Espectroscopia NIR na indústria de polímeros: a ferramenta ideal para controle de qualidade e triagem de produtos – Parte 2

25/05/2021

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Este artigo é Parte 2 de uma serie.

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Polipropileno e polietileno: uma breve introdução

Você sabia que o polipropileno (PP) e o polietileno (PE) são os plásticos mais produzidos no mundo? Os produtos feitos de PP e PE são tão onipresentes que cada um de nós os encontra várias vezes ao dia. Neste artigo você aprenderá como a espectroscopia NIR pode melhorar a eficiência de sua análise de PP e PE ao longo de diferentes etapas do ciclo de produção. Mas primeiro, vamos obter algumas informações básicas sobre PP e PE.

O polipropileno (também conhecido como polipropeno ou PP) tem uma fórmula química de (C₃H₆)_n. É um polímero termoplástico produzido principalmente a partir de monômeros de propileno. O PP é um produto plástico versátil que também funciona como fibra. Em 1954, foi polimerizado simultaneamente pela primeira vez pelo químico, professor e Prêmio Nobel Giulio Natta e Carlos Rehn, um químico alemão.

O polipropileno tem a capacidade única de poder ser fabricado por meio de vários métodos diferentes e utilizado em muitas aplicações, como embalagens, moldagem por injeção e fibras. Este produto plástico é o segundo mais popular do mundo, precedido apenas pelo polietileno.

O polietileno (ou polietileno, PE) também é um polímero, mas é feito de monômeros de etileno e tem a fórmula química (C₂H₄)_n. A primeira síntese de PE em 1898 pelo cientista alemão Hans von Pechmann foi acidental. Semelhante ao PP, o PE também é um termoplástico.

PE é o plástico mais utilizado em todo o mundo. O polietileno é muito estável e é um bom isolante elétrico. Possui ponto de fusão muito baixo e é utilizado em grandes quantidades nas indústrias automotiva e de embalagens de alimentos. Aproximadamente 70% do PE é utilizado em embalagens de alimentos, recipientes para alimentos, paletes e até mesmo em engradados e garrafas.

Figure 1. Estruturas moleculares de PE e PP.

O polietileno está disponível em muitos tipos diferentes:

Polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMWPE)
Polietileno de peso molecular ultrabaixo (ULMWPE ou PE-WAX)
Polietileno de alto peso molecular (HMWPE)
Polietileno de alta densidade (HDPE)
Polietileno reticulado de alta densidade (HDXLPE)
Polietileno Reticulado (PEX ou XLPE)
Polietileno de Média Densidade (MDPE)
Polietileno Linear de Baixa Densidade (LLDPE)
Polietileno de Baixa Densidade (PEBD)
Polietileno de muito baixa densidade (VLDPE)
Polietileno Clorado (CPE)

Diferenças entre polipropileno e polietileno

O que é melhor, polipropileno ou polietileno? Tudo depende da aplicação! Com que finalidade eles estão sendo usados? Ambos os polímeros são considerados «plásticos de base». São plásticos usados em grandes volumes para uma ampla gama de aplicações.

Vamos comparar algumas das propriedades de cada um.

**Tabela 1.** Gráfico comparativo de polipropileno x polietileno.
Polipropileno (PP)	Polietileno (PE)
Propriedades quimicas
Semi-cristalino Saco de polipropileno	Inerte, translúcido Saco de polietileno
Propriedades elétricas
Alta carga estática Mau isolante	Baixa carga estática Bom isolante
Ponto de fusão
130–171 °C	115–135°C
Fórmula química
(C₃H₆)_n	(C₂H₄)_n
Usos
Fibras, filmes, tampas, dobradiças, papel sintético	Sacos plásticos, garrafas, recipientes para alimentos, paletes, geomembranas, filmes plásticos, engradados, etc.
Densidade
0,855g/cm³ amorfo 0,946g/cm³ cristalino	0,88–0,96g/cm³
Custo relativo
Baixo	Médio

NIRS como ferramenta para avaliar a qualidade do PP e PE

Há mais de 30 anos, espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) tem sido um método estabelecido para controle de qualidade rápido e confiável na indústria de PP/PE. Apesar disso, muitos produtores ainda não consideram consistentemente a implementação do NIRS nos seus laboratórios de GQ/CQ. A experiência limitada em relação às possibilidades de aplicação ou uma hesitação geral na implementação de novos métodos são algumas das razões por trás disso.

As vantagens de usar a espectroscopia NIR para GQ/CQ são inúmeras. Uma grande vantagem do NIRS é a determinação de múltiplos parâmetros em apenas 30 segundos com sem preparação de amostra! A interação luz-matéria não invasiva usada pelo NIRS, influenciada pelas propriedades físicas e químicas da amostra, torna o NIRS um método adequado para a determinação de vários parâmetros críticos de qualidade nesses polímeros e muitos mais.

No restante deste artigo, é apresentada uma breve visão geral sobre aplicações de PE e PP, seguida de soluções prontas para uso para PE e PP, desenvolvidas de acordo com as diretrizes de implementação do NIRS de ASTM E1655-17.

Aplicações e parâmetros para PE e PP com NIRS

Durante a produção de PE e PP é importante verificar alguns parâmetros para garantir a qualidade. Esses parâmetros incluem o densidade para classificar o tipo de PE, nível de copolímero para melhorar certas propriedades como força e resistência a solventes, e índice de fluidez para garantir que o PP possa ser moldado no formato pretendido.

O aplicações mais relevantes para análise NIRS de PE e PP estão listados em Mesa 2.

