Viscosidade intrínseca do PET: o parâmetro de controle de qualidade

O PET (polietileno tereftalato) é o material preferido para embalagens devido ao seu apelo estético, durabilidade, reciclabilidade, sustentabilidade e propriedades de barreira. É um termoplástico versátil, comumente utilizado em fibras, têxteis e embalagens. Um fator determinante do desempenho e processabilidade do PET em extrusão e termoformagem é sua Viscosidade Intrínseca (VI). A VI está diretamente ligada à massa molar do PET, influenciando seu ponto de fusão, cristalinidade e resistência à tração. Essencialmente, cadeias poliméricas mais longas resultam em mais emaranhamentos e um valor de viscosidade mais alto. Dependendo do uso pretendido, a VI desejada para o PET é categorizada em vários graus.

Compreender a importância do IV requer uma breve visão geral da produção de PET. Embora muitos reconheçam a forma final da embalagem rígida de PET, sua criação pode ser menos conhecida.

A necessidade de medições precisas de viscosidade intrínseca é primordial, dada a importância de caracterizar o PET em vários setores:

• Em Pesquisa e Desenvolvimento, onde polímeros emergentes são criados e definidos.
  
  
• Entre os fornecedores de PET, garantindo a mais alta qualidade do produto.
  
  
• Em plantas de processo, visando a otimização consistente da produção.
  
  
• E em centros de reciclagem, onde o monitoramento dos atributos do PET reciclado é essencial.

O PET é produzido pela copolimerização de monômeros como etilenoglicol e ácido tereftálico, facilitada por catalisadores metálicos e sob condições específicas. A cadeia polimérica aumenta em comprimento e viscosidade durante essa polimerização. O processo é interrompido no comprimento de cadeia desejado, adequado para sua aplicação final, e isso é medido pelo método de ensaio IV.

Intervalo IV em diferentes materiais PET e sua importância

Você já deve ter se deparado com o termo IV em relação a materiais PET. Então, o que é e por que é importante? IV, ou Viscosidade Intrínseca, é uma medida do peso molecular de um polímero. Ela fornece informações sobre o ponto de fusão, a cristalinidade e a resistência à tração do material.

Quando o processo de polimerização é interrompido, o comprimento da cadeia polimérica se estabiliza em um nível ditado pelo seu valor de IV. Esse valor é crucial porque é influenciado pelo comprimento da cadeia polimérica. Cadeias mais longas levam a mais interações entre si, resultando em maior viscosidade e um material mais firme. Diferentes aplicações exigem PET com valores de IV específicos, conforme mostrado na tabela acima. Portanto, o IV serve como uma especificação fundamental de controle de qualidade e é uma característica fundamental do PET.

Viscometria de solução diluída com Lovis 2000 M

A viscosimetria em solução diluída é uma técnica crucial no controle de qualidade. Ao diluir polímeros em solventes selecionados, é possível determinar a viscosidade relativa, o que oferece informações sobre diversos parâmetros, incluindo a Viscosidade Intrínseca.

O Lovis 2000 M se destaca pela determinação de propriedades de polímeros utilizando esta técnica. Os principais benefícios incluem:

• Software de polímero integrado para cálculos de parâmetros contínuos
• Uso mínimo de amostras e solventes, reduzindo a exposição a produtos químicos nocivos
• Compatibilidade com trocadores de amostra para maior eficiência
• Resistência química excepcional
  
  

Este documento se aprofunda nas medições de Viscosidade Intrínseca do PET, comumente utilizado na produção de garrafas de refrigerantes. A seguir, detalhes sobre as configurações de medição e o preparo da amostra.

Medição de viscosidade intrínseca de matérias-primas de PET

A viscosidade intrínseca [mL/g] de três formas distintas de PET utilizadas na produção de garrafas plásticas foi avaliada. As amostras e os solventes podem ser encontrados a seguir.

Amostras e produtos químicos empregados

• Amostra: Polietileno tereftalato (PET) - três lotes.
• Solvente 1: Ácido dicloroacético (DCA) - usado para dissolução e limpeza de polímeros.
• Solvente 2: Etanol - usado para limpar o ácido antes da secagem.

O lote 1 (PET 1) e 2 (PET 2) eram granulados transparentes medindo cerca de 4 mm, enquanto o lote 3 (PET 3) era um granulado branco com aproximadamente 2 mm de tamanho.

Preparação da amostra

As amostras foram preparadas seguindo o padrão ISO 1628-5, amplamente adotado para medir a viscosidade de termoplásticos.

Para ser mais específico:

1. 0,250 g da amostra foi colocada em um balão de 50 mL, com seu peso registrado com precisão (com precisão de 0,1 mg, conforme Tabela 1).
2. Uma barra de agitação magnética e aproximadamente 25 mL de DCA foram introduzidos. O frasco foi então selado.
3. A mistura foi agitada em uma chapa quente (ajustada a 100 °C) por 60 minutos. Dado que alguns resíduos não dissolvidos foram observados aos 60 minutos, a duração foi estendida para 120 minutos.
4. Uma vez removido do fogo, o frasco foi deixado esfriar até a temperatura ambiente.
   
   
   

Dica: Certifique-se sempre de que a solução de polímero esteja límpida e sem resíduos, pois os tempos de dissolução podem variar de acordo com os tipos de polímero e o tamanho do granulado.

