trás disso e, mais importante, estabelecer um método para o controle de qualidade confiável dos grânulos de PP brutos. O ideal seria que esse método de controle de qualidade fosse realizado com um DSC ou TGA básico.
Condições experimentais
Várias amostras "boas" (marcadas como OK) e "ruins" (marcadas como NOK) foram coletadas.
Os testes 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/resfriamento foram realizados por meio do DSC 214 Polyma. As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente (RT) até 200°C a 10 K/min, depois resfriadas até a RT a -10 K/min, seguido de um segundo aquecimento até 200°C a 10 K/min. A atmosfera de teste foi N2; o tamanho das amostras foi de aproximadamente 10 mg.
As amostras de testes Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT foram realizadas adicionalmente por meio do DSC 214 Polyma. As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 200°C em N2 a 10 K/min e, em seguida, mantidas isotérmicas a 200°C por 5 minutos. Depois disso, a atmosfera foi trocada paraO2 (puro) e o tempo entre o ponto de troca e o início da OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação foi registrado. As amostras tinham cerca de 10 mg.
Os testes de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise foram feitos por meio do TG 209 F3 Tarsus® . As amostras foram aquecidas da temperatura ambiente até 800°C a 10 K/min em N2. O tamanho da amostra foi de aproximadamente 10 mg.
Resultados e discussão
1. Análise de falhas
Como primeira etapa, o 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 de todas as amostras foi comparado para verificar se havia alguma impureza, ou seja, outros componentes do polímero. Conforme mostrado na figura 1, juntamente com o pico principal 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 do PP a cerca de 169 °C, um pico EndotérmicoUma transição de amostra ou uma reação é endotérmica se for necessário calor para a conversão.endotérmico de small 148 °C pode ser observado em algumas curvas de DSC. Isso pode ser devido a um segundo componente de polímero ou aditivo. small No entanto, essa diferença não pode ser considerada um alvo de controle de qualidade porque esse pico pode ser encontrado nas amostras OK e NOK.
1.2. Comportamento de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise
Para confirmar a existência de impurezas, os resultados da PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise TGA foram comparados na Figura 2. Parece que as amostras OK e NOK apresentam uma perda de peso de 100%, e não houve diferença óbvia entre elas durante todo o procedimento de PiróliseA pirólise é a decomposição térmica de compostos orgânicos em uma atmosfera inerte.pirólise.
a "fragilidade" dos materiais poliméricos pode ser resultado de materiais estabilizados de forma diferente. As informações sobre a estabilização de um polímero podem ser distinguidas pelas medições de Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT. Portanto, esperavam-se OITs diferentes para essas amostras; esses resultados poderiam então ser usados como um limite de CQ. Infelizmente, conforme mostrado na figura 3, não houve diferenças significativas de Tempo de indução oxidativa (OIT) e temperatura de início oxidativa (OOT)O tempo de indução oxidativa (OIT isotérmico) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa. A temperatura de indução oxidativa (OIT dinâmica) ou temperatura de início da oxidação (OOT) é uma medida relativa da resistência de um material (estabilizado) à decomposição oxidativa.OIT entre as amostras OK e NOK.
1.4. Comportamento de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização
O processo de fabricação de filmes de PP inclui a 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 dos grânulos de PP seguida pelo processo de extrusão. Deve ter ocorrido um procedimento de resfriamento para induzir a CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização. Como o comportamento da CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização também pode ser um fator que afeta a qualidade do produto final, as curvas de resfriamento foram comparadas. Conforme mostrado na Figura 4, é possível observar diferenças significativas no comportamento de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização entre as amostras OK e NOK. Em primeiro lugar, o início da CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado.cristalização das amostras OK (~115°C) é muito menor do que o das amostras NOK (~119°C). Isso significa que as amostras NOK se cristalizam mais facilmente. Além disso, a inclinação do lado direito do pico de DSC das amostras de NOK parece ser mais íngreme do que a das amostras de OK. Isso significa que as amostras de NOK também se cristalizam mais rapidamente do que as amostras de OK.
1.5. Resumo da falha
Análise Com base nas medições e discussões anteriores, podemos presumir que o problema do "filme quebradiço" provavelmente se deve ao comportamento diferente de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização das matérias-primas. No caso de matérias-primas que se cristalizam mais facilmente (início mais alto) ou que se cristalizam mais rapidamente (inclinação mais acentuada), os filmes do produto se quebram com mais facilidade. A diferença na CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização pode ser causada por um conteúdo diferente com relação a agentes de nucleação, micropartículas, etc.
2. Critério de controle de qualidade
Com base na conclusão acima, o critério de CQ pode se concentrar no comportamento de CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização. Uma solução mais simples seria usar a temperatura de início da CristalizaçãoA cristalização é o processo físico de endurecimento durante a formação e o crescimento de cristais. Durante esse processo, o calor da cristalização é liberado. cristalização como o limite de CQ. Isso, no entanto, exigiria uma avaliação manual (pelo operador) e poderia haver problemas críticos no caso de picos e linhas de base de cristalização "não ideais". Além disso, a temperatura de início não pode refletir toda a situação com relação ao comportamento da cristalização. Para comparar o comportamento da cristalização de forma mais abrangente, o site NETZSCH oferece a ferramenta ideal: uma solução chamada Identify.
Em termos simples, com o Identify é possível criar um banco de dados a partir das curvas de resfriamento das amostras OK. Em seguida, o software compararia essas curvas com as curvas de resfriamento dos grânulos de PP recebidos e poderia determinar se as matérias-primas de PP recebidas são "QC Pass" ou "Fail".
Para esse caso, criamos uma classe no banco de dados Identify com as curvas de resfriamento de três amostras OK. Em um cenário real, é claro, mais curvas seriam incentivadas para criar uma classe mais confiável.
Conforme mostrado nas figuras 6 e 7, é possível calcular a similaridade das curvas de resfriamento das amostras OK e NOK com a Classe. Para as amostras OK, a similaridade seria superior a 99% e para as amostras NOK, a similaridade seria inferior a 99%. Portanto, é razoável definir um limite de similaridade em 99%. Ou seja, as amostras podem ser consideradas como "QC Pass" quando a curva de resfriamento tiver uma similaridade com a classe OK superior a 99%. De fato, o recurso Identificar oferece uma função para executar essa verificação de CQ automaticamente.
Conforme mostrado na figura 8, na janela "Further settings" (Outras configurações), o usuário pode definir um limite (99% neste caso). Depois disso, quando a curva de resfriamento de uma amostra for carregada no software Proteus® e a identificação for acionada, a similaridade da curva com a classe será calculada e uma marca de CQ de "FAIL" (reprovado) ou "PASS" (aprovado) aparecerá automaticamente com base no limite de CQ predefinido (figura 9).
Conclusão
Essas séries de testes de medições de DSC e TGA foram realizadas com o objetivo de encontrar a origem da falha. Foi determinado que a qualidade dos filmes de PP depende do comportamento de cristalização dos grânulos de PP.
É possível usar a temperatura de início da cristalização da curva de resfriamento DSC como um método simples de controle de qualidade.
No entanto, uma solução mais abrangente e confiável pode ser obtida com a aplicação do NETZSCH Identify para comparar a curva de resfriamento DSC da amostra com uma classe de referência, que pode ser construída a partir de várias curvas de resfriamento para as amostras OK. O Identify pode calcular a similaridade da curva da amostra com a Classe e apresentar automaticamente os resultados de CQ por meio de um limite de CQ predefinido.