**Mesa 2.** Notas de aplicação disponíveis para uso de NIRS para PE e PP
Polímero	Parâmetro	Notas de aplicação NIRS relacionadas
Polietileno (PEAD/PEBD)	Identificação, Densidade, Índice de fluxo de fusão, nível de copolímero	AN-NIR-083 AN-NIR-081 AN-NIR-034 AN-NIR-003
Polipropileno (PP)	Identificação, Índice de Fluxo de Fusão, Aditivos	AN-NIR-083 AN-NIR-082 AN-NIR-034 AN-NIR-004

Onde o NIRS pode ser utilizado no processo produtivo de PE e PP?

Figure 2. Ilustração da cadeia produtiva do polietileno/polipropileno.

Figura 2 mostra as etapas individuais de produção desde o produtor de plástico, passando pelo compostor e conversor de plástico, até o produtor de peças plásticas. A primeira etapa na qual os instrumentos de laboratório de infravermelho próximo podem ser usados é quando os polímeros puros como PE e PP são produzidos, e sua pureza precisa ser confirmada. O NIRS também é uma técnica muito útil durante a próxima etapa, onde os polímeros são compostos em produtos intermediários para serem usados em processamento posterior.

Fácil implementação de espectroscopia NIR para produtores de plástico

Figure 3. Soluções completas para análise de PE e PP com o analisador de polímero Metrohm DS2500.

A Metrohm possui ampla experiência em análise de PE e PP e oferece uma solução chave na mão na forma do Analisador de Polímero DS2500. Este instrumento é uma solução pronta para uso para determinar múltiplos parâmetros de qualidade em PE e PP.

Exemplo de aplicação: Solução pronta para uso para determinação da Taxa de Fluxo de Fusão (MFR) de PP

A taxa de fluxo de fusão de pellets de polipropileno é um parâmetro importante a ser medido para que o PP possa ser formado no formato pretendido. O modelo criado com o software quimiométrico é baseado em uma grande coleção de espectros reais de produtos e é desenvolvido de acordo com Práticas padrão ASTM E1655 para análise quantitativa multivariada infravermelha. Para obter informações mais detalhadas sobre este tópico, baixe o White Paper gratuito.

White Paper: Espectroscopia no infravermelho próximo: Análise quantitativa de acordo com ASTM E1655

Para saber mais sobre pré-calibrações para PP, baixe nosso folheto e visite nossa página dedicada.

Folheto: Controle de qualidade de polímeros (PE, PP, PET, Poliamida) – Resultados rápidos com pré-calibrações NIR

Pré-calibração para polipropileno (PP)

O resultado desta solução pronta para uso para a determinação não destrutiva da taxa de fluidez do PP sem testes reológicos é mostrado em Figura 4.

Esta solução demonstra a viabilidade da espectroscopia NIR para a análise de MFR em amostras de polipropileno. O procedimento padrão (ASTM D1238) requer uma quantidade significativa de trabalho, incluindo embalagem da amostra, pré-aquecimento e limpeza. Sem necessidade de preparação de amostras ou produtos químicos, a espectroscopia Vis-NIR permite a análise de MFR em menos de um minuto.

Saiba mais sobre o procedimento em nosso Nota de aplicação gratuita.

Controle de Qualidade de Polipropileno – Determinação não destrutiva da taxa de fluidez sem testes reológicos

Outras parcelas desta série

Este artigo é uma visão detalhada do uso da espectroscopia NIR como a ferramenta ideal de CQ para a análise de polipropileno e polietileno. Outras parcelas desta série são dedicadas a:

Visão geral do NIRS na produção de polímeros

Tereftalato de polietileno (PET)

Poliamida (PA)

Polióis e Isocianatos para produzir Poliuretano (PU)

Suas conclusões de conhecimento

White Paper: Espectroscopia no infravermelho próximo: Análise quantitativa de acordo com ASTM E1655

Espectroscopia NIR na indústria de polímeros: a ferramenta ideal para controle de qualidade e triagem de produtos – Parte 2

Polipropileno e polietileno: uma breve introdução

Diferenças entre polipropileno e polietileno

Tabela 1. Gráfico comparativo de polipropileno x polietileno.

NIRS como ferramenta para avaliar a qualidade do PP e PE

Aplicações e parâmetros para PE e PP com NIRS

Mesa 2. Notas de aplicação disponíveis para uso de NIRS para PE e PP

Onde o NIRS pode ser utilizado no processo produtivo de PE e PP?

Fácil implementação de espectroscopia NIR para produtores de plástico

Exemplo de aplicação: Solução pronta para uso para determinação da Taxa de Fluxo de Fusão (MFR) de PP

Outras parcelas desta série

Suas conclusões de conhecimento

Wim Guns

Contato

NIRS DS2500 Polymer Analyzer

2.922.1000

Vision Air 2.0 Complete

6.6072.208

Pre-calibration for polyethylene (PE)

6.6072.308

Pre-calibration for polypropylene (PP)

6.6072.309

Aplicações filtradas (22)

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Polipropileno (PP)

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Tabela 1. Gráfico comparativo de polipropileno x polietileno.

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Aplicações e parâmetros para PE e PP com NIRS

Mesa 2. Notas de aplicação disponíveis para uso de NIRS para PE e PP

Onde o NIRS pode ser utilizado no processo produtivo de PE e PP?

Fácil implementação de espectroscopia NIR para produtores de plástico

Exemplo de aplicação: Solução pronta para uso para determinação da Taxa de Fluxo de Fusão (MFR) de PP

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