5. Após a remoção da barra de agitação, DCA foi adicionado ao frasco até atingir um volume de 50 mL, resultando em uma concentração de 0,005 g/mL. O frasco foi então bem agitado antes da análise.
   
   
6. Um branco de solvente passou pelo mesmo processo de preparação. Cada amostra passou por uma dissolução.
   
   

Dica: A precisão durante a preparação da amostra é fundamental para evitar imprecisões ou problemas de repetibilidade.

Processo de Medição

Configuração Instrumental O Lovis 2000 M em modo de fluxo contínuo foi utilizado para as medições. Aqui estão suas principais características:

• Capilar: vidro de 1,8 mm
• Material da bola: Aço revestido a ouro
• Anéis de vedação: Kalrez
• Para maior resistência química, um kit com esferas revestidas de ouro e anéis de vedação Kalrez® pode ser obtido.
  
  

Configurações do método

• Modo de medição: Polímero
• Temperatura: 25 °C
• Ciclos de medição: 3
• Ângulo manual: 30°
• Distância de medição: Longa
• Coeficiente de variação: 0,35%
  
  

As etapas e métodos acima garantem a medição precisa da viscosidade intrínseca do PET para a produção de garrafas de qualidade.

Medição e Análise

Cada solução polimérica foi testada três vezes, com limpeza completa entre cada teste. Os parâmetros do polímero foram derivados dos tempos de execução do solvente puro e da solução polimérica. Os resultados para as três amostras de PET, em termos de viscosidade relativa e intrínseca, são apresentados abaixo.

Tabela 3: Análise de Viscosidade da Matéria-Prima e do Produto Final

Para garantia de qualidade, o desvio FW/BW (a diferença entre as medições para frente e para trás) e o Coeficiente de Variação (medindo a consistência entre os ciclos) foram avaliados.

Tabela 4: Indicadores de qualidade da medição de Lovis

Nota: Se os limites de desvio de peso/peso forem excedidos, um aviso será exibido. O limite padrão para o Coeficiente de Variação é 0,35% para soluções de polímero.

Conclusão

O Lovis 2000 M oferece um método preciso para classificar PET por meio de leituras de viscosidade intrínseca. Para aprimorar a experiência de medição, considere adicionar o Xsample™ 340. Este dispositivo facilita a entrada e a limpeza automatizadas de amostras, minimizando a exposição do usuário a potenciais toxinas.

Vantagens do monitoramento e regulamentação de IV no processamento e qualidade de PET

A utilização de PET de grau IV baixo ou não identificado pode levar a resultados desfavoráveis, como pressão de extrusão e viscosidade do fundido inconsistentes. Essas inconsistências podem se manifestar como variações na espessura da chapa ou um produto final quebradiço. Além disso, essas discrepâncias se tornam mais evidentes durante a fase de termoformagem, resultando em altas variações no processo e aumento nas taxas de refugo.

O processamento de PET é inerentemente desafiador. A introdução de PET reciclado (RPET) aumenta essa complexidade. A integração do RPET modifica o IV. Com o tempo, os catalisadores metálicos da polimerização original perdem sua eficácia, diminuindo o IV. Isso é especialmente pertinente em nosso mundo voltado para a sustentabilidade, onde a inclusão de 10% a 100% de RPET está se tornando padrão.

Outros fatores que influenciam o IV incluem os processos e parâmetros de secagem. A natureza higroscópica do PET significa que ele absorve umidade facilmente e requer secagem completa antes da extrusão. Se o PET ou RPET for processado com secagem inadequada, o teor de umidade pode resultar em um produto com IV mais baixo.

Em essência, usar PET com um IV inconsistente ou desconhecido pode ser economicamente desvantajoso. Pode impactar negativamente os resultados financeiros, causando desperdício desnecessário, processamento adicional e aumento de custos tanto para as etapas de extrusão quanto de termoformagem.

Melhorando a qualidade com monitoramento IV em tempo real em processos de extrusão de chapas e rolos

As propriedades mecânicas do PET estão diretamente ligadas ao seu peso molecular, conhecido como VI (Viscosidade Intrínseca). Um VI mais alto se traduz em características aprimoradas do PET, enquanto um VI mais baixo prejudica sua qualidade. Se o VI das folhas de PET extrudadas ficar abaixo da faixa desejada, a integridade estrutural do produto final será comprometida, causando problemas subsequentes nas etapas de termoformagem.

Historicamente, os processadores de extrusão dependiam de laboratórios externos para avaliações intravenosas. Isso frequentemente significava esperar vários dias, senão semanas, pelos resultados. Infelizmente, quando esses resultados estavam disponíveis, as discrepâncias de qualidade geralmente já eram identificadas, levando à rejeição do material.

Entre no divisor de águas: monitoramento intravenoso em tempo real durante a extrusão. O avançado sistema de extrusão de chapas PET da Impact Plastics pode rastrear e ajustar dinamicamente os níveis intravenosos em qualquer lugar. Isso não apenas identifica anomalias de processamento rapidamente, como também inicia correções imediatas, garantindo qualidade consistente do produto e produção otimizada. Todos os resultados estão em estreita sintonia com o Método de Teste de Solução ASTM para medições intravenosas, apresentando uma precisão impressionante de +/- 0,02 dl/g.